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Die Erfindung betrifft eine Befestigungsbaugruppe zur schwingungsentkoppelten Arretierung eines Bauteils an einem Träger.
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Die Befestigung von Bauteilen an Trägern, die schwingungslos oder schwingungsarm gehalten werden sollen, stellt ein bekanntes Problem im Maschinenbau dar. Diese Bauteile können nicht ohne Weiteres durch einfache Schraub-, Steck- oder Schweißverbindungen am Träger befestigt werden, da diese Verbindungen die Schwingungen zwischen Bauteil und Träger übertragen. Insbesondere im Automobilbau sollen akustische Schwingungen, die beispielsweise durch die Motorbewegung verursacht werden, nicht auf die Karosserie übertragen werden, um Geräuschbildung in der Fahrgastzelle und erhöhten Verschleiß durch Vibrationen zu vermeiden.
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Schwingungsentkoppelnde Befestigungsbaugruppen sind bekannt. Hierbei wird in der Regel die Verbindung zwischen schwingendem Bauteil und Träger über ein schwingungsdämpfendes Element realisiert. Dieses schwingungsdämpfende Element und etwaig notwendige Hilfsbauteile werden miteinander verschraubt, müssen jedoch zuvor zueinander ausgerichtet werden. Dieses Abstimmen der einzelnen Bauteile und deren anschließendes Verschrauben zur Befestigungsbaugruppe führen zu einer aufwendigen Montage.
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Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Befestigungsbaugruppe, die mit geringem Aufwand zu montieren ist, sodass sich der zeitliche Aufwand der Montage des Bauteils am Träger verringert und damit eine kostengünstigere Produktion ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Befestigungsbaugruppe zur schwingungsentkoppelten Arretierung eines Bauteils an einem Träger, mit einem trägerseitig zu befestigenden Halteelement, einem bauteilseitig zu befestigenden Verbindungselement und einem das Halte- und das Verbindungselement koppelnden Dämpfungselement gelöst. Zudem ist wenigstens ein Rastelement, das das Halteelement am Träger fixiert, vorgesehen. Das Halteelement hat wenigstens eine Führungsfläche zur formschlüssigen Kopplung mit einer trägerseitigen Gegenkontur, wobei die Führungsfläche so ausgerichtet ist, dass sie das Halteelement quer zu einer Montagerichtung, in der das Rastelement auf den Träger aufgesetzt wird, positioniert.
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Während der Montage bewirkt die Führungsfläche eine selbsttätige Ausrichtung des Bauteils zum Träger, sodass weitere manuelle Abstimmarbeit nicht vonnöten ist. Hierdurch wird die Montage erheblich vereinfacht und somit beschleunigt. Weiterhin erfolgt die Fixierung des Halteelementes am Träger durch das wenigstens eine Rastelement, sodass auf eine während der Montage zeitaufwendige Anbringung von Befestigungsmitteln, wie beispielsweise Schrauben, zur Fixierung des Halteelementes am Träger vorzugsweise verzichtet werden kann. Hierdurch verringert sich der Montageaufwand und somit die für die Montage benötigte Zeit nochmals, sodass der Einsatz einer erfindungsgemäßen Befestigungsbaugruppe zu einer erheblich effizienteren und somit kostengünstigeren Montage führt.
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Die trägerseitige Gegenkontur kann ein Teil der Befestigungsbaugruppe sein.
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Vorzugsweise weist das Halteelement eine Nase auf, die randseitig Führungsflächen hat und die in die trägerseitige Gegenkontur formschlüssig eingreift. Die Ausbildung einer Nase am Halteelement vereinfacht das Einführen der Führungsflächen in die Gegenkontur zur formschlüssigen Kopplung.
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Besonders bevorzugt weist die Nase des Halteelementes konisch aufeinander zulaufende, ebene Führungsflächen auf, die an ebenen Gegenflächen an der Gegenkontur am Träger anliegen.
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Insbesondere ist eine dreieckige oder trapezförmige Nase vorhanden, die in einen V-förmigen Abschnitt der Gegenkontur formschlüssig eingreift. Diese Geometrien des Halteelementes und der Gegenkontur stellen eine konstruktiv einfach zu realisierende formschlüssige Verbindung dar und ermöglichen somit eine kostengünstige Herstellung der Befestigungsbaugruppe.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform bilden die Führungsflächen und die Gegenkontur eine Einführ- und Zentriertrichtereinheit für das Halteelement bei dessen Montage, wodurch sich die Abstimmarbeit während der Montage auf ein Minimum verringert, da die Einführ- und Zentriertrichtereinheit das Halteelement in die für es vorgesehene Position führt und gleichzeitig ausrichtet.
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In einer Ausführungsvariante weist das Rastelement wenigstens ein vorzugsweise blattfederartiges Federelement auf, das in eine trägerseitige Aufnahme einrastet. Ein Federelement am Rastelement ermöglicht das selbsttätige Einrasten des Rastelementes, sobald es seine endgültige Montageposition erreicht hat. Durch dieses selbsttätige Einrasten wird das Halteelement am Träger fixiert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind wenigstens zwei Rastelemente aus vorzugsweise blattfederartigen Federelementen vorgesehen, die an entgegengesetzten Seitenflächen des Halteelementes verlaufen. Durch diese zwei Rastelemente an entgegengesetzten Seitenflächen des Halteelementes ist es möglich, das Halteelement auf einfache Weise gegen Bewegungen quer zur Montagerichtung in beiden Querrichtungen zu fixieren.
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Beispielsweise ist das wenigstens eine Rastelement am Halteelement zur Bildung einer Einheit befestigt, und das Rastelement spannt das Halteelement gegen die Gegenkontur vor. Die Ausbildung des Rastelementes am Halteelement als eine Einheit verringert die Anzahl der bei der Montage zusammenzusetzenden Einzelteile. Die Vorspannung des Halteelementes gegen die Gegenkontur garantiert den korrekten Sitz des Halteelementes und damit auch den korrekten Sitz des Bauteils in der für es vorgesehenen Position auch bei äußeren Belastungen.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante verläuft das Rastelement seitlich von der die Nase aufweisenden Seite des Halteelementes, und die trägerseitige Gegenkontur ist ein trägerseitiges, einstückiges Lagerelement, welches zumindest die Aufnahme zum Verrosten des Rastelementes aufweist. Bevorzugt ist an der Aufnahme zumindest eine Konterfläche an einer zumindest einer der Führungsflächen abgewandten Seite des Lagerelementes ausgebildet. Ein trägerseitiges, einstückiges Lagerelement stellt eine konstruktiv einfache Möglichkeit dar, die Gegenkontur zur Führungsfläche und gleichzeitig die Konterflächen des Rastelementes zu realisieren und somit die Befestigungsbaugruppe kostengünstig auszuführen. Die Ausbildung der Konterfläche an einer zumindest einer der Führungsflächen abgewandten Seite fixiert das Halteelement gegen eine Bewegung entgegen der Montagerichtung.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sichert ein Sicherungsbügel die Verbindung zwischen dem Rastelement und dem Träger zusätzlich.
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In einer Ausführungsvariante spannt der Sicherungsbügel das zumindest eine Rastelement quer zur Montagerichtung. Diese zusätzliche Spannung des Rastelementes führt zu einem verbesserten Sitz des Halteelementes am Träger, da die Spannung der Rastelemente zum einen das Halteelement in Richtung quer zur Montagerichtung fixiert und zum anderen ein verbessertes Eingreifen der Führungsflächen in die Gegenkontur bewirkt.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Sicherungsbügel U-förmig ist und das Halteelement und seitlich des Halteelementes verlaufende Rastelemente umgibt und in Montagerichtung auf das Halteelement aufschiebbar ist, was zur vereinfachten Montage beiträgt. Die U-Form des Sicherungsbügels sowie die Tatsache, dass er die seitlich des Halteelementes verlaufenden Rastelemente umgibt, vergrößern die Stabilität der Befestigungsbaugruppe quer zur Montagerichtung.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sitzt der Sicherungsbügel formschlüssig auf dem Halteelement auf. Vorzugsweise umgibt der Sicherungsbügel das Haltelement an den Seitenflächen und der Oberseite und rahmt somit zusammen mit der Gegenkontur das Halteelement umfangsmäßig vollständig ein.
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In einer Ausführungsvariante ist zwischen Sicherungsbügel und Rastelement eine Seitenführung gebildet, so dass der Bügel beim Verschieben in seine endgültige Position nicht vom Rastelement abgleiten kann.
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Der Sicherungsbügel ist beispielsweise mittels eines Befestigungsmittels, insbesondere einer Schraube, mit dem Halteelement verbunden. Das Haltemittel verstärkt die Sicherungswirkung des Sicherungsbügels, da es eine Bewegung des Sicherungsbügels gegenüber dem Halteelement unterbindet.
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Vorzugsweise ist der Träger eine Fahrzeugkarosserie und/oder das Bauteil eine Leistungselektronikbaugruppe eines Fahrzeugs.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat das Halteelement eine insbesondere kreisförmige Aufnahmeöffnung für das Dämpfungselement, und das Dämpfungselement hat eine Aufnahmeöffnung für das Verbindungselement. welches vorzugsweise als Schraube ausgeführt ist. Damit erfolgt die Befestigung des Bauteils ausschließlich über das ringförmige Dämpfungselement, sodass eine schwingungsentkoppelte oder schwingungsarme Arretierung gewährleistet ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Befestigungsbaugruppe in montiertem Zustand,
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2 die erfindungsgemäße Befestigungsbaugruppe bei der Montage, und
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3 die erfindungsgemäße Baugruppe gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt eine Befestigungsbaugruppe 10, mit der ein Bauteil 12, hier eine symbolisch dargestellte, in einem Gehäuse untergebrachte Leistungselektronikbaugruppe eines Fahrzeugs an einem mit der Karosserie gekoppelten Träger 14 verbunden ist.
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Die Befestigungsbaugruppe koppelt nicht nur das Bauteil 12 an den Träger 14, sondern sorgt zusätzlich auch für eine Schwingungsentkoppelung zwischen Bauteil 12 und Träger 14, sodass die Vibrationen der Karosserie nicht oder nicht unmittelbar in das Bauteil 12 oder umgekehrt übertragen werden.
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Die Befestigungsbaugruppe umfasst mehrere separat voneinander hergestellte und miteinander zu verbindende Teile, unter anderem ein Verbindungselement 16, hier in Form einer Schraube, die in das Bauteil 12 eingedreht wird und die in einer Öffnung in einem die Schraube umgebenden, ringförmigen Dämpfungselement 18 aus elastomerem Material sitzt.
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Insbesondere ist das Dämpfungselement 18 auf dem Verbindungselement 16 aufvulkanisiert.
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Das Dämpfungselement 18 ist vorzugsweise, dies ist nicht einschränkend zu verstehen, als Ring ausgebildet und sitzt wiederum in einer Öffnung in einem sie umgebenden Halteelement 20.
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Seitlich am Halteelement sind Rastelemente 22 in Form von Blattfedern befestigt, die in einer sogenannten Montagerichtung A nach unten gegenüber dem Halteelement 20 teilweise frei vorstehen. Die Befestigung der Rastelemente 22 am Halteelement 20 erfolgt zum Beispiel durch geeignete Befestigungsmittel, Schweißen, Löten oder eine Formschlussverbindung. Die Rastelemente 22 verlaufen längs entgegengesetzten Seitenflächen am Halteelement 20.
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Das Halteelement 20 sitzt in einer trägerseitigen Vertiefung, die als Gegenkontur 24 bezeichnet wird und die eine Nase 28 am Halteelement aufnimmt, welche vorzugsweise aufeinander zulaufende, und zwar konisch aufeinander zulaufende, vorzugsweise ebene Führungsflächen 26 aufweist.
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Die Gegenkontur 24 besitzt entsprechend komplementär verlaufende Gegenflächen 30, die für V-Form der Gegenkontur sorgen.
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Durch den Eingriff der dreieckigen oder trapezförmigen Nase 28 in die Gegenkontur 24 ergibt sich ein Formschluss zwischen Träger 14 und Halteelement 20 seitlich zur Montagerichtung, der zusätzlich auch noch eine Zentrierwirkung zwischen diesen Teilen ausübt.
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Die Gegenkontur 24 ist im vorliegenden Fall als einstückiger Trägerabschnitt umgeformtes Blechteil gebildet, das beispielsweise eine umgekehrte W-Form besitzt. Das die Aufnahmen 32 und die Gegenkontur 24 bildende Teil wird im Folgenden als einstückiges Lagerelement 31 bezeichnet. Die seitlichen Schenkel des „W” besitzen Einbuchtungen, die Aufnahmen 32 zur Verrastung der freien Enden der Rastelemente 22 bilden. Die Rastelemente 22 haben an ihren freien Enden nach innen, das heißt aufeinander zugewandte Vorsprünge 33, mit denen sie in die Aufnahmen 32 einrasten und somit das Halteelement 20 trägerseitig entgegen der Montagerichtung halten.
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Die Führungsflächen 26 und die Gegenkontur 24 bilden eine Einführ- und Zentriereinrichtung für das Halteelement 20 bei dessen Montage, wenn dieses von oben auf den Träger 14 aufgesetzt wird.
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Die beiden Rastelemente 22 sind im Bereich ihrer Vorsprünge 33 und die Aufnahmen 32 sind so ausgeführt, dass die Rastelemente 22 das Halteelement 20 gegen die Gegenkontur 24 vorspannen.
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Ein diese Rastverbindung zusätzlich sichernder, vorzugsweise U-förmiger Sicherungsbügel 36 wird auf die Einheit von Halteelement 20 und Rastelementen 22 von oben aufgesetzt und liegt vorzugsweise mit seinen Schenkeln 38 außenseitig sogar an den Rastelementen 22 an.
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Die Schenkel 38 ragen jeweils innenseitig in eine rückseitige Nut am zugeordneten Rastelement 22 zur Bildung einer Seitenführung 40 zwischen Sicherungsbügel und Rastelementen, die ein Abrutschen des Bügels 36 beim Aufschieben verhindert. Die Nut an den Rastelementen 22 kann zum Beispiel durch Umbiegen der Ränder des Rastelements 22 gebildet werden.
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Der Sicherungsbügel 36 sitzt formschlüssig auf dem Halteelement 20 auf und ist an ihm zusätzlich durch ein Befestigungsmittel 42, insbesondere eine Schraube, verbunden.
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Auf der der Nase 28 entgegensetzten Oberseite ist zwischen dem Halteelement 20 und dem Sicherungsbügel 36 eine Längsführung 43 ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt das Halteelement 20 hierzu einen fingerartigen Fortsatz 44, der in eine Aufnahme 46 im Mittelsteg des Sicherungsbügels 36 in Montagerichtung A und in Gegenrichtung zu A verschiebbar und seitlich annähernd spaltfrei aufgenommen ist.
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Durch die Längsführung 43 und die Seitenführung 40 ist der Bügel 36 in beiden Querrichtungen zur Montagerichtung A geführt.
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Anhand von 2 wird die Montage erläutert. Zunächst wird das Dämpfungselement 18 mittels des Verbindungselements 16 am Bauteil 12 befestigt. Dabei wird das Verbindungselement 16 in das Dämpfungselement 18 gepresst. Alternativ können Verbindungs- und Dämpfungselement 16, 18 bereits eine vormontierte Einheit sein. Anschließend wird das Halteelement 20 am Dämpfungselement 18 angebracht, wobei auch hier das Dämpfungselement in die Öffnung des Halteelements 20 gepresst wird. Vorzugsweise bilden die Rastelemente 22 und das Halteelement 20 eine komplett vormontierte Einheit, sodass ein zusätzlicher Montageschritt beim Verbinden der Rastelemente 22 bei der Befestigung des Bauteils 12 am Träger 14 entfällt.
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Die Einheit aus Halteelement 20 und Rastelementen 22 wird von oben auf das Lagerelement 31 aufgesetzt, wobei die Nase 28 mit ihren Gegenflächen 30 durch die Führungsflächen 26 zentriert wird. Beim Aufsetzen schnappen die Rastelemente 22 mit ihren Enden in die Aufnahmen 32 ein.
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Wenn zu Beginn der Montage bereits der Sicherungsbügel 36 über das Befestigungsmittel 42 mit dem Halteelement 20 gekoppelt ist, so sollte, wie in 2 gezeigt, der Sicherungsbügel 36 in Montagerichtung versetzt zum Halteelement 20 liegen.
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Nachdem die Rastelemente 22 mit dem Lagerelement 31 verrastet sind, wird entweder von Hand oder durch Betätigung des Befestigungsmittels 42 der Sicherungsbügel 36 in Montagerichtung A weiter auf das Halteelement 20 aufgeschoben.
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Während der Relativbewegung zwischen Sicherungsbügel 36 und Halteelement 20 dienen die Längsführung 43 und die Seitenführung 40 der Ausrichtung der beiden Teile zueinander.
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Abschließend muss sichergestellt sein, dass das Befestigungsmittel 32 so weit eingedreht ist, dass, wie in 1 gezeigt, eine Relativbewegung entgegen der Montagerichtung zwischen Sicherungsbügel 36 und Halteelement 20 ausgeschlossen ist. Das Befestigungsmittel 32 wird vorzugsweise auf Block angezogen.
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Die Ausführungsform nach 3 entspricht im Wesentlichen der zuvor erläuterten, so dass gleiche oder funktionsgleiche Teile dieselben Bezugszeichen tragen und im Folgenden nur noch auf die Unterschiede eingegangen werden muss.
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Die an den Rastelementen 22 zur Bildung einer Seitenführung 40 vorgesehenen Nuten erstrecken sich in der Ausführungsform nach 3 nur über Teile der Länge der Rastelemente 22, was ihre Funktionalität jedoch nicht beeinträchtigt. Die Führungen 40 werden durch Umbiegen von randseitigen Zungen 49 erzeugt.
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Zudem sind die Rastelemente 22 durch einen Schenkel 48, der sich oberhalb des Halteelements 20 erstreckt, miteinander verbunden, vorzugsweise einstückig verbunden. Der Schenkel 48 weist eine dem Halteelement 20 abgewandte, seitliche Führung 50 durch umgebogene Zungen 49 und im Bereich des Fortsatzes 44 des Halteelements 20 eine Öffnung auf. Die Führung 50 des Schenkels 48 sichert den Sicherungsbügel 36, genauso wie die Seitenführungen 40 der Rastelemente 22, gegen Abrutschen.
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Die Ränder der Öffnung sind teilweise mit federnden Laschen 52 versehen, die sich entgegen der Montagerichtung A erstrecken und eine Rastarretierung zwischen Schenkel 48 und Halteelement 20 bilden.
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Der Fortsatz 44 des Halteelements 20 ist pilzförmig ausgeführt und weist einen Stiel 54 und einen Hut 56 auf.
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Der Stiel 54 des Fortsatzes 44 des Halteelementes 20 erstreckt sich durch die Öffnung des Schenkel 48, sodass sich der Hut 56 auf der dem Halteelement 20 abgewandten Seite des Schenkels 48 befindet. Die Enden der Laschen 52 des Schenkels 48 greifen derart unter den Hut 56, dass der Schenkel 48 und die mit ihm verbundenen Rastelemente 22 am Halteelement 20 entgegen der Montagerichtung A fixiert sind. Die Fixierung in beide Querrichtungen zur Montagerichtung A erfolgt durch die am Stiel 54 anliegenden Laschen 52 und die Ränder der Öffnung im Schenkel 48.
