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Die
Erfindung betrifft eine Befestigungseinrichtung, mit dessen Hilfe
mindestens zwei Bauteile mit Toleranz miteinander befestigt werden
können.
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Ein
Kraftfahrzeug weist insbesondere im Motorraum Bauteile auf, die
beim Betrieb des Motors sehr heiß werden können. Um Fahrzeuginsassen und/oder
Bauteile vor dieser Hitze zu schützen,
ist es bekannt mit heißen
Kraftfahrzeugbauteilen ein Hitzeschutzschild zu verwenden. Hierzu
werden an den heißen
Bauteilen Bolzen mit Außengewinde
angeschweißt, über die
das Hitzeschutzschild mit dem heißen Bauteil oder an dem zu
schützenden
Bauteil, beispielsweise Klimaleitung, Stirnwanddurchtritt, Gummitülle oder
Dichtung oder einem benachbarten Bauteil, beispielsweise Stirnwand
verschraubt werden kann. Das Hitzeschutzschild weist hierzu eine Öffnung auf,
durch die der Bolzen hindurch gesteckt wird, um anschließend auf
den Bolzen eine Mutter aufzuschrauben.
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Nachteilig
bei einer derartigen Befestigung ist, dass die Bolzen nur sehr ungenau
angeschweist werden können,
so dass eine erhebliche Toleranz von mehreren Millimetern, beispielsweise ±5 mm für die Befestigung
des Bolzens mit dem Hitzeschutzschild erforderlich ist. Deswegen
ist es zwingend erforderlich die Öffnung in dem Hitzeschutzschild
entsprechend groß zu
wählen,
wodurch jedoch die Hitzeschutzfunktion des Hitzeschutzschilds erheblich beeinträchtigt wird.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung eine Befestigungseinrichtung zur toleranzbehafteten
Befestigung von mindestens zwei Bauteilen miteinander zu schaffen,
die eine große
Toleranz zwischen den beiden Bauteilen erlaubt ohne die Funktion
der jeweiligen Bauteile wesentlich zu beeinträchtigen.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs
1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Befestigungseinrichtung
zur toleranzbehafteten Befestigung von mindestens zwei Bauteilen
miteinander weist einen Bolzen auf, der einem ersten Bauteil zugeordnet
ist. Ferner ist ein zweites Bauteil mit einer Öffnung vorgesehen, in die der
Bolzen mit Toleranz einführbar
ist. Erfindungsgemäß ist mit
dem zweiten Bauteil ein Abdeckteil zum Abdecken der Öffnung verliersicher
und relativ beweglich zum zweiten Bauteil verbunden, wobei das Abdeckteil
eine Aufnahmeöffnung
zur Aufnahme des Bolzens aufweist und die Toleranz zwischen der Aufnahmeöffnung und
dem Bolzen geringer als die Toleranz zwischen der Öffnung des
zweiten Bauteils und dem Bolzen ist.
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Die
Aufnahmeöffnung
kann im Wesentlich dem Nenndurchmesser des Bolzens entsprechen,
so dass zwischen der Aufnahmeöffnung
und dem Bolzen lediglich eine Spielpassung, beispielsweise h6/H7,
vorgesehen ist. Im Gegensatz zur Aufnahmeöffnung weist die Öffnung des
zweiten Bauteils, beispielsweise eines Hitzeschutzschilds, eine
besonders große
Toleranz auf, beispielsweise ±5
mm. Bei der Befestigung des ersten Bauteils, beispielsweise eines
heißen
Kraftfahrzeugbauteils, mit dem zweiten Bauteil kann der Bolzen durch
die Aufnahmeöffnung des
verliersicher mit dem zweiten Bauteil verbundenen Abdeckteil und
die Öffnung
des zweiten Bauteils gesteckt und anschließend verbunden beispielsweise
verschraubt werden. Durch das Abdeckteil wird der Flächenbereich
zwischen dem Bolzen und der Öffnung
des zweiten Bauteils im Wesentlichen vollständig abgedeckt, so dass die
Funktion des zweiten Bauteils durch eine zu große Öffnung im zweiten Bauteil nicht
beeinträchtigt
wird. Beispielsweise kann über
die im Vergleich zum Bolzen deutlich größere Öffnung im Wesentlichen keine
Hitze austreten und/oder im Wesentlichen keine Verschmutzungen eintreten.
Da die Toleranz zwischen der Aufnahmeöffnung des Abdeckteils und
dem Bolzen eher klein ist, wird das Abdeckteil von dem Bolzen automatisch in
die korrekte Position bewegt. Gleichzeitig kann eine Ausrichtung
des Bolzens relativ zum zweiten Bauteil in jede radiale Richtung
erfolgen und nicht nur in eine einzige Richtung, wie es beispielsweise
bei einem Langloch anstelle der Öffnung
der Fall wäre.
Dadurch, dass das Abdeckteil verliersicher mit dem zweiten Bauteil
verbunden ist, kann das zweite Bauteil zusammen mit dem Abdeckteil
vorgefertigt werden und als gemeinsames Modul in ein Kraftfahrzeug verbaut
werden. Insbesondere wird dadurch vermieden, dass das Abdeckteil
bei der Montage in den Motorraum des Kraftfahrzeugs fällt und
dort im späteren Betrieb
des Kraftfahrzeugs einen Defekt verursacht.
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Vorzugsweise
ist das Abdeckteil im Wesentlichen parallel zu einer durch die Öffnung definierten Ebene
beweglich. Das Abdeckteil kann dadurch parallel zu dem Teil des
zweiten Bauteils, das die Öffnung
ausbildet, bewegt werden. Das Abdeckelement ist hierzu beispielsweise
durch einen oder mehrere am zweiten Bauteil angebrachte Haken verliersicher mit
dem zweiten Bauteil befestigt, so dass das Abdeckteil in einer Richtung
senkrecht zur Öffnungsebene
gesperrt und/oder unbeweglich ist. Insbesondere kann dadurch erreicht
werden, dass das Abdeckteil möglichst
nah an der Öffnung
im zweiten Bauteil angeordnet ist, um die Öffnung abzudecken und zu verschließen.
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Besonders
bevorzugt ist das Abdeckteil in eine erste Koordinatenrichtung und
gleichzeitig in eine senkrecht zur ersten Koordinatenrichtung angeordnete
zweite Koordinatenrichtung bewegbar. Das Abdeckteil ist dadurch
insbesondere parallel zur Öffnungsebene
frei beweglich. Das Abdeckteil kann in jede radiale Richtung bezogen
auf den Bolzen bewegt werden. Dadurch ist es möglich bei nahezu jeglicher
Fehlstellung des Bolzens ausreichend Toleranz zur Verfügung zu
stellen, um den Bolzen zu befestigen und gleichzeitig die Öffnung durch
das Abdeckteil in einer nahezu beliebigen Position des Bolzens abzudecken.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das zweite Bauteil eine Tasche auf, wobei das Abdeckteil in
der Tasche beweglich angeordnet ist. Durch die Tasche kann das Abdeckteil
verliersicher mit dem zweiten Bauteil verbunden werden. Gleichzeitig
ist eine im Wesentlichen freie Bewegung des Abdeckteils innerhalb
der Tasche möglich.
Besonders bevorzugt weist die Tasche eine obere Lage mit einer ersten Öffnung und
eine untere Lage mit einer insbesondere im Wesentlichen koaxial
zur ersten Öffnung
angeordneten zweiten Öffnung
auf. Dadurch kann der Bolzen durch beide Lagen der Tasche hindurchgeführt werden.
Die Öffnung
des zweiten Bauteils wird hierbei dadurch definiert, dass die im
Wesentlichen senkrecht zu den Ebenen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung überlagerte
erste Öffnung
und zweite Öffnung
einen minimalen Öffnungsrand
definieren. Der durch die Überlagerung
der ersten Öffnung
mit der zweiten Öffnung
entstehende minimale Öffnungsrand,
der effektiv die Bewegung des Bol zens begrenzt, bestimmt die Form
der Öffnung
im zweiten Bauteil. Vorzugsweise sind die erste Öffnung und die zweite Öffnung im
Wesentlichen identisch und koaxial angeordnet, so dass unwirksame Öffnungsbereiche,
die nicht in Kontakt mit dem Bolzen kommen können, vermieden sind. Durch
die beiden Lagen der Tasche wird ferner eine zusätzliche Wärmeisolierung geschaffen. In
der Tasche kann sich ein Luftpolster ausbilden, das einen wärmedämmenden Effekt
bereitstellt.
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Besonders
bevorzugt weist das zweite Bauteil mindestens einen Anschlag zur
Begrenzung der Bewegung des Abdeckteils auf. Durch den mindestens
einen Anschlag kann vermieden werden, dass das Abdeckteil aus dem
zweiten Bauteil herausfallen kann. Gleichzeitig kann die Bewegung
des Abdeckteils soweit begrenzt werden, dass der Bolzen ohne Schwierigkeiten
in der Aufnahmeöffnung
des Abdeckteils eingefädelt
werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das zweite Bauteil eine obere Lage und eine untere Lage auf,
wobei zwischen der oberen Lage und der unteren Lage eine wärmedämmende Isolierschicht angeordnet
ist. Dadurch kann die obere Lage und/oder die untere Lage eine Schicht
sein, die aus einem metallischen Blech hergestellt ist. Eine ausreichende
Wärmeisolierung
kann durch die zwischen den beiden Lagen angeordnete Isolierschicht
bereitgestellt werden. Dadurch kann für das zweite Bauteil ein einfach
zu verarbeitendes Material verwendet werden, auf das erforderlichenfalls
die wärmedämmende Isolierschicht
beispielsweise durch Kleben aufgebracht werden kann.
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Vorzugsweise
weist der Bolzen ein Außengewinde
auf, wodurch das erste Bauteil über
den Bolzen mit dem zweiten Bauteil verschraubt werden kann. Vorzugsweise
ist mit dem Außengewinde
eine Schraubscheibe verbunden, die im Ver gleich zu einer Norm-Mutter
einen deutlich größeren Durchmesser aufweist
und eine Anlagefläche
aufweist, die zur Mittelachse der Schraubscheibe deutlich beabstandet ist.
Durch die Schraubscheibe wird gewährleistet, das nur außerhalb
der Öffnung
im zweiten Bauteil die mit dem Bolzen verschraubte Schraubscheibe
anliegen kann. Eine ungleichförmige
Flächenpressung und/oder
eine ungleichförmige
Anpresskraft wird dadurch vermieden.
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Vorzugsweise
ist der Bolzen insbesondere durch Schweißen mit dem ersten Bauteil
verbunden. Aufgrund der im Vergleich zum Bolzen deutlich größeren Öffnung im
zweiten Bauteil und der Abdeckung der Öffnung durch das Abdeckteil
ist es nicht erforderlich für
die Position und die Ausrichtung des Bolzens eine hohe Präzision vorzusehen.
Dies ermöglicht
es den Bolzen durch einfache und schnelle Befestigungsmethoden mit
dem ersten Bauteil zu verbinden. Der Bolzen kann hierbei bezogen
auf seine beabsichtigte Position und Ausrichtung in axialer Richtung
sowie radialer Richtung versetzt sein. Ferner kann der Bolzen unter
einem Winkel schräg
zur beabsichtigten Ausrichtung ausgerichtet sein. Selbst deutlich
beabstandet zu einem Befestigungspunkt des Bolzens mit dem ersten
Bauteil kann über
die Öffnung
im zweiten Bauteil ein ausreichender Toleranzausgleich erreicht
werden.
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Insbesondere
weist die Aufnahmeöffnung des
Abdecktells bei einem Bolzendurchmesser d einen äquivalenten Durchmesser D1
von d + 12 μm ≤ D1 ≤ d + 2,0 mm,
insbesondere d + 0,02 mm ≤ D1 ≤ d + 1,0 mm,
vorzugsweise d + 0,05 mm ≤ D1 ≤ d + 0,5 mm
und besonders bevorzugt d + 0,10 mm ≤ D1 ≤ d + 0,2 mm. Der Bolzendurchmesser
d ergibt sich aus der verwendeten Schraube, für die insbesondere ein M5-,
M6- oder M8-Schraube verwendet wird. Somit gilt für den Bolzendurchmesser
d insbesondere 5,0 mm ≤ d ≤ 5,012 mm
oder 6,0 mm ≤ d ≤ 6,012 mm oder 8,0
mm ≤ d ≤ 8,012 mm.
Dadurch wird zwischen der Aufnahmeöffnung und dem Bolzen ausreichend Spiel
gewährleistet
ohne die Abdeckfunktion des Abdeckteils wesentlich zu beeinträchtigen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Öffnung
bei einem Bolzendurchmesser d einen äquivalenten Durchmesser D2
von d + 1,0 mm ≤ D2 ≤ d + 10,0
mm, insbesondere d + 2,0 mm ≤ D2 ≤ d + 8,0 mm,
vorzugsweise d + 3,0 mm ≤ D2 ≤ d + 7,0 mm und
besonders bevorzugt d + 4,0 mm ≤ D2 ≤ d + 6,0 mm
auf, wobei für
den Bolzendurchmesser d insbesondere 5,0 mm ≤ d ≤ 5,012 mm oder 6,0 mm ≤ d ≤ 6,012 mm
oder 8,0 mm ≤ d ≤ 8,012 mm
gilt. Dadurch wird zwischen der Öffnung
und dem Bolzen ein besonders großes Spiel ausgebildet, so dass
auch größere Ungenauigkeiten
bei der Position und Ausrichtung des Bolzens ein Toleranzausgleich
stattfinden kann. Der äquivalente
Durchmesser entspricht dem Durchmesser einer kreisförmigen Fläche mit
dem selben Flächeninhalt
wie die Öffnung
beziehungsweise die Aufnahmeöffnung.
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Vorzugsweise
ist das Abdeckteil in radialer Richtung um eine Strecke r bewegbar,
wobei für
r 1,0 mm ≤ r ≤ 10,0 mm,
insbesondere 2,0 mm ≤ r ≤ 8,0 mm vorzugsweise
3,0 mm ≤ r ≤ 7,0 mm und
besonders bevorzugt 4,0 mm ≤ r ≤ 6,0 mm gilt.
Dies ermöglicht
für das
Abdeckteil einen ausreichenden Versatz, um auch größere Ungenauigkeiten
bei der Position und Ausrichtung des Bolzens ausgleichen zu können, wobei
gleichzeitig die Aufnahmeöffnung
des Abdeckteils nicht vollständig
aus dem Bereich der Öffnung
des zweiten Bauteils heraus wandern kann.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Hitzeschutzvorrichtung, insbesondere
zum Schutz vor heißen Kraftfahrzeugbauteilen,
mit einem Hitzeschutzschild, die über eine Befestigungseinrichtung
mit einem Hitzeteil, insbesondere einem heißen Kraftfahrzeugbauteil verbunden
ist. Die Befestigungseinrichtung kann wie vorstehend beschrieben
aus- und weitergebildet sein. Hierbei bildet das erste Bauteil das
Hitzeteil und das zweite Bauteil das Hitzeschutzschild aus. Aufgrund
des Toleranzausgleiches, der durch die Befestigungseinrichtung ermöglicht wird,
wird die Funktion des Hitzeschutzschilds nicht beeinträchtigt,
wenn das Hitzeschutzschild mit einer großen Toleranz mit dem heißen Kraftfahrzeugbauteil
verbunden werden soll. Auch Wärmedehnungen
können
ausgeglichen werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen
anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
exemplarisch erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung,
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2:
eine schematische Draufsicht einer Hitzeschutzvorrichtung vor der
Montage und
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3:
eine schematische Draufsicht der Hitzeschutzvorrichtung nach der
Montage.
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Die
in 1 dargestellte Befestigungseinrichtung 10 weist
ein erstes Bauteil 12 auf, das im dargestellten Ausführungsbeispiel
eine obere Lage 14 und eine untere Lage 16 aufweist,
zwischen denen ein nicht dargestelltes wärmedämmendes Isoliermaterial angeordnet
sein kann. Das erste Bauteil 12 weist eine Öffnung 18 auf,
die im dargestellten Ausführungsbeispiel
durch eine erste Öffnung 20 der oberen
Lage 14 und einer unteren Öffnung 22 der unteren
Lage 16 gebildet wird. Durch die Öffnung 18 ist ein
Bolzen 24 mit einem Außengewinde 26 geführt, der
mit einem nicht dargestellten ersten Bauteil, beispielsweise einem
heißen
Kraftfahrzeugbauteil verbunden sein kann.
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Zwischen
der oberen Lage 14 und der unteren Lage 16 ist
eine Tasche 28 ausgebildet, in dem die untere Lage 16 im
Bereich der Tasche 28 nach unten aufgebogen ist. In der
Tasche 28 ist ein Abdeckteil 30 angeordnet, das
eine Aufnahmeöffnung 32 aufweist,
um den Bolzen 24 mit einem geringfügigen Spiel aufnehmen zu können. Die
Aufnahmeöffnung 32 weist
daher einen Durchmesser D1 auf, der geringfügig größer ist als der Außendurchmesser
d des Bolzens 24.
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Um
einen möglichst
großen
Toleranzausgleich des Bolzens 24 relativ zum ersten Bauteil 12 zu
erreichen, weist die Öffnung 18 sowie
die erste Öffnung 20 und
die zweite Öffnung 22 einen
Durchmesser D2 auf, der deutlich größer ist als der Außendurchmesser
d des Bolzens 24. Dies ermöglicht einen Toleranzausgleich
in axialer Richtung sowie in radialer Richtung. Bei einer Bewegung
des Bolzens 24 innerhalb der Öffnung 18 nimmt der
Bolzen 24 das Abdeckteil 30 mit, so dass die Öffnung 18 zu
einem Großteil
von dem Abdeckteil 30 abgedeckt und verschlossen werden
kann. Die maximale Bewegungsmöglichkeit
des Bolzens 24 in radiale Richtung bezogen auf die optimale
Mittellage wird durch den Abstand S zwischen dem Bolzen 24 und
dem Rand der Öffnung 18 oder
durch den Abstand r1 oder r2 zwischen dem Abdeckteil 30 und
einem in radialer Richtung durch die Tasche 28 ausgebildeten
Anschlag 34 definiert.
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Zur
Befestigung des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil 12,
insbesondere einem Hitzeschutzschild, wird auf den Bolzen 24 eine
Schraubscheibe 36 aufgeschraubt, die deutlich beabstandet
zur Öffnung 18 eine
Anpresskraft auf die obere Lage 14 des zweiten Bauteils 12 ausüben kann.
Die obere Lage 14 kann mit der unteren Lage 16 durch
Schweißen, Bördeln oder ähnliches
unlösbar
verbunden sein. Ferner kann im montierten Zustand das erste Bauteil auf
die untere Lage 16 drücken,
so dass durch die Anpresskraft der Schraubscheibe 36 die
untere Lage 16 im Bereich der Tasche 28 nach innen
gedrückt werden
kann, wodurch das Abdeckteil 30 zwischen der oberen Lage 14 und
der unteren Lage 16 festgeklemmt werden kann.
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Bei
der in 2 dargestellten Hitzeschutzvorrichtung 38 ist
ein heißes
Kraftfahrzeugbauteil 40 oder zu schützendes Bauteil vorgesehen,
mit dem im dargestellten Ausführungsbeispiel
zwei Bolzen 24 verschweißt sind. Mit dem heißen Kraftfahrzeugbauteil 40 soll
ein Hitzeschutzschild 42 befestigt werden, das an korrespondierenden
Stellen zu dem Bolzen 24 jeweils die Öffnung 18 aufweisen.
Im montierten Zustand der Hitzeschutzvorrichtung 38 (3)
ist das heiße
Kraftfahrzeugbauteil 40 über zwei Befestigungseinrichtungen 10 miteinander
verbunden, wie in 1 dargestellt. Der Bolzen 24 ist
hierbei zur beabsichtigten Mittellage deutlich nach rechts verschoben,
wobei diese Verschiebung durch die Befestigungseinrichtung 10 ausgeglichen
ist.
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- 10
- Befestigungseinrichtung
- 12
- zweites
Bauteil
- 14
- obere
Lage
- 16
- untere
Lage
- 18
- Öffnung
- 20
- erste Öffnung
- 22
- zweite Öffnung
- 24
- Bolzen
- 26
- Außengewinde
- 28
- Tasche
- 30
- Abdeckteil
- 32
- Aufnahmeöffnung
- 34
- Anschlag
- 36
- Schraubscheibe
- 38
- Schutzvorrichtung
- 40
- Kraftfahrzeugbauteil
- 42
- Hitzeschutzschild