DE102013225562A1

DE102013225562A1 - Kunststoffbolzen zur Positionierung von Fahrzeugbauteilen

Info

Publication number: DE102013225562A1
Application number: DE102013225562.4A
Authority: DE
Inventors: Torsten Kuhnt
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-06-11
Also published as: CN204284144U

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kunststoffbolzen (1) zur Positionierung von zumindest zwei Fahrzeugbauteilen zueinander, aufweisend einen zylindrischen Zentrierbereich (2) und einen verrastbaren Befestigungsbereich (3), wobei auf dem Umfang des Zentrierbereiches (2) mindestens drei verformbare, gegenüber dem Umfang radial vorstehende Erhebungen (4) radialsymmetrisch angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kunststoffbolzen zur Positionierung von zwei Fahrzeugbauteilen, eine Baugruppe mit dem Kunststoffbolzen sowie eine Anordnung zur Positionierung von zwei mechanisch zu fügenden Fahrzeugbauteilen.
Im Fahrzeugbau ist es bekannt, dass Fahrzeugbauteile mechanisch miteinander gefügt, z. B. miteinander verschraubt werden, damit eine feste und dauerhafte Verbindung entsteht. Dabei ist es wichtig, dass die zu fügenden Bauteile genau zueinander positioniert werden, d. h. eine in Bezug auf die x- und y-Koordinaten des Fahrzeuges vorbestimmte Position zueinander einnehmen. Dies gilt insbesondere für Fahrzeugbauteile der Fahrzeuglenkung, z. B. Lenkerbauteile.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zwei Fahrzeugbauteile, ein Trägerbauteil und ein Anbaubauteil, positionsgenau zu fixieren, damit anschließend beide Bauteile positionsgenau miteinander verbunden werden können.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die unabhängigen Patentansprüche 1, 9 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist für die Positionierung oder die Vorfixierung von zumindest zwei Fahrzeugbauteilen ein Kunststoffbolzen vorgesehen, welcher einen zylindrischen Zentrierbereich und einen verrastbaren Befestigungsbereich aufweist, wobei auf dem Umfang des zylindrischen Zentrierbereiches mindesten drei verformbare Erhebungen radialsymmetrisch angeordnet sind. Der Kunststoffbolzen wird mit seinem Zentrierbereich in eine Zentrier- oder Fixierbohrung des einen Fahrzeugbauteiles, z. B. eines Trägerbauteiles eingesetzt, wobei die radialsymmetrisch auf dem Umfang angeordneten Erhebungen beim Fügen verformt oder verquetscht werden und für eine genaue Zentrierung des Kunststoffbolzens in der Bohrung sorgen. Mit dem Befestigungsbereich ist das zumindest eine andere Fahrzeugbauteil, z. B. ein Anbaubauteil verbunden, welches somit gegenüber dem Trägerbauteil positioniert und vorfixiert wird. Nach dieser positionsgenauen Ausrichtung beider Bauteile mittels mindestens eines Kunststoffbolzens können beide Bauteile fest miteinander verbunden, z. B. verschraubt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Erhebungen als Rippen ausgebildet, welche sich axial, also in Richtung der Längsachse des Kunststoffbolzens erstrecken. Durch die radialsymmetrische Anordnung, von z. B. drei Rippen, welche jeweils um 120° gegeneinander versetzt sind, oder von vier Rippen, welche jeweils um 90° gegeneinander versetzt sind, ergibt sich eine exakte Zentrierung des Kunststoffbolzens in der Aufnahmebohrung des Trägerbauteiles. Da die Rippen ein gewisses Übermaß gegenüber der Aufnahmebohrung aufweisen, werden sie beim Fügen, d. h. beim axialen Einpressen verformt. Dabei kann das Material der erhabenen Rippen in Umfangsrichtung ausweichen, um sich gleichmäßig dem Bohrungsdurchmesser anzupassen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Zentrierbereich eine Länge L auf, wobei sich die Rippen vorzugsweise nur über einen Teil der Länge L erstrecken. Dies hat den Vorteil, dass der Kunststoffbolzen zunächst mit einem gewissen Radialspiel in die Bohrung eingebracht werden kann, bevor die Rippen in Kontakt mit der Wand der Bohrung kommen und eine Zentrierung bewirken.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der zylindrische Zentrierbereich einen konstanten Durchmesser D auf, wobei sich die Rippen um 1 % bis 2 %, vorzugsweise 1,5 % des Durchmessers D gegenüber dem Umfang abheben. Der effektive Durchmesser wird durch die Rippen also um 3% vergrößert.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der zylindrische Zentrierbereich hohl ausgebildet. Damit wird eine Elastizität des Zentrierbereiches erreicht, was beim Fügen des Presssitzes von Vorteil ist, d. h. das verdrängte Material kann auch nach innen ausweichen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der zylindrische Zentrierbereich eine Einführschräge, d. h. einen konischen Bereich auf, welcher das Einsetzen des Kunststoffbolzens in die Aufnahmeöffnung des Trägerbauteiles erleichtert.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Zentrierbereich und dem Befestigungsbereich ein Absatz angeordnet, d. h. der Durchmesser des Befestigungsbereiches ist geringer als der Durchmesser des Zentrierbereiches. Dadurch ergibt sich beim Fügen des Kunststoffbolzens mit dem Anbauteil ein axialer Anschlag.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Erhebungen respektive die Rippen konisch ausgebildet, d. h. im Sinne von Einführschrägen. Durch diese Konizität in Fügerichtung ergeben sich ein ruckfreies Fügen des Zentrierbereiches und eine verbesserte Zentrierung des Kunststoffbolzens in der Aufnahmebohrung.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Baugruppe ein erstes Fahrzeugteil, welches mit einem zweiten Fahrzeugteil mechanisch fügbar ist, und mindestens einen Kunststoffbolzen der oben beschriebenen Art, wobei der Kunststoffbolzen mit seinem Befestigungsbereich in einer Bohrung des ersten Fahrzeugteiles unverlierbar aufgenommen ist und mit dem Zentrierbereich aus dem ersten Fahrzeugbauteil herausragt. Das erste Fahrzeugbauteil kann vorzugsweise als Anbaubauteil, z. B. als Bauteil einer Fahrzeuglenkung ausgebildet sein, welches mit dem zweiten Fahrzeugbauteil, einem Trägerbauteil, vorzugsweise einem Hinterachsträger verbunden werden. Das erste Fahrzeugbauteil bzw. das Anbaubauteil kann somit als vorgefertigte Baugruppe an ein Montageband geliefert werden, wo es am Hinterachsträger zunächst mittels der Kunststoffbolzen „angesteckt“, d. h. vorfixiert und anschließend fest mit dem Hinterachsträger verbunden wird. Damit wird eine schnelle und positionsgenaue Montage erreicht, welche z. B. kürzere Taktzeiten des Montagebandes erlaubt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Anordnung zur Positionierung von zwei mechanisch zu fügenden Fahrzeugbauteilen ein Trägerbauteil mit mindestens einer Fixierbohrung, ein Anbauteil mit mindestens einer Befestigungsbohrung sowie mindestens einen Kunststoffbolzen nach einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei der Kunststoffbolzen mit seinem Zentrierbereich in der Fixierbohrung und der Befestigungsbereich in der Befestigungsbohrung aufgenommen sind. Damit sind beide Fahrzeugbauteile auf einfache Weise und in kurzer Zeit vorfixiert, d. h. beide Fahrzeugbauteile können unmittelbar nach dieser positionsgenauen Vorfixierung fest miteinander verbunden werden, z. B. durch Verschraubung (Formschluss) oder durch Kleben bzw. Schweißen (Stoffschluss).
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Kunststoffbolzens,
2 einen Längsschnitt durch den Kunststoffbolzen gemäß 1,
3 eine Ansicht des Kunststoffbolzens von rechts,
4 eine Ansicht des Kunststoffbolzens von links,
5 eine Rastverbindung zwischen dem Befestigungsbereich des Kunststoffbolzens und einem ersten Fahrzeugbauteil,
6 das erste Fahrzeugbauteil mit montiertem Kunststoffbolzen in einer perspektivischen Darstellung und
7 eine Verbindung zur Vorfixierung des ersten und eines zweiten Fahrzeugbauteils mittels des Kunststoffbolzens.
1 zeigt einen Kunststoffbolzen 1, welcher als Spritzgussteil aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist. Der Kunststoffbolzen 1 dient als Zentrier- oder Fixierelement zur Positionierung von zwei Fahrzeugbauteilen zueinander bzw. zur Karosserie und weist daher einen kreiszylindrisch ausgebildeten Zentrierbereich 2 sowie einen Befestigungsbereich 3 auf, welcher für eine Rast- oder Schnappverbindung ausgebildet ist. Der Zentrierbereich 2 weist stirnseitig einen konischen Bereich 2a auf, welcher als Einführschräge dient, und eine in 1 in der Draufsicht erkennbare, etwa rechteckig ausgebildete Erhebung 4, auch Rippe 4 genannt, auf. Der Kunststoffbolzen 1 weist auf seinem Umfang in radialsymmetrischer Anordnung insgesamt vier Rippen 4 auf, die jeweils um 90° in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind, was deutlich aus 3 hervorgeht. Der Durchmesser des Zentrierbereiches 2 ist mit D bezeichnet, während der effektive Durchmesser im Bereich der Rippen 4 mit D_R angegeben ist. Bevorzugt ist D_R um 3% größer als D, d. h. die Höhe der Rippen gegenüber dem Umfang beträgt bevorzugt etwa 1,5% von D.
2 zeigt den Kunststoffbolzen 1 als Längsschnitt in der Ebene II-II in 1. Der Zentrierbereich 2 ist als Hohlkörper ausgebildet und weist einen zylindrischen Hohlraum 2b auf. Die Rippen 4 erscheinen in 2 als Erhebung gegenüber der zylindrischen Umfangsfläche des Zentrierbereiches 2, wobei die Erhebung in radialer Richtung – wie oben erwähnt – etwa 1,5 % des Durchmessers D des Zentrierbereiches 2 beträgt. Der Befestigungsbereich 3 ist als Rastelement ausgebildet und weist eine unterbrochen umlaufende Rastnase 3a sowie zwei durch Axialschlitze abgeteilte, sich diametral gegenüber liegende Rastzungen 5 auf, was auch aus 4 hervorgeht. Der gesamte Befestigungsbereich 3 ist somit elastisch in radialer Richtung nach innen verformbar, kann daher in eine entsprechende Aufnahmebohrung hineingesteckt und verrastet werden. Zwischen dem Zentrierbereich 2 und dem Befestigungsbereich 3 ist ein Absatz 6 vorgesehen, welcher beim axialen Fügen als Anschlag dient.
5 zeigt den Kunststoffbolzen 1, welcher mittels seines Befestigungsbereiches 3 an einem ersten Fahrzeugbauteil 7 unverlierbar befestigt ist. Das erste Fahrzeugbauteil 7, welches beispielsweise als Anbaubauteil 7 einer Fahrzeuglenkung ausgebildet ist, weist eine Befestigungsbohrung 7a auf, in welche der Kunststoffbolzen 1 unter elastsicher Verformung seines Befestigungsbereiches 3 eingesetzt ist, wobei die Rastnasen 3a und der Absatz 6 für eine axiale Sicherung, d. h. eine Unverlierbarkeit sorgen. Der Zentrierbereich 2 ragt aus dem Anbaubauteil 7 hervor.
6 zeigt das Anbaubauteil 7 mit herausragendem Kunststoffbolzen 1 und frei liegenden Rippen 4 in einer perspektivischen und unvollständigen Darstellung. Das Anbaubauteil 7 ist als längliches Bauteil einer Fahrzeuglenkung ausgebildet und weist zwei vorzugsweise als Langlöcher ausgebildete Befestigungsöffnungen 7b, 7c auf. Das erste Fahrzeugbauteil 7 stellt zusammen mit dem Kunststoffbolzen 1, von dem mindestens zwei an dem Fahrzeugbauteil 7 angeordnet sind, eine Baugruppe dar, welche als vorgefertigte Baueinheit an das Montageband einer Fahrzeugfertigung lieferbar ist. Bei der Montage wird das erste Fahrzeugbauteil 7 mit einem zweiten Fahrzeugbauteil, einem Trägerbauteil verbunden, wobei zunächst ein sogenanntes Anstecken, d. h. eine Positionierung und Vorfixierung mittels des herausragenden Teils des Kunststoffbolzens 1 erfolgt. Nach dem Anstecken erfolgt die endgültige Befestigung der beiden Bauteile über nicht dargestellte Befestigungselemente, welche von den Befestigungsöffnungen 7b, 7c aufgenommen werden.
7 zeigt eine Vorfixierung des ersten Fahrzeugbauteiles 7 mit einem zweiten Fahrzeugbauteil 8, welches auch als Trägerbauteil 8 bezeichnet wird und als Hinterachsträger oder Karosseriebauteil ausgebildet sein kann. Wie in 5 dargestellt, ist der Kunststoffbolzen 1 mit dem ersten Fahrzeugbauteil 7 unverlierbar durch eine Rastverbindung verbunden; der Zentrierbereich 2 ist in einer Zentrier- oder Fixierbohrung 9 spielfrei aufgenommen, sodass eine koaxiale Ausrichtung des Zentrierbolzens 1 in der Fixierbohrung 9 sichergestellt ist. Dies wird vornehmlich durch die in 1 dargestellten radialsymmetrisch auf dem Umfang angeordneten Rippen 4 (in 7 nicht dargestellt) bewirkt. Durch den Kunststoffbolzen 1 sind also beide Fahrzeugbauteile 7, 8 zueinander positioniert und vorfixiert, d. h. es existiert noch keine feste Verbindung. Diese erfolgt erst anschließend, d. h. nach der Vorfixierung oder dem Anstecken, z. B. durch Verschraubung beider Bauteile 7, 8.
Abweichend von der zeichnerischen Darstellung können die Rippen 4 in Längs- oder Fügerichtung des Kunststoffbolzens 1 konisch ausgebildet sein. Damit wächst der effektive Durchmesser des Zentrierbereiches 2 kontinuierlich mit zunehmender Einstecktiefe.
Bezugszeichenliste

1: Kunststoffbolzen
2: Zentrierbereich
2a: konischer Bereich
2b: Hohlraum
3: Befestigungsbereich
3a: Rastnase
4: Rippe
5: Rastzunge
6: Absatz
7: erstes Fahrzeugbauteil
7a: Befestigungsbohrung
7b: Befestigungsöffnung
7c: Befestigungsöffnung
8: zweites Fahrzeugbauteil
9: Fixierbohrung
D: Durchmesser Zentrierbereich
D_R: Durchmesser im Rippenbereich
L: Länge Zentrierbereich

Claims

Kunststoffbolzen zur Positionierung von zumindest zwei Fahrzeugbauteilen (7, 8) zueinander, aufweisend einen zylindrischen Zentrierbereich (2) und einen verrastbaren Befestigungsbereich (3), wobei auf dem Umfang des Zentrierbereiches (2) mindestens drei verformbare, gegenüber dem Umfang radial vorstehende Erhebungen (4) radialsymmetrisch angeordnet sind.
Kunststoffbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen als Rippen (4) ausgebildet sind, die insbesondere in axialer Richtung verlaufen.
Kunststoffbolzen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierbereich (2) eine Länge (L) aufweist und dass sich die Rippen (4) über einen Teil der Länge (L) erstrecken.
Kunststoffbolzen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Zentrierbereich (2) über die Länge (L) einen konstanten Durchmesser (D) aufweist und dass sich die Rippen (4) um 1,0 % bis 2,0% des Durchmessers (D) gegenüber dem zylindrischen Zentrierbereich (2) erheben.
Kunststoffbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierbereich (2) hohl ausgebildet ist.
Kunststoffbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den zylindrischen Zentrierbereich (2) stirnseitig ein konischer Bereich (2a) anschließt.
Kunststoffbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zentrierbereich (2) und dem Befestigungsbereich (3) ein Absatz (6) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen respektive die Rippen (4) in Längs- oder Fügerichtung des Zentrierbereiches (2) konisch ausgebildet sind.
Baugruppe, umfassend ein erstes Fahrzeugbauteil (7), welches mit einem zweiten Fahrzeugbauteil (8) mechanisch fügbar ist, und mindestens einen Kunststoffbolzen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Kunststoffbolzen (1) mit seinem Befestigungsbereich (3) in einer Bohrung (7a) des ersten Fahrzeugteiles unverlierbar aufgenommen ist und mit seinem Zentrierbereich (3) aus dem ersten Fahrzeugbauteil (7) herausragt.
Anordnung zur Positionierung von zwei mechanisch zu fügenden Fahrzeugbauteilen (7, 8), wobei das zweite Fahrzeugbauteil (8) mindestens eine Fixierbohrung (9) und das erste Fahrzeugbauteil (7) eine Befestigungsbohrung (7a) aufweisen, in welchen der Zentrierbereich (2) respektive der Befestigungsbereich (3) eines Kunststoffbolzens (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufgenommen sind.