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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Toleranzausgleichselement für eine Schraubverbindung zur Fixierung eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil, insbesondere im Fahrzeugbau. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einem derartigen Toleranzausgleichselement ausgestattete Befestigungsanordnung zum Befestigen eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil, vorzugsweise im Fahrzeugbau.
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Toleranzausgleichselemente kommen insbesondere dann zum Einsatz, wenn zwei Bauteile mit einem vorbestimmten Abstand zueinander fest miteinander verbunden werden müssen. Um hier enge Toleranzen einhalten zu können, werden Schraubverbindungen mit einem Toleranzausgleichselement kombiniert, mit dessen Hilfe der gewünschte Abstand im Rahmen der jeweils gewünschten Toleranz exakt eingestellt werden kann. Hierzu kann das jeweilige Toleranzausgleichselement ein Basisteil mit einem Innengewinde und ein Schraubteil mit einem dazu passenden Außengewinde aufweisen. Durch Verdrehen des Schraubteils relativ zum Basisteil lässt sich der gewünschte Abstand einstellen und mittels der jeweiligen Schraubverbindung fixieren.
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Es hat sich gezeigt, dass mechanische Belastungen einer derartigen Befestigungsanordnung dazu führen können, dass sich Basisteil und Schraubteil relativ zueinander verdrehen, derart, dass sich der ursprünglich eingestellte Abstand zwischen den Bauteilen reduziert. Hierdurch reduziert sich die Fixierungswirkung der Schraubverbindung, was die Möglichkeit von Relativbewegungen zwischen den Bauteilen zusätzlich vergrößert.
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Aus der
DE 10 2012 102 906 A1 ist ein Toleranzausgleichselement mit einer Transportsicherung, die ein unbeabsichtigtes Herausdrehen des Schraubteils aus dem Basisteil verhindern soll, bzw. mit einer Kontersicherung bekannt, die ein schwer oder nicht lösbares Eindrehen des Schraubteils in das Basisteil verhindern soll.
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Die
EP 1 764 516 A2 offenbart eine Toleranzausgleichsvorrichtung mit einem Basisteil und einem Schraubteil, wobei das Basisteil mit einem zugeordneten Bauteil fest verbunden ist, z.B. mittels einer Klebstoffverbindung.
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In der
DE 20 2006 000 660 U1 ist ebenfalls eine Toleranzausgleichsvorrichtung mit einem Basisteil und einem Schraubteil beschrieben, bei welcher das Basisteil durch eine Klebeverbindung an einem zugeordneten Bauteil festgelegt ist.
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Auch in der
DE 20 2008 011 318 U1 ist eine Toleranzausgleichsvorrichtung mit einem Basisteil und einem Schraubteil offenbart. An einer Stirnseite des Schraubteils ist eine Prägekontur vorgesehen.
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Aus der
DE 202 04 994 U1 ist eine Befestigungsanordnung bekannt, bei der eine Schraubverbindung in ein Toleranzausgleichselement integriert ist. Als Basisteil kommt dabei eine Haltemutter zum Einsatz, die am ersten Bauteil fixiert wird. Das Schraubteil ist durch einen Ausgleichsbolzen gebildet, der einen Anlageflansch aufweist und einerseits des Anlageflansches einen der Haltemutter zugeordneten ersten Gewindeabschnitt und andererseits des Anlageflansches einen zweiten Gewindeabschnitt aufweist, der durch eine Öffnung des ersten Bauteils hindurch mit einer Feststellmutter zusammenwirkt. Durch Verdrehen des Ausgleichsbolzens in der Haltemutter kann der Abstand zwischen den Bauteilen eingestellt werden. Durch Festziehen der Feststellmutter wird die Anordnung fixiert. Der erste Gewindeabschnitt ist mit mikroverkapseltem Klebstoff beschichtet, der beim Einschrauben des Ausgleichsbolzens in die Haltemutter aktiviert wird und eine Verdrehsicherung für den Ausgleichsbolzen relativ zur Haltemutter erzeugt. Um diese bekannte Befestigungsanordnung montieren zu können, müssen die beiden Gewindeabschnitte des Ausgleichsbolzens sowie die zugehörigen Muttern gegenläufige Gewinde aufweisen. Ferner gestaltet sich die Montage vergleichsweise schwierig, da durch das Eindrehen des Ausgleichsbolzens in die Haltemutter der Klebstoff aktiviert wird, so dass nur noch vergleichsweise wenig Zeit zur Verfügung steht, um die beiden Bauteile aneinander zu fixieren. Auch gestaltet sich die Handhabung vergleichsweise kompliziert, da es insbesondere nicht möglich ist, diese Befestigungsanordnung als vormontierte Baugruppe bereitzustellen, bei welcher der Ausgleichsbolzen bereits in die Haltemutter eingeschraubt ist.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für die Befestigung von zwei Bauteilen aneinander unter Einhaltung eines gewünschten Abstands zwischen den Bauteilen eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine dauerhafte Fixierungswirkung 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 Erfindung beruht hinsichtlich der Befestigungsanordnung auf dem allgemeinen Gedanken, eine Schraubverbindung mit Schraube und Mutter und ein diesbezüglich separates Toleranzausgleichselement mit Basisteil und Schraubteil zu verwenden, wobei außerdem das Toleranzausgleichselement mit wenigstens einer Verdrehsicherung für das Basisteil gegenüber dem zweiten Bauteil und für das Schraubteil gegenüber dem ersten Bauteil ausgestattet wird. Durch eine Drehlagefixierung zwischen Basisteil und zweitem Bauteil bzw. zwischen Schraubteil und erstem Bauteil wird der beim Herstellen der Schraubverbindung zwischen den Bauteilen erzeugte gewünschte und mit Hilfe des Toleranzausgleichselements eingestellte Abstand zwischen den Bauteilen dauerhaft fixiert. Da sich zweckmäßig das Basisteil nicht mehr gegenüber dem zweiten Bauteil und das Schraubteil nicht mehr gegenüber dem ersten Bauteil verdrehen kann, können sich auch Schraubteil und Basisteil zueinander nicht mehr verdrehen, wodurch der mit Hilfe des Toleranzausgleichselementes eingestellte Abstand zwischen den Bauteilen dauerhaft fixiert ist. Durch die Entkopplung der Drehlagenfixierung zwischen den Bestandteilen des Toleranzausgleichselements und den Komponenten der Schraubverbindung ergibt sich außerdem eine vereinfachte Handhabung.
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Im Einzelnen schlägt die Erfindung für das Toleranzausgleichselement vor, das mit dem Innengewinde ausgestattete Basisteil an einer dem ersten Bauteil zugewandten Innenseite des zweiten Bauteils mit einer axialen Stirnseite zur Anlage zu bringen. Weiter wird vorgeschlagen, das mit dem passenden Außengewinde ausgestattete Schraubteil an einer dem zweiten Bauteil zugewandten Innenseite des ersten Bauteils mit einer axialen Stirnseite zur Anlage zu bringen. Hierdurch ist das Schraubteil koaxial im Basisteil angeordnet. Ferner enthält das Schraubteil eine koaxiale, zentrale Durchgangsöffnung zum Durchführen eines Schraubenschafts der Schraube der Schraubverbindung. Des Weiteren ist das Schraubteil in der Durchgangsöffnung mit Übertragungsmitteln, z. B. mit Klemmmitteln, ausgestattet, mit deren Hilfe ein Drehmoment zwischen dem in die Durchgangsöffnung eingeführten Schraubenschaft und dem Schraubteil übertragen werden kann, das ausreicht, das Schraubteil gegenüber dem Basisteil zu verdrehen. Schließlich wird vorgeschlagen, die Stirnseite des Basisteils zur Ausbildung einer Verdrehsicherung mit dem zweiten Bauteil auszugestalten und/oder die Stirnseite des Schraubteils zur Ausbildung einer Verdrehsicherung mit dem ersten Bauteil auszugestalten.
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Eine derartige Verdrehsicherung lässt sich auf vielfältige Weise realisieren. Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann die jeweilige Stirnseite mit einem Klebstoff versehen sein, der beispielsweise thermisch aktivierbar ist oder durch Druck aktivierbar sein kann. Insbesondere kann es sich um einen mikroverkapselten Klebstoff handeln. Hierbei können mit Klebstoff gefüllte Mikrokapseln auf die jeweilige Stirnseite geklebt werden. Bei hinreichendem Anpressdruck zwischen der jeweiligen Stirnseite und dem jeweiligen Bauteil zerbrechen die Mikrokapseln, wodurch der Klebstoff freigesetzt wird und Aushärten bzw. Trocknen kann. Denkbar ist insbesondere die Verwendung eines Zwei-Komponenten-Klebstoffs, dessen Komponenten separat gekapselt sind und erst beim Zerbrechen der Kapseln miteinander reagieren können. Die Verwendung von Klebstoff mit oder ohne Mikroverkapselung ermöglicht es, das Toleranzausgleichselement besonders preiswert herzustellen, indem das Basisteil und/oder das Schraubteil aus Kunststoff hergestellt wird.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann die jeweilige Stirnseite eine Prägekontur aufweisen, die sich beim Herstellen der Schraubverbindung in das jeweilige Bauteil eingräbt. Es ist klar, dass hierzu der Werkstoff des Basisteils bzw. des Schraubteils zumindest gleich hart sein muss wie der Werkstoff des jeweiligen Bauteils. Insbesondere ist bei dieser Ausführungsform das Basisteil bzw. das Schraubteil aus einer Metalllegierung hergestellt. Eine Prägekontur der jeweiligen Stirnseite kann beispielsweise durch eine Körnung oder eine Rändelung oder Riffelung und dergleichen realisiert sein. Denkbar sind dabei auch geometrische Muster aus Linien und Punkten nach Art von Schraffuren oder dergleichen.
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Ferner ist ebenso denkbar, die jeweilige Stirnseite sowohl mit einer Prägekontur als auch mit Klebstoff zu versehen.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die jeweilige Stirnseite an einem Anlagebund oder Anlageflansch ausgebildet sein, den das Basisteil zur Kontaktierung mit dem zweiten Bauteil bzw. das Schraubteil zur Kontaktierung mit dem ersten Bauteil aufweist. Der jeweilige Anlagebund kann dabei an das Basisteil bzw. an das Schraubteil angebaut sein und damit drehfest verbunden sein. Ebenso ist denkbar, den jeweiligen Anlagebund integral am Basisteil bzw. am Schraubteil auszuformen.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann das Basisteil zur Herstellung einer Clipverbindung oder Rastverbindung mit dem zweiten Bauteil ausgestaltet sein. Insbesondere können entsprechende Rastmittel oder Clipmittel am Basisteil angeordnet sein. Insbesondere können diese Rastmittel oder Clipmittel aus Kunststoff hergestellt sein und an dem vorzugsweise aus Metall hergestelltem Basisteil angebracht sein.
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Eine erfindungsgemäße Befestigungsanordnung, mit deren Hilfe ein erstes Bauteil unter Einhaltung eines vorbestimmten Abstands an einem zweiten Bauteil befestigt werden kann, umfasst ein Toleranzausgleichselement der vorstehend beschriebenen Art sowie eine Schraubverbindung, die eine Schraube sowie eine Mutter umfasst, wobei die Schraube mit ihrem Schraubenschaft durch die Durchgangsöffnung des Schraubteils hindurchgeführt ist und mit der Mutter verschraubt ist. Die Mutter ist dabei an einer vom ersten Bauteil abgewandten Außenseite des zweiten Bauteils angeordnet. Beispielsweise handelt es sich um eine mit dem zweiten Bauteil verschweißte Schweißmutter. Ein Schraubenkopf der Schraube ist zweckmäßig an einer vom zweiten Bauteil abgewandten Außenseite des ersten Bauteils angeordnet und daran beispielsweise über eine Scheibe abgestützt.
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Bevorzugt sind die Gewinde der Schraubverbindung gegenläufig zu den Gewinden des Toleranzausgleichselements.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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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 der Zeichnung 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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Die einzige 1 zeigt eine Schnittansicht durch eine Befestigungsanordnung.
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Entsprechend 1 umfasst eine Befestigungsanordnung 1, mit deren Hilfe ein erstes Bauteil 2 unter Einhaltung eines vorbestimmten Abstands 3 an einem zweiten Bauteil 4 befestigt werden kann, eine Schraubverbindung 5 sowie ein Toleranzausgleichselement 6 .
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Die Schraubverbindung 5 umfasst eine Schraube 7, die in üblicher Weise einen Schraubenkopf 8, hier mit Außenmehrkant, sowie einen Schraubenschaft 9 mit einem Außengewinde aufweist. Ferner umfasst die Schraubverbindung 5 eine Mutter 10, die ein zum Außengewinde des Schraubenschafts 9 komplementäres Innengewinde besitzt und die hier mit einem Außenmehrkant ausgestattet ist. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann es sich bei der Mutter 10 zweckmäßig um eine Schweißmutter handeln, die mit dem zweiten Bauteil 4 verschweißt ist. Eine entsprechende Schweißverbindung ist in 1 mit 11 bezeichnet. Die Mutter 10 ist dabei an einer Außenseite 12 des zweiten Bauteils 4 angeordnet, die vom ersten Bauteil 2 abgewandt ist. Der Schraubenkopf 8 ist an einer Außenseite 13 des ersten Bauteils 2 angeordnet, die vom zweiten Bauteil 4 abgewandt ist. Im Beispiel stützt sich der Schraubenkopf 8 über eine Scheibe 14 an der Außenseite 13 des ersten Bauteils 2 ab. Das erste Bauteil 2 enthält eine Schrauböffnung 15 zum Durchführen des Schaubenschafts 9. Das zweite Bauteil 4 enthält ebenfalls eine Schrauböffnung 16 zum Durchführen des Schraubenschafts 9, die axial zur Schrauböffnung 15 des ersten Bauteils 2 fluchtet.
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Das Toleranzausgleichselement 6 weist ein Basisteil 17 auf, das mit einer axialen Stirnseite 18 an einer Innenseite 19 des ersten Bauteils 2 anliegt, die dem ersten Bauteil 2 zugewandt ist. Ferner weist das Basisteil 17 ein Innengewinde 20 auf. Die Stirnseite 18 des Basisteils 17 ist dabei an einem Anlagebund 21 des Basisteils 17 ausgebildet. Im Beispiel der 1 ist der Anlagebund 21 integral am Basisteil 17 ausgeformt. Denkbar ist ebenso eine gebaute Variante. Ferner besitzt das Basisteil 17 im hier gezeigten Beispiel Rastmittel 22, die hier rein exemplarisch als Rasthaken angedeutet sind und mit denen das Basisteil 17 für eine Vormontage am zweiten Bauteil 4 fixierbar ist. Im Beispiel durchsetzen die hakenförmigen Rastmittel 22 entsprechende Rastöffnungen 23, die zu diesem Zweck im zweiten Bauteil 4 ausgebildet sind. Im Beispiel sind die Rastmittel 22 ebenfalls integral am Basisteil 17 ausgeformt. Bevorzugt ist hier jedoch eine separate Ausgestaltung der Rastmittel 22, die dann auf geeignete Weise am Basisteil 17 angeordnet sind.
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Das Toleranzausgleichselement 6 umfasst ferner ein Schraubteil 24, das mit einer axialen Stirnseite 25 an einer Innenseite 26 des ersten Bauteils 2 anliegt, die dem zweiten Bauteil 4 zugewandt ist. Das Schraubteil 24 weist ein zum Innengewinde 20 komplementäres Außengewinde 27 auf, das mit dem Innengewinde 20 in Eingriff steht. Im Beispiel der 1 ist die Stirnseite 25 des Schraubteils 24 an einem Anlagebund 28 des Schraubteils 24 ausgebildet. Der Anlagebund 28 kann hier integral am Schraubteil 24 ausgeformt sein. Denkbar ist ebenfalls eine gebaute Variante, bei welcher ein separater Anlagebund 28 drehfest mit dem Schraubteil 24 verbunden ist.
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Das Schraubteil 24 besitzt eine zentrale Durchgangsöffnung 29, durch welche der Schraubenschaft 9 hindurchgeführt ist. Das Schraubteil 24 ist außerdem in der Durchgangsöffnung 29 mit Übertragungsmitteln 30 ausgestattet, die eine Drehmomentübertragung zwischen dem Schraubenschaft 9 und dem Schraubteil 24 ermöglichen, derart, dass damit das Schraubteil 24 relativ zum Basisteil 17 verdrehbar ist. Die Übertragungsmittel 30 können als Klemmmittel oder Federmittel oder durch eine Kombination daraus gebildet sein, also z. B. durch federnde Klemmmittel.
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Für die Befestigungsanordnung 1 wird eine konzentrische bzw. koaxiale Anordnung relativ zu einer Längsmittelachse 31 bevorzugt. Somit ist der Schraubenschaft 9 koaxial durch das Toleranzausgleichselement 6 hindurchgeführt.
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Beim Eindrehen der Schraube 7 bewirken die Übertragungsmittel 30 ein Mitdrehen des Schraubteils 24, wodurch das Schraubteil 24 mit seiner Stirnseite 25 an der Innenseite 26 des ersten Bauteils 2 zur Anlage gebracht wird. Hierbei sind das Außengewinde der Schraube 7 und das Innengewinde der Mutter 10 (vorzugsweise Rechtsgewinde) gegenläufig zum Außengewinde 27 des Schraubteils 24 und zum Innengewinde 20 des Basisteils 17 (vorzugsweise Linksgewinde), damit das Schraubteil 24 beim Einschrauben der Schraube 7 dieser entgegenkommt. Sobald diese Kontaktierung erfolgt, werden die von den Übertragungsmitteln 30 übertragbaren Drehmomente überstiegen, so dass eine weitere Mitnahme unterbleibt. Dementsprechend führt ein weitergehendes Einschrauben der Schraube 7 zu einer Verschraubung mit der Mutter 10 bis ein vorbestimmtes Drehmoment erreicht ist.
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Beim hier vorgestellten Toleranzausgleichselement 6 ist außerdem die Stirnseite 18 des Basisteils 17 zur Ausbildung einer Verdrehsicherung 32 mit dem zweiten Bauteil 4 ausgestaltet. Zusätzlich oder alternativ ist die Stirnseite 25 des Schraubteils 24 zur Ausbildung einer Verdrehsicherung 33 mit dem ersten Bauteil 2 ausgestaltet. Bevorzugt ist die in 1 gezeigte Ausführungsform, bei der sowohl die Stirnseite 18 des Basisteils 17 als auch die Stirnseite 25 des Schraubteils 24 zur Ausbildung einer Verdrehsicherung 32 bzw. 33 mit dem jeweiligen Bauteil 2 bzw. 4 ausgestaltet ist.
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Die jeweilige Verdrehsicherung 32, 33 kann zweckmäßig durch Klebstoff realisiert sein. Vorzugsweise kann hierzu die jeweilige Stirnseite 18, 25 mit einer Beschichtung aus mikroverkapseltem Klebstoff ausgestattet sein, wobei die Verkapselung beim Festziehen der Schraubverbindung 5 zerbricht und den Klebstoff freisetzt.
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Zusätzlich oder alternativ kann die jeweilige Stirnseite 18, 25 zur Realisierung der jeweiligen Verdrehsicherung 32, 33 mit einer Prägekontur ausgestattet sein, die so gewählt ist, dass sie beim Festziehen der Schraubverbindung 5 einen Formschluss mit dem jeweiligen Bauteil 2, 4 erzeugt. Hierzu gräbt bzw. prägt sich die jeweilige Prägekontur in die jeweilige Innenseite 19, 26 des jeweiligen Bauteils 2, 4 ein. Eine derartige Prägekontur kann durch eine Rillierung oder Rändelung oder dergleichen realisiert sein.
