DE102011053596A1

DE102011053596A1 - Schweißbolzen und Fügeanordnung zum ausgerichteten Fügen von Bauteilen

Info

Publication number: DE102011053596A1
Application number: DE102011053596A
Authority: DE
Inventors: Jörg Willershausen
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2013-03-14
Also published as: EP2570226A1; CN103008854A; US20130115024A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schweißbolzen (1) zum ausgerichteten Fügen von Bauteilen mit einem Schaft (2), der einen Flansch (7), auf einer Seite des Flansches (7) ein Anschweißende (3) und auf der anderen Seite des Flansches (7) einen Befestigungsabschnitt (5) aufweist. Der Schweißbolzen weist einen Kegelabschnitt (4) auf, der zwischen dem Flansch (7) und dem Befestigungsabschnitt (5) angeordnet ist und sich in Richtung des Befestigungsabschnitts (5) verjüngt. Der Schweißbolzen eignet sich für eine Fügeanordnung zum ausgerichteten Fügen von Bauteilen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schweißbolzen zum ausgerichteten Fügen von Bauteilen mit einem Schaft, der einen Flansch, auf einer Seite des Flansches ein Anschweißende und auf der anderen Seite des Flansches einen Befestigungsabschnitt aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Fügeanordnung zum ausgerichteten Fügen von Bauteilen, wobei ein erstes Bauteil wenigstens einen mit einem Anschweißende an das erste Bauteil angeschweißten Schweißbolzen, der einen von dem ersten Bauteil abstehenden Schaft, einen am Schaft angeordneten Flansch und am freien Schaftende einen Befestigungsabschnitt hat, und in einem Abstand von dem Schweißbolzen eine sich in Längsrichtung des Schweißbolzens erstreckende Anlagefläche für ein zweites Bauteil aufweist und das zweite Bauteil eine Befestigungsöffnung zur Aufnahme des Schweißbolzens, eine an den Flansch anlegbare Abstützfläche und in einem Abstand von der Befestigungsöffnung eine mit der Anlagefläche zusammenwirkende Gegenfläche aufweist.
Im Automobilbau werden zum Fügen von Bauteilen vielfach Schweißbolzen verwendet, die an einem Bauteil angeschweißt sind und in Öffnungen eines oder mehrerer weiterer Bauteile eingreifen, welche dann mittels Muttern oder dergleichen an dem Schweißbolzen fixiert werden. Bei derartigen Fügevorgängen besteht vielfach das Problem, dass die Bauteile beim Fügen zueinander ausgerichtet werden müssen, damit sie nach dem Fügen eine vorgegebene Endlage einnehmen. Dieses Ausrichten ist erforderlich, um herstellungsbedingte und im Rahmen der Herstellungstoleranzen liegende Maßabweichungen der Bauteile und der Mittel zu ihrer Verbindung ausgleichen zu können. Zum Ausrichten der Bauteile werden beispielsweise aufwendige Vermessungstechniken eingesetzt oder Lehren verwendet. Beides kann zu einer Verlängerung der Fügezeiten und damit zu höheren Herstellungskosten führen.
Aus GB 2 065 011 A ist ein Bolzen zum Anschweißen an ein Bauteil bekannt, der einen zylindrischen Schaft und einen kegelförmigen Fuß aufweist, dessen Ende größeren Durchmessers mit einer ringförmigen Anschweißfläche versehen ist. Der kegelförmige Fuß hat hierbei die Aufgabe, den Durchmesser der Anschweißfläche zu vergrößern, um der Schweißverbindung eine höhere Festigkeit zu geben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schweißbolzen und eine Fügeanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche das Ausrichten der Bauteile beim Fügen vereinfacht und der Zeitaufwand zum Fügen verringert wird.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch einen Schweißbolzen mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und eine Fügeanordnung mit den in Anspruch 3 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Schweißbolzens und der Anordnung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Nach der Erfindung weist der Schweißbolzen zum ausgerichteten Fügen von Bauteilen einen Schaft auf, der einen Flansch, auf einer Seite des Flansches ein Anschweißende und auf der anderen Seite des Flansches einen Befestigungsabschnitt hat, wobei zwischen dem Flansch und dem Befestigungsabschnitt ein Kegelabschnitt angeordnet ist, der sich in Richtung des Befestigungsabschnitts verjüngt.
Der Schweißbolzen nach der Erfindung hat den Vorteil, dass beim Fügen von Bauteilen mit Hilfe seines Kegelabschnitts wenigstens ein zu befestigendes Bauteil quer zur Längsachse des Schweißbolzens ausgerichtet werden kann, bevor es seine endgültige Befestigungsposition an einem anderen Bauteil erreicht.
Eine Fügeanordnung nach der Erfindung umfasst ein erstes Bauteil, das wenigstens einen mit einem Anschweißende an das erste Bauteil angeschweißten Schweißbolzen, der einen von dem ersten Bauteil abstehenden Schaft, einen am Schaft angeordneten Flansch und am freien Schaftende einen Befestigungsabschnitt hat, und in einem Abstand von dem Schweißbolzen eine sich in Längsrichtung des Schweißbolzens erstreckende Anlagefläche für ein zweites Bauteil aufweist, wobei das zweite Bauteil eine Befestigungsöffnung zur Aufnahme des Schweißbolzens, eine an den Flansch anlegbare Abstützfläche und in einem Abstand von der Befestigungsöffnung eine mit der Anlagefläche zusammenwirkende Gegenfläche aufweist. Der Schweißbolzen hat angrenzend an die dem Anschweißende abgewandte Seite des Flansches einen Kegelabschnitt, der sich in Richtung des Befestigungsabschnitts verjüngt, und die Befestigungsöffnung des zweiten Bauteils hat an der Abstützfläche einen Innendurchmesser, der wenigstens dem größten Außendurchmesser des Kegelabschnitts entspricht, und das zweite Bauteil weist einen durch Kraft verformbaren Bereich auf, dessen Verformung eine Verringerung des Abstands zwischen der Gegenfläche und der Befestigungsöffnung bewirkt.
Die Fügeanordnung nach der Erfindung hat den Vorteil, dass die gegenseitige Ausrichtung der zu fügenden Bauteile bei der Montage durch den Kegelabschnitt des Schweißbolzens automatisch erfolgt. Das Ausrichten mit Hilfe von Lehren oder das Einmessen und Ausrichten von Hand können entfallen. Die Gefahr von Ausrichtfehlern bei der Montage wird weitgehend vermieden.
Die Steilheit des Kegelabschnitts, d.h. die Differenz zwischen dem größten und dem kleinsten Radius des Kegelabschnitts kann nach der Erfindung an die maximalen Herstelltoleranzen angepasst werden, die bei den Abständen zwischen dem Schweißbolzen und der Anlagefläche einerseits und zwischen der Befestigungsöffnung und der Gegenfläche andererseits auftreten können. Die Auslegung des Kegelabschnitts des Schweißbolzens ermöglicht daher auf einfache Weise eine Anpassung der Fügeanordnung an die in dem jeweiligen Anwendungsfall vorliegenden Herstellungstoleranzen.
Der Befestigungsabschnitt des Schweißbolzens ist vorzugsweise zylindrisch und mit einem Außengewinde versehen. Das zweite Bauteil kann daher mit einer auf den Befestigungsabschnitt aufgeschraubten Mutter an dem Kegelabschnitt entlang in die Ausrichtposition gedrückt und dann zwischen der Mutter und dem Flansch festgespannt werden. Die beim Ausrichten erforderliche Kraft zur Verformung des zweiten Bauteils kann daher indirekt durch Drehen der Mutter aufgebracht werden und erfordert keinen nennenswerten äußeren Kraftaufwand.
Der Schweißbolzen ist vorzugsweise so an dem ersten Bauteil angeschweißt, dass der Flansch in einem Abstand von dem ersten Bauteil angeordnet ist. Hierdurch wird eine Anlage des zweiten Bauteils an dem Flansch gewährleistet, der die Befestigungsposition des zweiten Bauteils an dem Schweißbolzen bestimmt.
Die Gegenfläche des zweiten Bauteils kann unmittelbar an der Anlagefläche des ersten Bauteils anliegen, es kann aber auch vorgesehen sein, dass zwischen der Gegenfläche und der Anlagefläche ein Abschnitt eines dritten Bauteils angeordnet ist, das in den Fügevorgang einbezogen ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen
1 einen Schweißbolzen nach der Erfindung,
2 eine Fügeanordnung nach der Erfindung,
3 einen Querschnitt der Fügeanordnung gemäß 2.
Der in 1 dargestellte Schweißbolzen 1 hat ein sich längs einer Achse erstreckenden Schaft 2, der ein Anschweißende 3, einen Kegelabschnitt 4 und einen Befestigungsabschnitt 5 bildet. Das Anschweißende 3 ist zylindrisch und weist eine Zündspitze 6 auf. Zwischen dem Anschweißende 3 und dem Kegelabschnitt 4 ist an den Schaft 2 ein scheibenförmiger Flansch 7 angeformt. Der Flansch 7 bildet mit seiner dem Kegelabschnitt 4 zugewandten Seite eine ebene Auflagefläche für ein zu befestigendes Bauteil. Der Kegelabschnitt 4 grenzt mit seinem größten Außendurchmesser an den Flansch 7 an und verjüngt sich in Richtung des Befestigungsabschnitts 5 bis auf den Außendurchmesser des Letzteren. Der Befestigungsabschnitt 5 ist zylindrisch und weist ein Außengewinde 8 auf.
2 zeigt eine Fügeanordnung 10 mit einem Schweißbolzen 1 gemäß 1. Der Schweißbolzen 1 ist mit seinem Anschweißende 3 an einem plattenförmigen, ebenen Abschnitt 11 eines ersten Bauteils 12 angeschweißt und steht im Wesentlichen senkrecht von dem Abschnitt 11 ab. Das erste Bauteil 12 weist in einem Abstand von dem Schweißbolzen 1 eine Stufe 13 auf, die eine sich neben dem Schweißbolzen 1 erstreckende Anlagefläche 14 bildet. Die Anlagefläche 14 ist zur Anlage eines zweiten Bauteils 15 bestimmt und dient als Referenzfläche für die Positionierung des zweiten Bauteils 15 gegenüber dem ersten Bauteil 12. Das zweite Bauteil 15 hat eine mit der Anlagefläche 14 zusammenwirkende Gegenfläche 16, die nach dem Fügen an der Anlagefläche 14 anliegen soll. Zur Befestigung an dem Schweißbolzen 1 weist das zweite Bauteil 15 eine Öffnung 17 auf, in die der Schweißbolzen 1 eingreift. Die Öffnung 17 wird in Richtung der Gegenfläche 16 durch ein Element 18 begrenzt, das durch die Einwirkung einer Kraft in Richtung der Gegenfläche 16 verformbar oder gegenüber dem zweiten Bauteil 15 verlagerbar ist, um eine Vergrößerung des Durchmessers der Öffnung in dieser Richtung und damit eine Verringerung des Abstands zwischen dem Element 18 und der Gegenfläche 16 zu bewirken. Das zweite Bauteil 15 weist außerdem in einem die Öffnung 17 umgebenden Bereich eine Abstützfläche 19 auf, mit der es an dem Flansch 7 abstützbar ist. Auf der der Abstützfläche 19 entgegengesetzten Seite hat das Bauteil 15 eine Anlagefläche 20 für eine auf den Schweißbolzen 1 aufgeschraubte Mutter 21.
Zum Befestigen des zweiten Bauteils 15 an dem ersten Bauteil 12 wird das zweite Bauteil 15 grob gegenüber dem ersten Bauteil 12 vorausgerichtet und mit der Öffnung 17 auf den Schweißbolzen 1 gesteckt, wobei die Gegenfläche 16 sich an die Anlagefläche 14 anlegt und das Element 18 mit dem Kegelabschnitt 4 in Kontakt kommt. Hat im Rahmen der zugelassenen Herstellungstoleranzen der Abstand zwischen der Anlagefläche 14 und dem Schweißbolzen 1 einen Maximalwert und der Abstand zwischen der Gegenfläche 16 und dem Element 18 einen Minimalwert, so kann das Bauteil 15 ohne besondere Krafteinwirkung bis zur Anlage an den Flansch 7 gelangen, wobei der Kegelabschnitt 4 durch Kontakt mit dem Element 18 dafür sorgt, dass auch die Gegenfläche 16 an der Anlagefläche anliegt. Ist hingegen der Abstand zwischen der Anlagefläche 14 und dem Schweißbolzen 1 kleiner als der Maximalwert und/oder der Abstand zwischen der Gegenfläche 16 und dem Element 18 größer als der Minimalwert der jeweiligen Toleranz, so kommt das Element 18 mit dem Kegelabschnitt 4 in Kontakt, bevor das Bauteil 15 mit seiner Abstützfläche 19 den Flansch 7 erreicht. Anschließend kann mit Hilfe der auf den Schweißbolzen 1 aufgeschraubten Mutter 21 das Bauteil 15 gegen den Widerstand des Elements 18 nach unten bis zur Anlage an den Flansch 7 gedrückt werden. Hierbei wird das Element 18 gegen seinen Widerstand gegenüber dem Bauteil 15 in Richtung der Gegenfläche 16 gedrängt, wobei die Gegenfläche 16 fest an die Anlagefläche 14 angedrückt wird. In beiden beschriebenen Fällen bewirkt somit der Kegelabschnitt 4 des Schweißbolzens 1, dass das zweite Bauteil 15 in der gewünschten Weise gegenüber dem ersten Bauteil 12 positioniert wird und die Fixierung in der positionierten Stellung erfolgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

GB 2065011 A [0003]

Claims

Schweißbolzen (1) zum ausgerichteten Fügen von Bauteilen mit einem Schaft (2), der einen Flansch (7), auf einer Seite des Flansches (7) ein Anschweißende (3) und auf der anderen Seite des Flansches (7) einen Befestigungsabschnitt (5) aufweist, gekennzeichnet durch einen Kegelabschnitt (4), der zwischen dem Flansch (7) und dem Befestigungsabschnitt (5) angeordnet ist und sich in Richtung des Befestigungsabschnitts (5) verjüngt.
Schweißbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (5) zylindrisch ist und ein Außengewinde (8) hat.
Fügeanordnung zum ausgerichteten Fügen von Bauteilen, wobei ein erstes Bauteil (12) wenigstens einen mit einem Anschweißende (3) an das erste Bauteil angeschweißten Schweißbolzen (1), der einen von dem ersten Bauteil (12) abstehenden Schaft (2), einen am Schaft (2) angeordneten Flansch (7) und am freien Schaftende einen Befestigungsabschnitt (5) hat, und in einem Abstand von dem Schweißbolzen (1) eine sich in Längsrichtung des Schweißbolzens (1) erstreckende Anlagefläche (14) für ein zweites Bauteil (15) aufweist, das zweite Bauteil (15) eine Befestigungsöffnung (17) zur Aufnahme des Schweißbolzens (1), eine an den Flansch (7) anlegbare Abstützfläche (19) und in einem Abstand von der Befestigungsöffnung (17) eine mit der Anlagefläche (14) zusammenwirkende Gegenfläche (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißbolzen (1) angrenzend an die dem Anschweißende abgewandte Seite des Flansches (7) einen Kegelabschnitt (4) hat, der sich in Richtung des Befestigungsabschnitts (5) verjüngt, und dass die Befestigungsöffnung (17) des zweiten Bauteils (15) an der Abstützfläche (19) einen Innendurchmesser hat, der wenigstens dem größten Außendurchmesser des Kegelabschnitts (4) entspricht, wobei das zweite Bauteil (15) einen durch Kraft verformbaren Bereich (18) aufweist, dessen Verformung eine Verringerung des Abstands zwischen der Gegenfläche (16) und der Befestigungsöffnung (17) bewirkt.
Fügeanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen dem größten und dem kleinsten Radius des Kegelabschnitts (4) den maximalen Herstellungstoleranzen entspricht, die bei den Abständen zwischen dem Schweißbolzen (1) und der Anlagefläche (14) einerseits und/oder zwischen der Befestigungsöffnung (17) und der Gegenfläche (16) andererseits auftreten können.
Fügeanordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (5) des Schweißbolzens (1) zylindrisch ist und ein Außengewinde (8) aufweist und dass das zweite Bauteil (15) zwischen einer auf den Befestigungsabschnitt (5) aufgeschraubten Mutter (21) und dem Flansch (7) festgespannt ist.
Fügeanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (7) in einem Abstand von dem ersten Bauteil (12) angeordnet ist.
Fügeanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfläche (16) an der Anlagefläche (14) anliegt.
Fügeanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Gegenfläche (16) und der Anlagefläche (14) ein Abschnitt eines dritten Bauteils angeordnet ist.