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Die vorliegende Erfindung betrifft die mechanische Verbindung für ein Fahrzeugelement eines Fahrzeugs.
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Zur mechanischen Verbindung von Teilen, beispielsweise Schalen, eines Fahrzeugelements in Fahrzeugen werden oft Schraubverbindungen eingesetzt. Um bei Schraubverbindungen die zu übertragende Kraft zu erhöhen, kann zwar eine stärkere Schraube verwendet werden. Dies ist jedoch mit erhöhten Bauteilkosten verbunden. Eine andere Möglichkeit besteht in der Verwendung einer Zahnscheibe, welche mit dem Fahrzeugelement stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verschweißt ist. Eine stoffschlüssige Verbindung hat jedoch den Nachteil, dass die stoffschlüssige Verbindung die Härte der Zahnscheibe reduzieren kann.
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Die Gebrauchsmusterschrift
DE 200 01 608 U1 zeigt eine Sicherungsscheibe zur Eingliederung zwischen zwei zu verbindenden Bauteilen.
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Die Offenlegungsschrift
EP 2 902 303 A1 zeigt einen Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effizienteres Konzept für Erhöhung einer Kraftübertragung einer mechanischen Verbindung, beispielsweise einer Schraubverbindung, zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der beigefügten Zeichnungen.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe durch eine formschlüssige Verbindung eines Unterlegrings, welcher zur Erhöhung von Reibkraft ein Oberflächenprofil, beispielsweise ein Zahnprofil, aufweist, mit einem Formbauteil des Fahrzeugelements realisiert werden kann. Die formschlüssige Verbindung kann vorteilhaft durch das Einpressen des Unterlegrings in das Formbauteil in einem Presswerkzeug realisiert werden. Dadurch kann eine besonders stabile Formschlussverbindung erreicht werden.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Fahrzeugelement mit einem Formbauteil, in welchem eine Öffnung zur Aufnahme eines Verbindungselementes mit einem Verbindungskopf gebildet ist, und einem Unterlegring, welcher die Öffnung umgibt, wobei der Unterlegring eine Auflageoberfläche aufweist, wobei die Auflageoberfläche ein Oberflächenprofil zur Erhöhung von Reibkraft an der Auflageoberfläche aufweist, und wobei der Unterlegring mit dem Formbauteil formschlüssig verbunden ist.
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In einer Ausführungsform ist die Öffnung zur Aufnahme eines Verbindungselementes mit einem Verbindungskopf vorgesehen, wobei das Oberflächenprofil zur Erhöhung von Reibkraft zwischen der Auflageoberfläche und dem Verbindungskopf vorgesehen ist.
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Das Verbindungselement kann beispielsweise eine Verbindungsschraube mit einem Schraubkopf als Verbindungskopf sein.
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In einer Ausführungsform formt das Oberflächenprofil eine Klemmfläche, an welcher das Fahrzeugelement mit einem weiteren Fahrzeugelement mittels eines Verbindungselementes verbunden werden kann. Durch die erhöhte Reibkraft aufgrund des Oberflächenprofils kann die Stabilität der Verbindung erhöht werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Unterlegring in das Formbauteil eingepresst. Dadurch wird eine besonders stabile Formschlussverbindung erreicht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Unterlegring eine umlaufende Innenwandung auf, wobei die Öffnung durch einen abgewinkelten Öffnungsrand begrenzt ist, und wobei die umlaufende Innenwandung den abgewinkelten Öffnungsrand umgibt. Der abgewinkelte Öffnungsrand kann einen umlaufenden Kragen formen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform greift die umlaufende Innenwandung in den abgewinkelten Öffnungsrand formschlüssig ein. Dadurch wird in besonders vorteilhafter Weise eine formschlüssige Verbindung realisiert.
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In einer Ausführungsform weist der Unterlegring eine umlaufende Außenwandung auf, wobei das Formbauteil eine umlaufende Innenwandung aufweist, und wobei die umlaufende Innenwandung die umlaufende Außenwandung des Unterlegrings formschlüssig umgreift. Dadurch wird ein äußerer Formschluss realisiert.
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Die umlaufende Außenwandung des Unterlegrings kann eine umlaufende Wulst aufweisen, welche die umlaufende Innenwandung des Formbauteils umgriffen bzw. übergriffen wird. Der formschlüssige Umgriff bzw. Übergriff kann bei Einpressen des Unterlegrings in das Formbauteil realisiert werden, wodurch die Formschlussverbindung besonders herstellungseffizient realisiert werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Oberflächenprofil Oberflächenstege auf, wobei benachbarte Oberflächenstege jeweils durch eine Oberflächenvertiefung voneinander getrennt sind.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Oberflächenstege und die Oberflächenvertiefungen des Oberflächenprofils innerhalb eines Toleranzbereichs, beispielsweise +/- 2°, +/- 5° oder +/- 10°, zueinander parallel ausgerichtet, oder wobei die Oberflächenstege und die Oberflächenvertiefungen des Oberflächenprofils diagonal oder parallel über die Auflageoberfläche verlaufen, oder wobei die Oberflächenstege und die Oberflächenvertiefungen sich radial nach außen erstrecken oder wobei das Reibprofil durch ein Zahnprofil gebildet ist, oder wobei der Unterlegring durch eine Zahnscheibe gebildet ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform nehmen die Breiten der radial verlaufenden Oberflächenstege mit zunehmender Entfernung von der Öffnung zu oder sind gleichbleibend.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die jeweiligen Oberflächenstege und/oder die jeweiligen Oberflächenvertiefungen jeweils einen viereckigen oder einen abgerundeten Querschnitt auf.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Formbauteil eine Oberschale, wobei das Fahrzeugelement ferner eine Unterschale aufweist, wobei die Oberschale über der Unterschale angeordnet ist, wobei die Unterschale eine weitere Öffnung aufweist, welche zu der Öffnung der Oberschale fluchtend ausgerichtet ist, und wobei die Öffnungen der Oberschale und der Unterschale durch eine Verbindungshülse verbunden sind.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Unterschale einen weiteren Unterlegring, welcher die weitere Öffnung umgibt, auf, wobei der weitere Unterlegring eine Auflageoberfläche zur Aufnahme einer Verbindungsmutter aufweist, wobei die Auflageoberfläche ein Oberflächenprofil zur Erhöhung von Reibkraft zwischen der Auflageoberfläche und der Verbindungsmutter aufweist, und wobei der weitere Unterlegring mit der Unterschale formschlüssig verbunden ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das jeweilige Oberflächenprofil ein mechanisch geprägtes Prägeprofil.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der jeweilige Unterlegring eine kreisrunde oder eine elliptische Form auf.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Fahrzeugelement ein Achsträger oder ein Karosseriebauteil eines Fahrzeugs.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugelements, insbesondere eines Achsträgers oder eines Karosseriebauteils, mit: Bereitstellen eines Formbauteils, in welchem eine Öffnung zur Aufnahme eines Verbindungselementes gebildet ist, und Einpressen eines Unterlegrings in das Formbauteil in einem Presswerkzeug, um den Unterlegring mit dem Formbauteil formschlüssig zu verbinden, wobei der Unterlegring die Öffnung umgibt und eine Auflageoberfläche aufweist, wobei die Auflageoberfläche ein Oberflächenprofil zur Erhöhung von Reibkraft an der Auflageoberfläche aufweist.
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In einer Ausführungsform ist das Fahrzeugelement das Fahrzeugelement nach dem ersten Aspekt bzw. nach einer Ausführungsform des ersten Aspektes. Weitere Schritte des Verfahrens ergeben sich daher unmittelbar aus den Merkmalen des Fahrzeugelements.
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In einer Ausführungsform wird das Oberflächenprofil in dem Schritt des Einpressens des Unterlegrings mit dem Presswerkzeug geprägt.
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In einer Ausführungsform wird das Oberflächenprofil vor dem Einpressen des Unterlegrings mit dem Prägewerkzeug geprägt.
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Weitere Schritte des Herstellungsverfahrens ergeben sich unmittelbar aus den Merkmalen des Fahrzeugelementes.
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Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Fahrzeugelement gemäß einer Ausführungsform;
- 2 das Fahrzeugelement gemäß einer Ausführungsform;
- 3 eine Ansicht des Fahrzeugelementes gemäß einer Ausführungsform;
- 4A, 4B Ansichten des Fahrzeugelementes gemäß einer Ausführungsform; und
- 5A, 5B, 5C Verbindungsanordnung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugelementes 100 mit einem Formbauteil 101, in welchem eine Öffnung 103 zur Aufnahme eines Verbindungselementes mit beispielsweise einem Verbindungskopf gebildet ist.
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Das Fahrzeugelement 100 hat einen Unterlegring 105, welcher die Öffnung 103 umgibt, wobei der Unterlegring 105 eine Auflageoberfläche 107, beispielsweise zur Aufnahme des Verbindungskopfes, aufweist, wobei die Auflageoberfläche 107 ein Oberflächenprofil 109 zur Erhöhung von Reibkraft an der Auflageoberfläche 107, insbesondere zwischen der Auflageoberfläche 107 und dem Verbindungskopf, beispielsweise einem Schraubkopf, aufweist. Der Unterlegring 105 ist mit dem Formbauteil 100 formschlüssig verbunden.
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Die formschlüssige Verbindung wird bevorzugt durch Einpressen des Unterlegrings 105 in das Formbauteil 100 bewirkt. Dies kann in einem Presswerkzeug durchgeführt werden.
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Die Öffnung 103 ist durch einen abgewinkelten Öffnungsrand 111 begrenzt, welcher durch eine umlaufende Innenwandung 113 des Unterlegrings 105 umgeben ist oder welcher in die umlaufende Innenwandung 113 eingreift. Hierzu kann die umlaufende Innenwandung 113 des Unterlegrings 105 radial zur Mitte des Unterlegrings 105 spitz zulaufen und durch den abgewinkelten Öffnungsrand 111 zumindest teilweise umgriffen sein. Dadurch wird der Unterlegring 105 formschlüssig gehalten.
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In einer Ausführungsform kann die umlaufende Innenwandung 113 eine umlaufende Wulst aufweisen, welche durch den abgewinkelten Öffnungsrand 111 umgriffen ist. Dadurch wird der Unterlegring 105 formschlüssig gehalten.
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In einer Ausführungsform können die umlaufende Innenwandung 113 und der Unterlegring 101 jeweils einen Hinterschnitt aufweisen, welche ineinander eingreifen, um die formschlüssige Verbindung zu bewirken.
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Das Fahrzeugelement 100 kann ein weiteres Formbauteil 115 aufweisen, das eine weitere Öffnung 117 aufweist. Die Öffnungen 103 und 117 können durch ein Verbindungselement, beispielsweise durch eine Verbindungsschraube durchsetzt sein, welche die Formbauteile 101 und 115 verbindet und zu dem Fahrzeugelement 100 zusammenführt. Die Öffnungen 101 und 115 können durch eine Verbindungshülse 119 verbunden sein, welche durch das Verbindungselement durchsetzbar ist. Die Verbindungshülse 119 erhöht die Stabilität des Fahrzeugelementes 100, insbesondere wenn die Formbauteile 101 und 115 als Schalen geformt sind.
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Das Formbauteil 101 kann eine Oberschale sein und das Formbauteil 101 kann eine Unterschale sein.
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Die Formbauteile 101, 115 können aus Metall oder aus Kunststoff aufgebaut sein.
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In einer Ausführungsform weist das Oberflächenprofil 109 Oberflächenstege 110 auf, wobei benachbarte Oberflächenstege 110 jeweils durch eine Oberflächenvertiefung 112 voneinander getrennt sind.
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In einer Ausführungsform, welche beispielhaft in 1 dargestellt ist, ist das Oberflächenprofil 109 durch ein Zahnprofil gebildet. Der Unterlegring 105 kann somit als eine Zahnscheibe oder ein Zahnring gebildet sein
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In einer Ausführungsform können die umlaufende Innenwandung 113 und der Unterlegring 101 jeweils einen Hinterschnitt aufweisen, welche ineinander eingreifen, um die formschlüssige Verbindung zu bewirken.
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2 zeigt einen Seitenquerschnitt des in 1 dargestellten Fahrzeugelementes 100 im zusammengefügten Montagezustand.
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Das Formbauteil 101 und das weitere Formbauteil 115 weisen jeweils Seitenwandungen 201, 203 auf, welche ineinander greifen, wodurch die Formbauteile 101 und 115 zusätzlich fixiert werden.
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Die Formbauteile 101, 115 sind schalenförmig aufgebaut und schließen einen Hohlraum 205 ein, welcher durch die Verbindungshülse 119 durchsetzt ist. Dadurch wird die Stabilität des Fahrzeugelementes 100 erhöht.
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3 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Fahrzeugelement 100. Das Oberflächenprofil 109 weist Oberflächenstege 110 und Oberflächenvertiefungen 112 auf, welche sich radial nach außen erstrecken. Die Breiten der Oberflächenstege 110 sind gleichbleibend, während die Breiten der Oberflächenvertiefungen 112 zum Rand 301 des Unterlegrings 105 zunehmen.
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In einer Ausführungsform können die Breiten der Oberflächenstege 110 zum Rand 301 des Unterlegrings 105 zunehmen und die Breiten der Oberflächenvertiefungen 112 können gleichbleibend sein.
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In einer Ausführungsform ist der Unterlegring 105 durch eine Auswölbung 303 des Formbauteils 101 umrandet und dadurch zusätzlich fixiert. Die Auswölbung 303 kann beim Verpressen des Unterlegringes 105 mit dem Formbauteil 101 erzeugt werden.
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In den 4A und 4B sind weitere Ansichten des Formbauteils 101 dargestellt. Der Unterlegring 105 weist in der in den 4A und 4B dargestellten Ausführungsform eine umlaufende Außenwandung 501 auf, wobei das Formbauteil 101 eine bevorzugt umlaufende Innenwandung 503 aufweist.
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Wie es in 4B dargestellt ist umgreift die umlaufende Innenwandung 503 die umlaufende Außenwandung 501 des Unterlegrings 105 formschlüssig, wodurch eine bezüglich des Unterlegrings 105 äußere Formschlussverbindung realisiert wird. Die Außenwandung 501 des Unterlegrings 105 kann hierzu eine optionale umlaufende Wulst 505 aufweisen, welche durch die Innenwandung 503 formschlüssig umgriffen ist.
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Zur Herstellung der äußeren Formschlussverbindung wird der Unterlegring 105 in eine Mulde 507 des Formbauteils 101 eingelegt. Die Mulde 507 kann vorgefertigt sein und begrenzt die Öffnung 103. Die Mulde 507 ist ferner durch die umlaufende Innenwandung 503 begrenzt.
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Beim Einpressen des Unterlegrings 105 wird das Formbauteil 101, insbesondere die Innenwandung 503 des Formbauteils 101, lokal so umgeformt, dass die umlaufende Außenwandung 501 durch das Formbauteil 101 umgriffen bzw. übergriffen wird. Hierbei wird insbesondere die Innenwandung 503 verformt bzw. umgeformt, wie es durch die in 5B dargestellten Pfeile verdeutlicht ist. Dabei umgreift die verformte Innenwandung 503 die radial gerichtete Wulst 505 des Unterlegrings 101.
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Bei der Verformung des Formbauteils 101 kann die Innenwandung 503 so verformt werden, dass darin eine umlaufende Einwölbung 509 gebildet wird, in welche die Wulst 505 formschlüssig eingreift bzw. welche die Wulst 505 formschlüssig umgreift.
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In den 5A, 5B und 5C ist eine Verbindungsanordnung 400 umfassend das Fahrzeugelement 100 sowie ein weiteres Fahrzeugelement 401, welches mit dem Fahrzeugelement 100 mittels eines nicht dargestellten Verbindungselementes verbunden werden kann.
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In einer Ausführungsform formt das Oberflächenprofil 109 eine Klemmfläche, an welcher das Fahrzeugelement 101 mit dem weiteren Fahrzeugelement 401 verbunden werden kann. Durch die erhöhte Reibkraft aufgrund des Oberflächenprofils kann die Stabilität der Verbindung zwischen dem Fahrzeugelement und dem weiteren Fahrzeugelement 401 erhöht werden.
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Das Fahrzeugelement 101 und das weitere Fahrzeugelement 401 können aus Schalen gebildet und Elemente eines Achsträgers sein.
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Das weitere Verbindungselement 401 kann, wie es in 5B dargestellt ist, eine nach Innen gewölbte Wandung 402 aufweisen, welche eine Öffnung 403 begrenzt, welche durch das Verbindungselement, das die Fahrzeugelemente 101, 401 verbindet, durchsetzbar ist.
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In 5C sind ist die Verbindungsanordnung 400 mit zusammengefügten Formteilen 101, 401 dargestellt.
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In einer Ausführungsform können die umlaufende Innenwandung 113 und der Unterlegring 101 jeweils einen Hinterschnitt 405, 407 aufweisen, welche ineinander eingreifen, um die formschlüssige Verbindung zu bewirken.
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Der Unterlegring 101 kann eine nach außen gewölbte Wulst aufweisen, welche durch die umlaufende Innenwandung 113 formschlüssig umgriffen werden kann, wodurch ein Formschluss entsteht.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fahrzeugelement
- 101
- Formbauteil
- 103
- Öffnung
- 105
- Unterlegring
- 107
- Auflageoberfläche
- 109
- Oberflächenprofil
- 110
- Oberflächenstege
- 111
- Öffnungsrand
- 112
- Oberflächenvertiefungen
- 113
- Innenwandung
- 115
- Formbauteil
- 117
- Öffnung
- 119
- Verbindungshülse
- 201
- Seitenwandung
- 203
- Seitenwandung
- 205
- Hohlraum
- 301
- Rand
- 303
- Wulst
- 400
- Verbindungsanordnung
- 401
- Formteil
- 403
- Öffnung
- 405
- Hinterschnitt
- 407
- Hinterschnitt
