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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schweißbolzen, der über ein erstes Längsende mit einem Gegenstück, insbesondere mit einer Kraftfahrzeugkarosserie, verschweißbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Batterieschale, die über zumindest einen derartigen Schweißbolzen fixiert ist.
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Aus der
DE 10 2008 033 373 A1 ist ein gattungsgemäßer Schweißbolzen bekannt, mit einem Schaft, einem sich daran axial anschließenden Flansch, der in radialer Richtung gegenüber dem Schaft vorsteht und dessen Außenumfang polygonal ausgebildet ist, um auf den Bolzen ein Testdrehmoment mittels eines Werkzeuges aufbringen zu können, und mit einem sich axial an den Flansch anschließenden Ringabschnitt, dessen vordere, sich radial erstreckende Ringfläche als Schweißfläche ausgebildet ist. Der Ringabschnitt schließt sich unmittelbar an den Flansch an und bildet mit dem Flansch einen Kopfabschnitt, der durchgehend einen einheitlichen Außendurchmesser aufweist. Die Polygonform des Flansches erstreckt sich über den Ringabschnitt bis hin zu dessen vorderer Ringfläche.
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Aus der
DE 25 04 365 A1 ist ein Schweißbolzen bekannt, der über seine Stirnseite mit einem Gegenstück verschweißbar ist. Sein Schaft ist dabei mit einer Rille versehen, zwischen der und der anzuschweißenden Stirnseite eine so hohe Ringrippe steht, dass beim Schweißvorgang von dieser ein wesentlicher Teil abgeschmolzen wird, wobei die Breite der Rille in der Größenordnung der Höhe der Ringrippe liegt. Bei dieser Ausführungsform hat sich gezeigt, dass die der anzuschweißenden Stirnseite dicht benachbarte Rille gegenüber dem Lichtbogen wie eine Barriere wirkt, so dass dieser sich praktisch nicht am Schaft hochzieht und dadurch die gesamte Energie des Lichtbogens auf die Stirnfläche des Schweißbolzens konzentriert bleibt.
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Insbesondere zur zuverlässigen Anbindung von massigen Bauteilen, wie beispielsweise einer Fahrzeugbatterie an einer Karosserie eines Kraftfahrzeuges, werden Befestigungselemente mit sehr hoher Festigkeit benötigt. Um beispielsweise eine Batterieschale an der Kraftfahrzeugkarosserie zu befestigen, waren bislang aufwändige Schweißschrauben/-muttern erforderlich. Zugleich wurde in Einzelteilen der Kraftfahrzeugkarosserie ein Durchgangsloch eingebracht, auf dessen Rückseite dann die Schweißschraube/-mutter angeschweißt wurde. Weil es an diesen Stellen jedoch zu Undichtigkeitsproblemen kommen kann, mussten zusätzlich Spezialschrauben bzw. -muttern mit Dichtfunktion eingesetzt werden. Aufgrund von Zusammenbautoleranzen kam es darüber hinaus immer wieder zu Passproblemen bei der Montage, was sich negativ auf die Kontinuität des Montageprozesses auswirkte. Schweißbolzen wie diese aus dem Stand der Technik bekannt sind, konnten beispielsweise für die Befestigung der Batterieschale bisher nicht verwendet werden, da ihre Festigkeit nicht ausreichte.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Schweißbolzen der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich durch eine deutlich erhöhte Festigkeit hinsichtlich einer Verschweißung des Schweißbolzens an einem Gegenstück und gleichzeitig eine gute Schweißbarkeit auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Durchmesser eines Schweißbolzens im Bereich seiner Verschweißung mit einem Gegenstück, beispielsweise mit einer Kraftfahrzeugkarosserie, deutlich zu vergrößern und dabei zugleich eine ringförmige Verbindungsfläche, über welche die Verschweißung erfolgt, vorzusehen, so dass der erfindungsgemäße Schweißbolzen in der Lage ist, deutlich höhere Momente bzw. allgemein deutlich höhere Kräfte aufzunehmen. Der erfindungsgemäße Schweißbolzen ist dabei über ein erstes Längsende mit dem Gegenstück, beispielsweise mit der Kraftfahrzeugkarosserie, verschweißbar. An diesem ersten Längsende weist der Schweißbolzen erfindungsgemäß einen radial vergrößerten Kopf auf, an dessen Stirnseite die ringförmige Verbindungsfläche angeordnet ist. Über diese ringförmige Verbindungsfläche erfolgt nun die Verschweißung mit dem zugehörigen Gegenstück, das heißt beispielsweise mit der Kraftfahrzeugkarosserie, wodurch die im Bereich der Verbindungsfläche ansetzenden Hebelkräfte deutlich vergrößert im Vergleich zu bisherigen Hebelkräften sind, so dass der erfindungsgemäße Schweißbolzen in der Lage ist, deutlich höhere Momente bzw. Kräfte aufzunehmen und dadurch auch in der Lage ist, deutlich schwerere Bauteile an der Kraftfahrzeugkarosserie anzubinden. Um neben der optimalen Kraftaufnahme auch eine gute Schweißbarkeit zu ermöglichen, weist die ringförmige Verbindungsfläche einen Außendurchmesser von ca. 15 mm auf. Bei dem erfindungsgemäßen Schweißbolzen entfallen zudem die bisher aufgrund der Durchgangslöcher auftretenden Dichtigkeitsprobleme, da derartige Durchgangslöcher in der Kraftfahrzeugkarosserie beim Setzen des erfindungsgemäßen Schweißbolzens nicht mehr vorgesehen sind. Somit entfallen auch die bisher aufwändigen und teuren Spezialschrauben/-muttern mit Dichtfunktion. Von weiterem besonderem Vorteil ist die deutlich verbesserte Positionierung der erfindungsgemäßen Schweißbolzen an der Kraftfahrzeugkarosserie durch beispielsweise einen Roboter, wobei aufgrund der verbesserten Lagegenauigkeit auch eine einfachere Montage der später am Schweißbolzen befestigenden Bauteile, beispielsweise einer Batterieschale, erreicht werden können. Insgesamt lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Schweißbolzen eine deutliche Kosteneinsparung erzielen, da einerseits kein Vorbohren der Kraftfahrzeugkarosserie mit anschließendem aufwändigen Abdichten erfolgen muss und zugleich auch ein aufwändiges, insbesondere manuelles, Anschweißen von Schweißschrauben/-muttern entfallen kann, wodurch sich auch der Transport- und Logistikaufwand verringert. Durch den Einsatz von Schweißrobotern können die Schweißbolzen zudem äußerst präzise gesetzt werden, wodurch die Montage der später daran zu befestigenden Bauteile erleichtert wird.
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Die gewählte Dimensionierung, den Außendurchmesser der Ringfläche so groß zu machen, dass er noch schweißbar ist, gleichzeitig aber größtmöglich, um hohe Kräfte aufnehmen zu können. Grenzen bilden hier einerseits die Schweißbarkeit (größere Fläche würde einen Kurzschluss bewirken) sowie die Ebenheit (bei größerem Durchmesser könnte man bei den Toleranzen der Bleche in der Blechebene nicht mehr gewährleisten, dass die komplette Ringfläche auf dem Bauteil aufliegt. Die hier vorliegende Ausgestaltung entspricht der maximalen/optimalen Dimensionierung.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die ringförmige Verbindungsfläche einen größeren Durchmesser auf als der Schweißbolzen und verläuft insbesondere entlang eines Außenrandes des Kopfes. Je größer der Radius der ringförmigen Verbindungsfläche ist, umso größer sind auch die Haltekräfte bezüglich eines auf den Schweißbolzen einwirkenden Moments, wodurch wiederum die Belastbarkeit des Schweißbolzens gesteigert werden kann. Zu einer möglichst hohen Kraft- und Momentenaufnahme sollte deshalb die ringförmige Verbindungsfläche einen möglichst großen Durchmesser besitzen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung besitzt der Schweißbolzen anschließend an seinen Kopf ein Außengewinde, an dessen dem Kopf abgewandten Ende eine Einführspitze für Winkelverschraubungen vorgesehen ist. Die Einführspitze ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie ein Achsabweichung zwischen der Achse des Schweißbolzens und einer Achse einer aufzudrehenden Mutter von ca. 12° erlaubt. Das Zulassen derartiger Winkelverschraubungen erleichtert insbesondere die Montage eines über den Schweißbolzen beispielsweise an einer Kraftfahrzeugkarosserie zu befestigenden Bauteils, da der Werker die Achse der aufzudrehenden Mutter nicht mehr deckungsgleich zur Achse des Schweißbolzens ausrichten muss, sondern die Mutter auch schräg, beispielsweise bis zu mindestens 12°, problemlos auf das Außengewinde aufdrehen kann, wobei die Einführspitze nicht nur ein schräges Ansetzen und Aufdrehen der Mutter erlaubt, sondern diese beim weiteren Aufdrehen auch bezüglich der Achse des Schweißbolzens ausrichtet, wodurch eine qualitativ hochwertige Verschraubung erzielt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Batterieschale zur Aufnahme einer Fahrzeugbatterie über zumindest einen in den vorherigen Absätzen beschriebenen Schweißbolzen an der Kraftfahrzeugkarosserie zu befestigen. Batterieschalen müssen Fahrzeugbatterien mit einem Gewicht von bis zu 26 kg zuverlässig an der Kraftfahrzeugkarosserie lagern, weshalb für diesen Fall bisher Schweißbolzen nicht eingesetzt werden konnten. Bisherige Schweißbolzen wiesen nämlich nicht den erfindungsgemäßen radial vergrößerten Kopf mit der ringförmigen Verbindungsfläche auf und waren deshalb nicht in der Lage hohe Momente zuverlässig aufnehmen zu können. Aus diesem Grund war bisher zur Fixierung der Batterieschale an der Kraftfahrzeugkarosserie und damit auch zur Fixierung der Fahrzeugbatterie an der Kraftfahrzeugkarosserie zunächst ein Durchbohren der Kraftfahrzeugkarosserie mit einem anschließenden Anschweißen einer Schweißmutter bzw. einer Schweißschraube erforderlich. Durch das Durchbohren der Kraftfahrzeugkarosserie musste diese anschließend mittels spezieller Dichtschrauben wiederum abgedichtet werden. Das insbesondere manuelle Anschweißen der Schweißmuttern bzw. Schweißschrauben war darüber hinaus insbesondere hinsichtlich der Ausrichtung derselben äußerst schwierig, wobei bereits geringe Ausrichtfehler zu einer deutlich erschwerten Montage der Batterieschale führen konnten. Die Befestigung mittels der erfindungsgemäßen Schweißbolzen eliminiert all die zuvor genannten Probleme, da die erfindungsgemäßen Schweißbolzen nunmehr automatisiert, beispielsweise mittels eines entsprechenden Schweißroboters passgenau und qualitativ höchstwertig an der Kraftfahrzeugkarosserie angeschweißt werden. Dies erleichtert nicht nur die anschließende Montage des Bauteils, beispielsweise der Batterieschale, sondern erübrigt auch ein aufwändiges Abdichten der Kraftfahrzeugkarosserie. Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Schweißbolzen zur Befestigung von insbesondere massigen Bauteilen an einer Kraftfahrzeugkarosserie ermöglicht somit eine deutliche Kosteneinsparung bei trotzdem höchsten Qualitätsansprüchen.
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Die Erfindung grenzt sich auch ganz klar vom Stand der Technik ab, bei dem die Befestigung von schweren Bauteilen bisher nach folgendem Verfahren erfolgte:
- – Einbringen einer Öffnung und einer Schweißschraube oder -mutter in jedes einzelne Bauteil, an dem das schwere Bauteil befestigt werden muss, in dem Fall der Batterieschale in drei verschiedene Karosserie-Blechteile. Auf diese Weise entstehen drei getrennte Unter-Baugruppen (Unter-ZBs),
- – Zusammenfügen der Unter-ZBs zu einem Zusammenbau,
- – Befestigen des schweren Bauteils am Zusammenbau mit Hilfe von Muttern/Schrauben an den jeweiligen Unter-ZBs.
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Bei diesem Verfahren ergaben sich folgende Nachteile:
- – Toleranzen! Durch den Zusammenbau können sich die Toleranzen der Unter-ZBs ungünstig addieren, so dass Maßnahmen zum Toleranzausgleich ergriffen werden müssen (Langlöcher etc.),
- – Preis! Unter-ZBs kosten Geld, was Produktion und Logistik angeht,
- – Dichtheit! Löcher in der Karosserie für die Schweißschrauben-/Muttern.
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Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Schweißbolzens lässt sich auch das Montageverfahren wie folgt ändern:
- – Zusammenfügen der Karosserieblechteile zu einem Zusammenbau,
- – Setzen der erfindungsgemäßen Schweißbolzen,
- – Aufsetzen des massereichen Bauteils und Verschrauben an den Schweißbolzen.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Schweißbolzens liegen auf der Hand: Günstiger, kein ZB mehr nötig, Dichtheit ist sichergestellt.
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Zusätzlich sind die Löcher in der Batterieschale so gestaltet, dass ein Loch genau dem Bolzendurchmesser entspricht, beispielsweise M8, während die drei anderen einen leicht größeren Durchmesser aufweisen, um Toleranzen einerseits der Batterieschale und andererseits des Roboters, der die Schweißbolzen setzt, auszugleichen.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Seiten- und eine Stirnansicht eines erfindungsgemäßen Schweißbolzens,
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2 eine Detaildarstellung des Schweißbolzens im Bereich seiner Einführspitze.
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Entsprechend der 1 weist ein erfindungsgemäßer Schweißbolzen 1 an seinem ersten Längsende einen radial vergrößerten Kopf 2 auf, an dessen Stirnseite 3 eine ringförmige Verbindungsfläche 4 vorgesehen ist (vgl. insbesondere die Stirnansicht). Über diese ringförmige Verbindungsfläche 4 erfolgt eine Verschweißung mit einem zugehörigen Gegenstück 5, beispielsweise einer Kraftfahrzeugkarosserie 5' eines im Übrigen nicht dargestellten Kraftfahrzeuges. Durch die ringförmige Verbindungsfläche 4, die einen deutlich größeren Radius bzw. Durchmesser aufweist als der Schweißbolzen 1 im Bereich seines Außengewindes 6 kann eine deutlich verbesserte Kraft- und Momentenaufnahme erzielt werden, wodurch insbesondere auch die Anbindung von höheren Lasten über den erfindungsgemäßen Schweißbolzen 1 möglich sind. Die ringförmige Verbindungsfläche 4 sollte dabei einen Außendurchmesser D von ca. 15 mm aufweisen, was einerseits optimal für die aufzunehmenden Kräfte und andererseits optimal für die Schweißbarkeit ist. Ein Innendurchmesser d der ringförmigen Verbindungsfläche 4 beträgt dabei zumindest 6 mm, vorzugsweise zumindest ca. 8 mm.
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Der Schweißbolzen 1 weist anschließend an dem Kopf 2 das zuvor erwähnte Außengewinde 6 auf, welches insbesondere als metrisches Außengewinde, insbesondere beispielsweise als M8-Gewinde, ausgebildet sein kann. An seinem dem Kopf 2 abgewandten Ende besitzt das Außengewinde 6 zudem eine Einführspitze 7 (vergleiche auch 2), die Winkelverschraubungen erlaubt. Unter derartigen Winkelverschraubungen soll ein Aufdrehen einer Mutter 8 das Außengewinde 6 des Schweißbolzens 1 bei einer Achsabweichung zwischen einer Achse 9 des Schweißbolzens 1 und einer Achse 10 der aufzudrehenden Mutter 8 um einen Winkel α von bis zu 12° verstanden werden. Dies bedeutet, dass die Mutter 8 auch bei einer Winkelabweichung von α bis zu 12° problemlos auf die Einführspitze 7 aufgesetzt und anschließend auf das Außengewinde 6 des Schweißbolzens 1 aufgedreht werden kann. Dabei richtet sich beim Aufdrehen der Mutter 8 auf das Außengewinde 6 die Achse 10 während des Aufdrehens bezüglich der Achse 9 aus, so dass diese bei fest angezogener Mutter 8 identisch sind.
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Betrachtet man noch die 1 weiter, so kann man erkennen, dass der Kopf 2 einen Radialkragen 11 aufweist und im Bereich der Verbindungsfläche 4 gegenüber diesem Radialkragen 11 radial zurückgenommen ausgebildet ist. Das zwischen dem Radialkragen 11 und der eigentlichen Verbindungsfläche 4 vorhandene Material des Kopfes 2 wird dabei während des Schweißvorgangs zumindest teilweise aufgeschmolzen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Schweißbolzen 1 mit einem beispielsweise M8-Außengewinde kann ein Außendurchmesser des Radialkragens 11 ca. 18 mm betragen, wobei der Außendurchmesser der Verbindungsfläche 4 nur unwesentlich kleiner ist, so dass in dem vorliegenden Fall der Kopf 2 im Bereich seines Radialkragens 11 doppelt so großen Durchmesser aufweist als das Außengewinde 6.
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Mit dem erfindungsgemäßen Schweißbolzen 1 lassen sich insbesondere massige Bauteile, wie beispielsweise eine Fahrzeugbatterie problemlos und zuverlässig an eine Kraftfahrzeugkarosserie 5' anbinden, wozu beispielsweise eine Batterieschale zur Aufnahme der Fahrzeugbatterie über zumindest einen Schweißbolzen 1 an der Kraftfahrzeugkarosserie 5' fixiert wird. Durch den erfindungsgemäßen Schweißbolzen 1 können jedoch nicht nur deutlich höhere Kräfte und Momente und damit auch höhere Lasten aufgenommen werden, sondern es entfällt zusätzlich auch ein Vorbohren der Kraftfahrzeugkarosserie 5' sowie ein aufwändiges Abdichten der vorgebohrten Löcher in späteren Arbeitsschritten. Zudem können auch Spezialschrauben zum Abdichten entfallen, wodurch sich der Logistikaufwand verringert. Neben der deutlichen Kosteneinsparung aufgrund des Entfalls des Vorbohrens und des insbesondere manuellen Anschweißens von Schweißschrauben/-muttern, kann mit dem erfindungsgemäßen Schweißbolzen 1 auch eine deutlich erhöhte Lagegenauigkeit beim Setzen der Schweißbolzen 1 erzielt werden, da diese üblicherweise von Robotern und nicht mehr manuell angeschweißt werden. Das Roboterschweißen bietet dabei den großen Vorteil, dass die anzuschweißenden Schweißbolzen 1 äußerst exakt ausgerichtet sind, wodurch sich auch die nachfolgende Montage, beispielsweise der Batterieschale, vereinfacht.
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Die Löcher in der Batterieschale sind dabei so gestaltet, dass ein Loch genau dem Bolzendurchmesser entspricht, beispielsweise M8, während die drei anderen einen leicht größeren Durchmesser aufweisen, um Toleranzen einerseits der Batterieschale und andererseits des Roboters, der die Schweißbolzen 1 setzt, auszugleichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008033373 A1 [0002]
- DE 2504365 A1 [0003]
