DE102008027123B4

DE102008027123B4 - Vorrichtung zum Befestigen eines Bauteiles, insbesondere einer Haltekonsole für Nebenaggregate eines Fahrzeuges, insbesondere eines Nutz- oder Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102008027123B4
Application number: DE102008027123.3A
Authority: DE
Inventors: Johannes HOLLWECK; Alexander Lienert
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2028-06-07
Also published as: DE102008027123A1

Abstract

Vorrichtung zum Befestigen eines Bauteiles (7) an zumindest einem Tragteil (1), wobei zumindest eine Anschlussfläche (10) des Bauteiles (7) an Anschlussflächen (6) des Tragteiles (1) anliegt, und wobei das Tragteil (1) mittels die Anschlussflächen (6, 10, 11) durchdringender Befestigungsschrauben (8) befestigt ist, und wobei zwischen den Anschlussflächen (6, 10, 11) in einer Bohrung (7c) für eine der Befestigungsschrauben (8) ein Einstellelement (12) mit einer Gewindehülse (13) eingesetzt ist, die mittels eines angeformten Werkzeugaufnahmebereichs (14) zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen (a) bis zur Anlage an der korrespondierenden Anschlussfläche (6) des Tragteiles (1) einschraubbar ist, und wobei der Werkzeugaufnahmebereich (14) des Einstellelementes (12) durch einen außerhalb der Bohrung (7c) des Bauteiles (7) liegenden Schraubenkopf gebildet ist, der den Bohrungsrand (7d) des Bauteiles (7) übergreift, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Werkzeugaufnahmebereich (14) und der Gewindehülse (13) eine das Anzugsmoment des Einstellelementes (12) begrenzende Sollbruchstelle (15) vorgesehen ist, und dass das Einstellelement (12) in seiner axialen Länge so ausgelegt ist, dass bei eingedrehtem Einstellelement (12) mit an der Anschlussfläche (6) des Tragteiles (1) anliegender Gewindehülse (13) ein freier Spalt (s) zwischen dem Bohrungsrand (7d) des Bauteiles (7) und dem Werkzeugaufnahmebereich (14) des Einstellelementes (12) vorgegeben ist, so dass bei Fertigungstoleranzen des Einstellelementes (12) eine stets sichere Anlage der Gewindehülse (13) an der korrespondierenden Anschlussfläche (6) des Tragteiles (1) sichergestellt ist, und dass beim Anziehen der Befestigungsschraube (8) sich der Schraubenkopf aufgrund der axial nachgebenden Sollbruchstelle (15) dennoch zuverlässig an den Bohrungsrand (7d) des zu befestigenden Bauteiles (7) kraftübertragend anlegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befestigen eines Bauteiles an zumindest einem Tragteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, eine Verwendung nach Anspruch 7 sowie ein Verfahren nach Anspruch 8.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung beschreibt die DE 10 2005 022 202 A1 , bei der ein Bauteil mit zwei 90° zueinander versetzten Anschlussflächen an einem Tragteil mit korrespondierenden Anschlussflächen über mehrere, senkrecht zu den Anschlussflächen angeordnete Befestigungsschrauben zu befestigen ist. Dabei ist eine verspannungsfreie Befestigung des Bauteiles insofern schwierig, als sowohl durch Tragteiltoleranzen als ggf. auch durch Montagefehler die einander zugewandten Anschlussflächen nicht plan aneinander anliegen und somit das Bauteil beim Anziehen der Befestigungsschrauben unzulässig verspannt wird. Um dies zu vermeiden, wird beim Gegenstand der besagten DE 10 2005 0022 202 A1 vorgeschlagen, in zumindest einer der Befestigungsbohrungen für eine Befestigungsschraube ein Einstellelement mit einer Gewindehülse und einem Werkzeugaufnahmebereich vorzusehen, das durch Eindrehen des Einstellelementes vor dem Anziehen der Befestigungsschraube einen ggf. zwischen den Anschlussflächen vorhandenen Spalt überbrückt. Sodann kann die Befestigungsschraube eingesetzt und angezogen werden.
Aus der DE 689 03 826 T2 ist eine Vorrichtung zum Befestigen eines Ausrüstungsstückes auf einem Teil des Innenaufbaus eines Fahrzeugs in einer relativen Stellung zum Außenaufbau bekannt. Aus der WO 2008/064875 A1 ist ein Niet bekannt. Aus der DE 41 13 242 C2 ist eine Abscherschraube bekannt. Aus der DE 692 11 248 T2 ist ein Hochleistungs-Blindbolzen mit gleicher Greifkraft über einen erweiterten Greifbereich bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzubilden, dass neben einer robusten Schraubverbindung ein zu starkes Eindrehen des Einstellelementes, insbesondere bei einer automatisierten Montage des Bauteiles an dem Tragteil mit großer Sicherheit vermeidbar ist. Ferner werden eine bevorzugte Verwendung der Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Befestigen eines Bauteils vorgeschlagen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Werkzeugaufnahmebereich und der Gewindehülse eine das Anzugsmoment des Einstellelementes begrenzende Sollbruchstelle vorgesehen ist. Die Sollbruchstelle ist so ausgeführt, dass sie nach Anliegen der Gewindehülse an der Anschlussfläche des Tragteiles ein weiteres Anziehen verhindert, in dem sie die Drehverbindung zwischen der Gewindehülse und dem Werkzeugaufnahmebereich unterbricht. Damit ist mit einfachen Mitteln sichergestellt, dass ggf. durch einen Montagefehler oder anderweitig verursacht die Gewindehülse zu weit eingedreht und demzufolge trotzdem eine unzulässige Verspannung des Bauteiles mit dem Anziehen der Befestigungsschrauben verursacht wird.
In besonders vorteilhafter Weise kann die Sollbruchstelle durch einen dünnwandigen Hülsenabschnitt zwischen dem Werkzeugaufnahmebereich und der Gewindehülse gebildet sein, der fertigungstechnisch z.B. durch ringförmige Einstiche im Außenumfang und im Innenumfang des Einstellelementes gebildet ist.
Insbesondere kann der dünnwandige Hülsenabschnitt konusförmig derart gestaltet sein, dass sich die Randabschnitte bei einem Sollbruch ineinander verhaken und somit in jedem Falle als eine Montageeinheit verbunden bleiben.
Der Werkzeugaufnahmebereich des Einstellelementes ist durch einen außerhalb der Gewindebohrung des Bauteiles liegenden Schraubenkopf gebildet, der den Bohrungsrand des Bauteiles übergreift. Damit ist ein besonders robuster, zuverlässiger Kraftfluss von der Befestigungsschraube über den Schraubenkopf des Einstellelementes, den Bohrungsrand des Bauteiles und die Gewindehülse zum Tragteil gegeben.
Das Einstellelement ist in seiner axialen Länge so ausgelegt, dass bei eingedrehtem Einstellelement mit an der Anschlussfläche des Tragteiles anliegender Gewindehülse ein freier Spalt s zwischen dem Bohrungsrand des Bauteiles und dem Schraubenkopf des Einstellelementes gegeben ist. Dies stellt bei vertretbaren Fertigungstoleranzen des Einstellelementes eine stets sichere Anlage der Gewindehülse an der korrespondierenden Anschlussfläche des Tragteiles sicher; beim Anziehen der Befestigungsschraube kann sich der Schraubenkopf aufgrund der axial nachgebenden Sollbruchstelle bzw. des dünnwandigen Hülsenabschnittes dennoch zuverlässig an den Bohrungsrand des zu befestigenden Bauteiles kraftübertragend anlegen.
In vorteilhafter Weise können dabei die Kontaktflächen zwischen dem Bohrungsrand des Bauteiles und dem Schraubenkopf des Einstellelementes mit reibwerterhöhenden Mitteln ausgeführt sein, um eine unbeabsichtigte Verstellung des Einstellelementes beim Anziehen der Befestigungsschraube auszuschließen. Insbesondere kann die ringförmige Kontaktfläche des Schraubenkopfes des Einstellelementes mit einer strahlenförmigen Verrippung versehen sein.
In fertigungstechnisch günstiger Weise können bei einer im Wesentlichen in einer Anschlussebene liegenden Anschlussfläche des mehrteiligen Tragteiles mit einer in die Anschlussfläche mündenden Trennfläche die korrespondierenden Anschlussflächen des zu befestigenden Bauteiles im Bereich der Trennfläche durchgehend unterbrochen sein, wobei die das Einstellelement aufweisende Anschlussfläche gegenüber der zumindest einen weiteren Anschlussfläche zurückgesetzt ist. Damit kann ein sehr weit gehender Toleranzausgleich im Bereich der Anschlussflächen verwirklicht werden, der z.B. Setzungen von zwischen den Trennflächen liegenden Dichtungen, Kumulierung ungünstig zusammenfallender Toleranzen, etc. berücksichtigt.
Eine besonders bevorzugte Verwendung der Vorrichtung mit einem Einstellelement ist an einer Brennkraftmaschine gegeben, insbesondere in Nutz- oder Kraftfahrzeugen, wobei das Tragteil z. B. das mehrteilige Motorgehäuse ist, an dem als zu befestigendes Bauteil eine Haltekonsole eines Neben- oder Zusatzaggregates, insbesondere eines Klimakompressors einer Klimaanlage des Kraftfahrzeuges, vorgesehen ist. Weitere denkbare Nebenaggregat-Befestigungsteile sind z. B. Hydropumpen, Generatoren, Kompressoren etc., die über eine derartige erfindungsgemäße Vorrichtung an einem gewünschten Bauteil festgelegt werden können. Eine derartige Haltekonsole ist durch Antriebskräfte, Schwingungsbeaufschlagung und dynamische Belastungen hoch beansprucht und kann derartigen Belastungen durch die robuste, verspannungsfreie Befestigung an dem Motorgehäuse besonders dauerhaft standhalten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1a, b einen Horizontalschnitt durch eine Vorrichtung zum Befestigen eines Bauteiles an einem mehrteiligen Tragteil, mit einem zwischen Anschlussflächen des Tragteiles und des Bauteiles angeordneten Einstellelement,
2 einen Längsschnitt im vergrößertem Maßstab durch das Einstellelement mit einer Gewindehülse, einem Schraubenkopf und einer dazwischen vorgesehenen Sollbruchstelle,
3 eine Einzelheit Z der 2 im Bereich der Sollbruchstelle des Einstellelementes, und
4 einen Querschnitt entlang der Linie IV - IV der 2 mit Draufsicht auf die Kontaktfläche des Schraubenkopfes des Einstellelementes.

In der 1 ist mit 1 ein mehrteiliges Tragteil bezeichnet, das sich im dargestellten Bereich aus einem flanschförmigen Teil 2 und einem Gehäuseteil 3 zusammensetzt. Die Teile 2 und 3 sind mittels Befestigungsschrauben 4 (im Schnitt ist nur eine Befestigungsschraube 4 dargestellt) aneinander befestigt. Zwischen deren gemeinsamer Trennebene 5 kann ggf. eine Dichtung eingefügt sein.
Das Tragteil 1 bzw. dessen Teile 2, 3 weisen eine gemeinsame, im Wesentlichen in einer Flucht liegende, plane Anschlussfläche 6 auf, an der ein Bauteil 7 mittels zumindest zweier Befestigungsschrauben 8 angeschraubt ist. Die in der Zeichnung obere Befestigungsschraube 8 ist in 1a der besseren Übersichtlichkeit wegen nur angedeutet dargestellt. In der 1b ist der eingeschraubte Zustand der Befestigungsschraube 8 dargestellt.
Das grob schematisch dargestellte Tragteil 1 ist bevorzugt durch einen Abschnitt 3 des Zylindergehäuses einer Brennkraftmaschine für Kraft-, insbesondere Nutzfahrzeuge gebildet, an dem ein Gehäusedeckel 2 der Brennkraftmaschine befestigt ist und an dessen Anschlussfläche 6 eine Haltekonsole als Bauteil 7 angebaut ist. Die Haltekonsole 7 kann soweit nicht beschrieben üblicher Konstruktion sein, mit einem Anschlussbügel 7a für das Gehäuse eines nicht dargestellten Klimakompressors einer Klimaanlage des Fahrzeuges.
Die Befestigungsschrauben 8 zum Befestigen des Bauteiles 7 sind in Gewindebohrungen 9 des Tragteiles 1 eingeschraubt, die in die senkrecht dazu verlaufende Anschlussfläche 6 münden.
Die korrespondierenden Anschlussflächen 10, 11 des zu befestigenden Bauteiles 7 sind zueinander um ein Maß a versetzt, wobei die Anschlussfläche 10 bei angezogener, unterer Befestigungsschraube 8 in einer flächigen Anlageverbindung an der Anschlussfläche 6 des flanschförmigen Teiles 2 anliegt, während die mit dem Gehäuseteil 3 zusammenwirkende Anschlussfläche 11 des Bauteiles 7 wie ersichtlich zurückgesetzt dazu positioniert ist. Im Bereich der Trennebene 5 ist das Bauteil 7 mit einer entlang der Trennebene 5 verlaufenden Ausnehmung 7e versehen.
Zur Überbrückung des freien Spaltes a zwischen den korrespondierenden Anschlussflächen 6, 11 ist in dem Flansch 7b des Bauteiles 7 eine im Durchmesser größere Gewindebohrung 7c eingearbeitet, in die ein Einstellelement 12 eingeschraubt ist.
Das Einstellelement 12 setzt sich mit Bezug zu den 2 bis 4 zusammen aus einer Gewindehülse 13, einem Werkzeugansatz bzw. Werkzeugaufnahmebereich 14 und einer dazwischen ausgebildeten Sollbruchstelle 15.
Das Einstellelement 12 weist eine durchgehende Bohrung 16 auf, durch die hindurch die Befestigungsschraube 8 einsetzbar ist.
Ferner weist die Gewindehülse 13 ein Außengewinde auf, mittels dem das Einstellelement 12 in die Gewindebohrung 7c des Bauteiles 7 einschraubbar ist.
Die Sollbruchstelle 15 ist durch einen gegenüber dem daran angrenzenden Hülsenwandbereich dünnwandigen Hülsenabschnitt zwischen der Gewindehülse 13 und dem Werkzeugaufnahmebereich 14 gebildet, der wie aus der Zeichnung 2 und 3 ersichtlich ist, konusförmig verläuft.
Der Hülsenabschnitt 15 (vgl. 3) ist durch Einarbeitung zweier ringförmiger Einstiche 15a, 15b hergestellt. Die im Querschnitt etwa V-förmigen Außen- bzw. Innen-Einstiche 15a, 15b weisen jeweils am Übergangsbereich von deren in einem definierten Winkel zueinander geneigten Wandabschnitten einen gerundeten Wandabschnitt mit einem Radius R auf.
Der Hülsenabschnitt 15 ist so konfiguriert, dass zwischen dem Werkzeugaufnahmebereich 14 und der Gewindehülse 13 nur ein definiertes Drehmoment bzw. eine definierte Axialkraft übertragbar ist. Ferner wird durch die konusförmige Gestaltung des Hülsenabschnittes 15 erreicht, dass sich bei einem auftretenden Sollbruch die Randabschnitte der Bruchstelle ineinander verhaken.
Der Werkzeugaufnahmebereich 14 besteht zudem aus z. B. einem Schraubenkopf mit einem Außensechskant, über den die Gewindehülse 13 in die Gewindebohrung 7c des Bauteiles 7 eindrehbar ist, bis deren ringförmige Stirnfläche 13a um die Gewindebohrung 9 herum an der Anschlussfläche 6 des Gehäuseteiles 3 zur Anlage kommt.
Die axiale Länge des Einstellelementes 12 ist dabei so bemessen, dass bei an der Anschlussfläche 6 anliegender Gewindehülse 13 (vgl. Zeichnung 1) zwischen dem Werkzeugaufnahmebereich 14 des Einstellelementes 12 und einer korrespondierenden, den Bohrungsrand der Gewindebohrung 7c einschließenden Anlagefläche 7d des Bauteiles 7 ein geringer Spalt s verbleibt. Damit ist sichergestellt, dass in jedem Falle zuerst die Gewindehülse 13 an der Anschlussfläche 6 anliegt und somit zuverlässig der Abstand a zwischen dem Bauteil 7 und dem Gehäuseteil 3 eliminiert bzw. überbrückt ist.
Die dem Bauteil 7 bzw. der Anlagefläche 7d zugewandte Anlagefläche des Werkzeugaufnahmebereiches 14 ist beispielsweise mit den Reibwert erhöhenden Mitteln bzw. einer strahlenförmig ausgeführten Verrippung 14a versehen.
Ist ggf. das Anzugsmoment am Werkzeugaufnahmebereich 14 zu hoch, so kommt die Sollbruchstelle 15 zur Wirkung und unterbricht ein weiteres Eindrehen des Einstellelementes 12. Andernfalls bleibt zwar die Sollbruchstelle 15 intakt, der Schraubenkopf 14 ist aber durch die mit der Sollbruchstelle 15 erzeugte Schwachstelle in axialer Richtung derart nachgiebig, dass der gebildete Spalt s gegen Null gehen kann. Dieser Fall ist lediglich schematisch in der 1b dargestellt.
Dies wird erreicht durch das Anziehen der Befestigungsschraube 8, deren Axialkraft den Werkzeugaufnahmebereich 14 unter entsprechender Verformung des dünnwandigen Hülsenabschnittes 15 gegen die Anlagefläche 7d des Bauteiles 7 spannt. Danach wirkt die Anzugskraft der Befestigungsschraube 8 über den Werkzeugaufnahmebereich 14 unmittelbar auf den Flanschabschnitt 7b, während sich die Gewindehülse 13 des Einstellelementes 12 an der Anschlussfläche 6 des Gehäuseteiles 6 abstützt.
Mittels der Verrippung 14a am Werkzeugaufnahmebereich 14 ist dabei sichergestellt, dass über das Anzugsmoment der Befestigungsschraube 8 nicht unabsichtlich das Einstellelement 12 mit verdreht wird.
Der Werkzeugaufnahmebereich 14 des Einstellelementes 12 kann auch durch ein Innensechskant (Inbus), durch eine Torxverbindung, etc. hergestellt sein. Die Reibwert erhöhenden Mittel können auch durch gezielte Rauhigkeiten an den Anlageflächen zwischen dem Werkzeugaufnahmebereich 14 und dem Bauteil 7 hergestellt sein.
Die Sollbruchstelle 15 des Einstellelementes 12 kann auch nur durch einen einseitigen, ringförmigen Einstich 15a oder 15b, oder durch andere, materialschwächende Maßnahmen wie Querbohrungen, Ausnehmungen, etc. hergestellt sein.

Claims

Vorrichtung zum Befestigen eines Bauteiles (7) an zumindest einem Tragteil (1), wobei zumindest eine Anschlussfläche (10) des Bauteiles (7) an Anschlussflächen (6) des Tragteiles (1) anliegt, und wobei das Tragteil (1) mittels die Anschlussflächen (6, 10, 11) durchdringender Befestigungsschrauben (8) befestigt ist, und wobei zwischen den Anschlussflächen (6, 10, 11) in einer Bohrung (7c) für eine der Befestigungsschrauben (8) ein Einstellelement (12) mit einer Gewindehülse (13) eingesetzt ist, die mittels eines angeformten Werkzeugaufnahmebereichs (14) zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen (a) bis zur Anlage an der korrespondierenden Anschlussfläche (6) des Tragteiles (1) einschraubbar ist, und wobei der Werkzeugaufnahmebereich (14) des Einstellelementes (12) durch einen außerhalb der Bohrung (7c) des Bauteiles (7) liegenden Schraubenkopf gebildet ist, der den Bohrungsrand (7d) des Bauteiles (7) übergreift, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Werkzeugaufnahmebereich (14) und der Gewindehülse (13) eine das Anzugsmoment des Einstellelementes (12) begrenzende Sollbruchstelle (15) vorgesehen ist, und dass das Einstellelement (12) in seiner axialen Länge so ausgelegt ist, dass bei eingedrehtem Einstellelement (12) mit an der Anschlussfläche (6) des Tragteiles (1) anliegender Gewindehülse (13) ein freier Spalt (s) zwischen dem Bohrungsrand (7d) des Bauteiles (7) und dem Werkzeugaufnahmebereich (14) des Einstellelementes (12) vorgegeben ist, so dass bei Fertigungstoleranzen des Einstellelementes (12) eine stets sichere Anlage der Gewindehülse (13) an der korrespondierenden Anschlussfläche (6) des Tragteiles (1) sichergestellt ist, und dass beim Anziehen der Befestigungsschraube (8) sich der Schraubenkopf aufgrund der axial nachgebenden Sollbruchstelle (15) dennoch zuverlässig an den Bohrungsrand (7d) des zu befestigenden Bauteiles (7) kraftübertragend anlegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle durch einen, gegenüber einem angrenzenden, stabilen Hülsenabschnitt dünnwandigen Hülsenabschnitt (15) zwischen dem Werkzeugaufnahmebereich (14) und der Gewindehülse (13) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruche 2, dadurch gekennzeichnet, dass der dünnwandige Hülsenabschnitt (15) derart gestaltet ist, dass sich die Randabschnitte bei einem Sollbruch ineinander verhaken, und dass der dünnwandige Hülsenabschnitt (15) hierfür einen schräg oder konusförmig mit Bezug auf die Schraubachse verlaufenden Hülsenwandabschnitt ausbildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageflächen zwischen dem Bohrungsrand (7d) des Bauteiles (7) und dem Werkzeugaufnahmebereich (14) des Einstellelementes (12) einseitig oder beidseitig mit reibwerterhöhenden Mitteln (14a) ausgeführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Anlagefläche des Schraubenkopfes (14) des Einstellelementes (12) mit einer strahlenförmigen Verrippung (14a) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer im Wesentlichen in einer Anschlussebene liegenden Anschlussfläche (6) des mehrteiligen Tragteiles (2, 3) mit einer in die Anschlussfläche (6) mündenden Trennfläche (5) die korrespondierenden Anschlussflächen (10, 11) des zu befestigenden Bauteiles (7) im Bereich der Trennfläche (5) unterbrochen sind, wobei die das Einstellelement (12) aufweisende Anschlussfläche (11) gegenüber der zumindest einen weiteren Anschlussfläche (10) um ein Maß (a) zurückgesetzt ist.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche an einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug, wobei das Tragteil das Motorgehäuse (3) ist, an dem als zu befestigendes Bauteil eine Haltekonsole (7) eines Neben- oder Zusatzaggregates, insbesondere eines Klimakompressors einer Klimaanlage des Fahrzeuges, vorgesehen ist.
Verfahren zum Befestigen eines Bauteils mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Sollbruchstelle (15) zwischen dem Werkzeugaufnahmebereich (14) und der Gewindehülse (13) nach Anliegen der Gewindehülse (13) an der Anschlussfläche des Tragteils bei Erreichen eines vorgegebenen Anzugsmomentes des Einstellelementes (12) bricht und damit ein weiteres Anziehen des Einstellelementes (12) verhindert.