DE102016208457A1

DE102016208457A1 - Verfahren zum Ausbilden einer Bauteilanordnung und Bauteilanordnung

Info

Publication number: DE102016208457A1
Application number: DE102016208457.7A
Authority: DE
Inventors: Robert Hartl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-05-18
Filing date: 2016-05-18
Publication date: 2017-11-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bauteilanordnung (1) sowie ein Verfahren zum Ausbilden einer Bauteilanordnung (1), bei welchen (i) ein erstes Bauteil (10) mit einem Schraubloch (14) zumindest teilweise größeren Durchmessers (15) und ein zweites Bauteil (20) mit einem Schraubloch (24) zumindest teilweise geringeren Durchmessers (15), wobei der Durchmesser (15) des Schraublochs (14) des ersten Bauteils (10) zumindest teilweise größer ist als der Durchmesser (25) des Schraublochs (24) des zweiten Bauteils (20), bereitgestellt und an Kontaktstellen (13, 23) mittels einer vorgespannten und querbelastbaren Schraubverbindung (30) aus Schraubloch (14, 24) und Verbindungsmittel (31, 32) verbunden sind oder werden und (ii) durch das Ausbilden der Schraubverbindung (30) mittels Klemmkraft (44, 45) am zweiten Bauteil (10) durch Materialverformung ein Formschluss (26) im Schraubloch (14) des ersten Bauteils (10) ausgebildet ist oder wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer Bauteilanordnung sowie eine Bauteilanordnung, welche gemäß dem Verfahren ausgebildet wurde.
In vielen Bereichen der industriellen Fertigung werden Bauteilanordnungen aus einer Mehrzahl von Bauteilen gefertigt, wobei die einzelnen Bauteile miteinander über Schraubverbindungen verbunden werden. Häufig müssen die Schraubverbindungen zwischen den Bauteilen Querbelastungen – nämlich in Richtungen quer zur Richtung der Schraubverbindung – standhalten und also über die Verbindung in der Lage sein, entsprechende Querkräfte zwischen den Bauteilen zu übertragen.
Zur Verbesserung der Fähigkeit derartiger Verbindungen, Querkräfte zu übertragen, werden herkömmlicherweise z.B. verschiedene Maßnahmen der Modifikation der Oberflächen der Kontaktflächen der miteinander verbundenen Bauelemente ergriffen, um den so genannten Trennfugenreibwert zu erhöhen. Ferner können im Bereich der Verbindung Elemente eingefügt werden, um die Querkraftübertragung zwischen den miteinander verbundenen Bauteilen zu verbessern. Derartige bekannte Maßnahmen betreffen z.B. das Aufbringen von Beschichtungen und/oder die Verwendung von abgestimmten Befestigungsmitteln mit entsprechend vorab ausgebildeten Geometrien.
Nachteilig bei den herkömmlichen Maßnahmen ist, dass sie bei Herstellung und Montage einen zusätzlichen Aufwand und damit eine Kostensteigerung generieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Ausbilden einer Bauteilanordnung sowie eine Bauteilanordnung anzugeben, bei welchen eine Verbindung zwischen Bauteilen der Bauteilanordnung mit besonders einfachen Mitteln und mit gesteigerter Übertragungsfähigkeit von Querkräften gewährleistet ist.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Ausbilden einer Bauteilanordnung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und bei einer Bauteilanordnung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbilden einer Bauteilanordnung geschaffen, bei welchem ein erstes Bauteil mit einem Schraubloch und ein zweites Bauteil mit einem Schraubloch, wobei der Durchmesser des Schraublochs des ersten Bauteils zumindest teilweise größer ist als der Durchmesser des Schraublochs des zweiten Bauteils, bereitgestellt und an Kontaktstellen mittels einer vorgespannten und querbelastbaren Schraubverbindung aus Schraubloch und Verbindungsmittel verbunden werden und bei welchem durch das Ausbilden der Schraubverbindung mittels Klemmkraft am zweiten Bauteil durch Materialverformung ein Formschluss oder Formschlusselement im Schraubloch des ersten Bauteils erzeugt wird.
Das erfindungsgemäße Vorgehen sieht also vor, dass durch das Ausbilden oder Herstellen der Schraubverbindung zwischen den Bauteilen am zweiten Bauteil ein Formschluss oder Formschlusselement im Schraubloch des ersten Bauteils erzeugt wird. Dies bedeutet insbesondere, dass das Formschlusselement im Bereich des Schraubloches des zweiten Bauteiles und durch Wirkung der Klemmkraft der Schraubverbindung aus einer Materialverformung des ersten Bauteiles entsteht und/oder in das Schraubloch des ersten Bauteils hineinreicht, dort zur Anlage kommt und sich dort abstützt. Dabei ist auch wesentlich, dass das Schraubloch des ersten Bauteiles einen zumindest teilweise größeren und das Schraubloch des zweiten Bauteiles einen zumindest teilweise geringeren Durchmesser aufweist, jeweils im Vergleich zueinander. Dies erleichtert das Verdrängen von Material des ersten Bauteiles in den Bereich des Schraubloches des ersten Bauteiles hinein.
Auf diese Art und Weise sind erfindungsgemäß vorab keine besonderen Maßnahmen, wie z. B. eine Oberflächenmodifikation oder das Aufbringen zusätzlicher Elemente, notwendig, um die Ausbildung eines Formschlusselements zu bewirken. Es reichen allein das Vorsehen entsprechend unterschiedlicher Schraublöcher, der Vorgang des Herstellens der Schraubverbindung und somit Operationen aus, die beim Verschrauben der Bauteile miteinander ohnehin ergriffen werden.
Vorangehend und nachfolgend werden die Begriffe Formschluss und Formschlusselement synonym verwendet.
Dabei wird die Querkraftübertragungsfähigkeit zwischen den dann verbundenen Bauteilen erreicht, indem der Formschluss so ausgebildet wird, dass er sich im Bereich des Randes des Schraublochs des ersten Bauteils derart abstützt, dass im Betrieb auftretende Querkräfte und/oder Drehmomente zwischen den Bauteilen übertragbar sind.
Besonders einfach gestaltet sich die Ausbildung des Formschlusses, wenn der Formschluss mit oder aus Material aus dem Bereich des Randes des Schraublochs des zweiten Bauteils gebildet wird.
Um das Formschlusselement in geeigneter Weise ausbilden zu können, werden die materiellen Eigenschaften, insbesondere des zweiten Bauteils ausgenutzt.
So ist es bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass der Formschluss beim Ausbilden der Schraubverbindung durch plastische und/oder elastische Deformation des zweiten Bauteils und insbesondere dessen Randes gebildet wird.
Besonders einfache Verhältnisse stellen sich ein, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erste und zweite Bauteile verwendet werden, bei welchen das erste Bauteil – zumindest lokal und/oder im Bereich der Kontaktstelle – härter, fester und/oder weniger stark deformierbar ist und im Vergleich dazu das zweites Bauteil – zumindest lokal und/oder im Bereich der Kontaktstelle – weicher, weniger fest und/oder stärker deformierbar ist.
Ein besonders inniger und für die Querkraftübertragung geeigneter Zusammenhang zwischen den Bauteilen stellt sich dann ein, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein zweites Bauteil verwendet wird, dessen Schraubloch – zumindest im noch nicht verschraubten Zustand – zumindest teilweise eine geringere Weite, insbesondere einen geringeren Durchmesser, aufweist als das Schraubloch des ersten Bauteils und/oder als ein Außendurchmesser eines Verbindungsmittels.
Häufig werden nicht nur linear in der Ebene verlaufende Querkräfte, also senkrecht zur Schraubachse verlaufende Kräfte, betrachtet. Vielmehr müssen auch in der Richtung wechselnde Kräfte oder Kräftepaare berücksichtigt werden, die zu einem Drehmoment in oder entgegen der Richtung der Schraubachse, also senkrecht zur Verbindungsfläche der Bauelemente, berücksichtigt werden.
Deshalb ist es bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass der Rand des Schraubloches des ersten Bauteils und/oder der Rand des Schraubloches des zweiten Bauteils abschnittsweise oder vollständig glatt, mit sich radial zu einer Achse Z der Schraubloches erstreckenden Ausnehmungen und/oder sich radial zu der Achse der Schraubloches erstreckenden Vorsprüngen ausgebildet sind oder werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Bauteilanordnung geschaffen, welche insbesondere auf der Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wird oder ist.
Entsprechend ist es vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Bauteilanordnung ausgebildet ist mit einem ersten Bauteil mit einem Schraubloch und einem zweiten Bauteil mit einem Schraubloch, bei welchen der Durchmesser des Schraublochs des ersten Bauteils zumindest teilweise größer ist als der Durchmesser des Schraublochs des zweiten Bauteils und welche an Kontaktstellen mittels einer vorgespannten und querbelastbaren Schraubverbindung aus Schraubloch und Verbindungsmittel verbunden sind, wobei das zweite Bauteil im Schraubloch des ersten Bauteils einen erst mit Ausbildung der Schraubverbindung mittels Klemmkraft durch Materialverformung erzeugten Formschluss bildet.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn der Formschluss so ausgebildet ist, dass er sich im Bereich des Randes des Schraublochs des ersten Bauteils derart abstützt, dass im Betrieb auftretende Querkräfte und/oder Drehmomente zwischen den Bauteilen übertragbar sind.
Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bauteilanordnung ist der Formschluss mit oder aus Material aus dem Bereich des Randes des Schraublochs des zweiten Bauteils gebildet. Dadurch müssen keine zusätzlichen und besonderen materiellen Vorkehrungen getroffen werden, es reicht allein die Montage der beiden Bauteile aneinander durch Verschraubung.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bauteilanordnung wird die konkrete materielle Ausgestaltung der einzelnen Bauteile in vorteilhafter Weise genutzt, indem der Formschluss als Struktur aus erst mit Ausbildung der Schraubverbindung entstandener plastischer und/oder elastischer Deformation des zweiten Bauteils und insbesondere dessen Randes gebildet ist.
Ähnlich wie beim zu Grunde liegenden Herstellungsverfahren, stellen sich besonders einfache Verhältnisse bei der erfindungsgemäßen Bauteilanordnung ein, wenn das erste Bauteil – zumindest lokal und/oder im Bereich der Kontaktstelle – härter, fester und/oder weniger stark deformierbar und im Vergleich dazu das zweite Bauteil – zumindest lokal und/oder im Bereich der Kontaktstelle – weicher, weniger fest und/oder stärker deformierbar ausgebildet ist.
Durch entsprechende Wahl der Geometrie der Bauteile im Bereich der Schraublöcher ergeben sich besonders einfache Verhältnisse beim Ausbilden des Formschlusses. So kann es vorgesehen sein, dass das Schraubloch des zweiten Bauteils – zumindest im noch nicht verschraubten Zustand – zumindest teilweise eine geringere Weite, insbesondere einen geringeren Durchmesser aufweist als das Schraubloch des ersten Bauteils und/oder als ein Außendurchmesser eines Verbindungsmittels.
Um auch Kräftepaare und Drehmomente zwischen den montierten Bauteilen der Bauteilanordnung berücksichtigen und übertragen zu können, ist es bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Bauteilanordnung vorgesehen, dass der Rand des Schraubloches des ersten Bauteils und/oder der Rand des Schraubloches des zweiten Bauteils abschnittsweise oder vollständig glatt, mit sich radial zu einer Achse Z der Schraubloches erstreckenden Ausnehmungen und/oder sich radial zu der Achse des Schraubloches erstreckenden Vorsprüngen ausgebildet sind.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
1 bis 5 zeigen in schematischer und geschnittener Seitenansicht Zwischenzustände, die bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht werden.
6 zeigt in schematischer Draufsicht Details eines Schraubloches einer Ausführungsform eines ersten Bauteils.
7 zeigt in schematischer Draufsicht Details eines Schraubloches einer anderen Ausführungsform des ersten Bauteils.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.
Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.
Die 1 bis 5 zeigen in schematischer und geschnittener Seitenansicht verschiedene Zustände, die bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausbilden einer Bauteilanordnung erreicht werden.
Ausgangspunkt bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der in 1 dargestellte Zustand, bei welchem ein erstes Bauteil 10 und ein zweites Bauteil 20 bereitgestellt werden.
Das bereitgestellte erste Bauteil 10 besitzt eine Oberseite 11 und eine Unterseite 12 sowie ein vorgefertigtes Schraubloch 14, welches auch als Verbindungsloch 14 bezeichnet werden kann und welches einen Durchmesser 15 besitzt, der auch mit dem Symbol D1 bezeichnet wird.
Das bereitgestellte zweite Bauteil 20 besitzt eine Oberseite 21 und eine Unterseite 22 sowie ein vorgefertigtes Schraubloch 24, welches auch als Verbindungsloch 24 bezeichnet werden kann und welches einen Durchmesser 25 besitzt, der auch mit dem Symbol D2_innen bezeichnet wird und kleiner ist als der Durchmesser D1 des Schraubloches 14 des ersten Bauteils 10. Das heißt es gilt die Beziehung (1): D1 > D2_innen. (1)
Die Schraublöcher oder Verbindungslöcher 14, 24 besitzen jeweils einen Rand 17 bzw. 27.
In dem in 1 dargestellten Zustand sind die Unterseite 12 des ersten Bauteils 10 und die Oberseite 21 des zweiten Bauteils 20 einander zugewandt. Die ersten und zweiten Bauteile 10 und 20 sind so angeordnet, dass sie in der xy-Ebene liegen und dass ihre Schraublochachsen Z und die Schraublöcher 14 und 24 miteinander fluchten.
Auf Grund des gewölbten Bereiches 29 des zweiten Bauteils 20 im Bereich des Schraubloches 24 werden Kontaktstellen 13 und 23 definiert, die im verschraubten Zustand der ersten und zweiten Bauteile 10 und 20 miteinander zur Anlage kommen und Kontaktflächen mit einem Außendurchmesser 55, der auch mit D2_außen bezeichnet wird, bilden. Der Innendurchmesser der Kontaktflächen 13, 23 ist identisch mit dem Innendurchmesser 15, D1 des Schraubloches 14 des ersten Bauteiles 10 im nicht verschraubten Zustand.
Durch die Pfeile 40 wird in 1 die Annäherung des zweiten Bauteils 20 an die Unterseite 12 des ersten Bauteils 10 angedeutet.
Im Übergang zu dem in 2 dargestellten Zwischenzustand ist die Annäherung des zweiten Bauteils 20 mit seiner Oberseite 21 an die Unterseite 12 des ersten Bauteils 10 vollzogen. Die Kontaktstellen 13 und 23 der ersten und zweiten Bauteile 10 bzw. 20, die auch als Kontaktflächen 13, 23 bezeichnet werden, berühren einander.
Im Übergang zu dem in 3 dargestellten Zwischenzustand werden ein erstes Befestigungsmittel 31 nach Art eines Gewindebolzens und ein zweites Befestigungsmittel 32 nach Art einer Gewindemutter bereitgestellt.
Gemäß dem Pfeil 41 in 3 wird der Gewindebolzen 31 mit seinem distalen Ende 39, welches am Schaft 37 des Bolzens 31 dem Kopf 35 gegenüberliegt, von der Unterseite 22 des zweiten Bauteils 20 her an die Anordnung aus erstem und zweitem Bauteil 10 bzw. 20 angenähert.
Die Annäherung 41 des Gewindebolzens 31 erfolgt so, dass die Achse des Gewindebolzens 31 mit den Achsen Z der Verbindungslöcher oder Schraublöcher 14 und 24 der Bauelemente 10, 20 fluchtet.
Im Übergang zu dem in 4 dargestellten Zwischenzustand ist der Gewindebolzen 31 von der Unterseite 22 des zweiten Bauteils 20 her durch die Verbindungslöcher oder Schraublöcher 14, 24 der ersten und zweiten Bauteile 10 bzw. 20 hindurchgetrieben.
Dies kann, wie dies im Übergang von 3 zu 4 angedeutet ist, durch ein Durchdrücken des Gewindebolzens 31 durch die fluchtenden Verbindungslöcher 14 und 24 erfolgen.
Aus 4 entnimmt man des Weiteren, dass in Richtung des Pfeils 42 als zweites Befestigungsmittel 32 eine Gewindemutter dem Kopf 35 am distalen Ende 39 des Schafts 37 des Gewindebolzens 31 angenähert wird, um dann durch Drehung in Richtung des Pfeils 43 um die Z-Achse auf den Gewindebolzen 31 aufgeschraubt zu werden und gemäß 5 mit seiner Unterseite auf der Oberseite 11 des ersten Bauteils 10 zur Anlage zu kommen.
Durch das Hindurchtreiben des Bolzens 31 in Richtung des Pfeiles 41, also in der z-Richtung in den 3 und 4, und das anschließende Verschrauben mittels der Gewindemutter 32 entsteht ein Klemmkräftepaar mit Kräften 44, 45 und es wird ein Teil des Materials im Bereich des Randes 27 des Schraubloches 24 des zweiten Bauteils 20 in die z-Richtung und somit in den Bereich des Schraubloches 14 des ersten Bauteils 10 hinein umgeschlagen oder verdrängt. Das verdrängte Material bildet auf diese Weise ein Formschlusselement 26, welches sich am Rand 17 des Verbindungsloches 14 des ersten Bauelements 10 abstützt.
In 5 ist dargestellt, wie der Schaft 37 des Gewindebolzens 31 vom verdrängten Material des Randes 27 des Verbindungsloches 24 des zweiten Bauteils 20 im Schraubloch 14 des ersten Bauelements 10 eingebettet ist.
Dabei ergibt sich gemäß 5 einerseits eine Eindringtiefe s des Formschlusselementes 26 in das Schraubloch 14 des ersten Bauteiles 10 in z-Richtung, die in 5 mit s gekennzeichnet ist. Ferner vermindert sich die Stärke des Materials des zweiten Bauelementes 20 im Bereich des Schraubloches 24 von der in 5 mit 63 bezeichneten ursprünglichen Materialstärke h1 auf eine dort mit 62 bezeichnete reduzierte Materialstärke h2.
5 zeigt mithin den Endzustand der Verbindung 30 aus erstem Verbindungsmittel 31 in Form des Gewindebolzens und zweitem Verbindungsmittel 32 nach Art einer Gewindemutter, welche die ersten und zweiten Bauteile 10 und 20 im Bereich der miteinander fluchtenden Schraublöcher 14 und 24 und durch Kontaktieren der Kontaktflächen 13 und 23 einspannen und verbinden und über den Formschluss 26 eine verbesserte Querkraftübertragung zwischen den Bauteilen 10 und 20 ermöglichen.
Auf Grund des Ausbildens dieser Verbindung 30 wird simultan und ohne weiteres Zutun und also inhärent das Formschlusselement 26 ausgebildet, welches geeignet ist, senkrecht zur Verbindungsachse Z verlaufende Querkräfte zwischen dem ersten Bauteil 10 und dem zweiten Bauteil 20 zu übertragen.
Durch die Verbindung 30 mit dem Gewindebolzen 31 und der Gewindemutter 32 werden zwischen den Bauteilen noch die mit den Pfeilen 44 und 45 und gegeneinander wirkenden Vorspannkräfte erzeugt, welche dafür sorgen, dass das Formschlusselement 26 an seiner Position am Rand 17 des Schraubloches 14 des ersten Bauteils 10 verbleibt.
6 zeigt in schematischer Draufsicht die Ausgestaltung eines ersten Bauteils 10 mit Oberseite 11 und Unterseite 12.
Das erste Bauteil 10 liegt in der xy-Ebene und weist ein Schraubloch 14 mit Rand 17 auf, wobei in Draufsicht der Rand 17 des Schraubloches 14 die Form einer glatten Kreislinie besitzt.
Diese Ausgestaltungsform des Schraubloches 14 ist z.B. ausreichend, um reine Querkräfte senkrecht zur z-Richtung zwischen dem ersten Bauteil 10 und einem daran angebrachten zweiten Bauteil 20 zu übertragen, wie dies im Zusammenhang mit den 1 bis 5 im Detail erläutert wurde.
Treten jedoch exzentrisch zur Schraublochachse Z angeordnete und/oder ansetzende Kräftepaare und mithin Drehmomente um die Schraubachse Z auf, so ist es denkbar, dass beim Überschreiten bestimmter Grenzwerte der Kräfte des Kräftepaares zwischen dem ersten Bauelement 10 und dem zweiten Bauelement 20 keine drehfeste Verbindung mehr vorliegt.
Um dieses Problem zu vermeiden und dadurch auch Drehmomente zwischen den ersten und zweiten Bauelementen 10 und 20 besser übertragen zu können, kann es von Vorteil sein, den Rand 17 des Verbindungsloches 14 des ersten Bauelements 10 und mithin das Verbindungsloch 14 selbst mit Ausnehmungen oder Vorsprüngen in radialer Richtung zur Schraublochachse Z auszubilden, so dass sich auch in tangentialer Richtung ein Formschluss durch Umformen des Materials aus dem Rand 27 des Schraubloches 24 des zu montierenden zweiten Bauteils 20 ergibt.
7 zeigt eine derartige Geometrie, bei welcher im Zusammenwirken mit einem zweiten Bauteil 20 eine verbesserte Drehmomentübertragung bei einer Bauteilanordnung 1 aus einem ersten Bauteil 10 und zweiten Bauteil 20 möglich ist.
Das erfindungsgemäße Vorgehen bietet sich bei allen Anwendungsgebieten an, bei denen vorgespannte und querbelastete Schraubverbindungen maßgeblich sind. Dies kann z.B. Verstrebungen, Schubfelder, Lenkeranbindungen, Blechverbindungen und dergleichen betreffen. Betroffen sind dabei einfach und auch mehrfach verschraubte Verbindungen.
Diese und weitere Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden an Hand der folgenden Darlegungen weiter erläutert:
Zur Erhöhung des Trennfugenreibbeiwertes von querkraftübertragenden Kontaktflächen in Schraubverbindungen, um hiermit den Reibschluss zu steigern, können herkömmlicherweise z.B. Riffelungen, erhöhte Oberflächenrauigkeiten, Beschichtungen oder dergleichen eingesetzt werden.
Des Weiteren sind auch der Einbau zusätzlicher Elemente oder das Aufbringen von Beschichtungen zur Erzeugung eines Mikroformschlusses in der Trennfuge denkbar oder ein Formschluss durch genau aufeinander abgestimmte Schrauben- und Bauteilanschlussgeometrien, z.B. im Sinne von Passschrauben, Kegelsitzen oder dergleichen.
Letztlich handelt es sich bei diesen Mitteln immer um einen Mehraufwand und Mehrkosten verursachende Zusatzmaßnahmen.
Durch die vorliegende Erfindung erfolgt dagegen die inhärente Erzeugung eines Formschlusses, der geeignet ist, im späteren Betrieb auftretende Anteile von Querkräften und/oder Drehmomenten zu übertragen, die durch einen reinen Reibschluss in einer Trennfuge nicht übertragen werden können.
Das inhärente Erzeugen erfolgt durch gezieltes Eindrücken eines weicheren, weniger festen Bauteils um den Betrag S in eine an der Schraubstelle für das
Verbindungselement ohnehin vorhandene Bohrung in ein härteres, festeres Bauteil.
In den Figuren ist das erste Bauteil 10 das härtere und festere. Das zweite Bauteil 20 ist das weichere und weniger feste Bauteil.
Die Größe oder der Wert der Kontaktfläche A ist so zu bemessen, dass bei der minimal gewährleisteten Montagevorspannkraft 44, 45 die angestrebte Plastifizierung des weicheren Bauteils sichergestellt ist.
Die Abstimmung der Durchmesser D1 und D2_innen muss so erfolgen, dass der für die zu übertragende Querkraft erforderliche Querschnitt der Eindrückung hinreichend dimensioniert ist. Das Maß S der Eindrückung ist so zu bemessen, dass die zu übertragende Querkraft über Lochleibung erfolgen kann.
Beim erfindungsgemäßen Vorgehen werden herkömmlicherweise anfallende Mehrkosten durch Verringerung des Herstellungs- und Montageaufwandes vermieden.
Das Ergebnis ist eine in Querrichtung spielfreie Verbindung, die sich automatisch im Zuge des Fügeprozesses einstellt, ohne dass hierfür besondere Anforderungen an die Form- und Lagetoleranzen der gefügten Bauteile 10 und 20 erforderlich sind. Dies gilt insbesondere bei Mehrfachverschraubungen.
Bezugszeichenliste

1: Bauteilanordnung
10: erstes/härteres Bauteil
11: Oberseite
12: Unterseite
13: Kontaktstelle, Kontaktfläche
14: Schraubloch, Verbindungsloch
15: Durchmesser D1 des Schraubloches 14
17: Rand des Schraubloches 14
18: Ausnehmung
20: zweites/weicheres Bauteil
21: Oberseite
22: Unterseite
23: Kontaktstelle, Kontaktfläche
24: Schraubloch, Verbindungsloch
25: Durchmesser D2_innen des Schraubloches 24
26: Formschluss, Formschlusselement
27: Rand des Schraubloches 25
28: Formschlusstiefe
29: gewölbter Bereich
30: Schraubverbindung
31: (erstes) Verbindungsmittel, Gewindebolzen, Schraubbolzen
32: (zweites) Verbindungsmittel, Gewindemutter, Mutter
33: Außendurchmesser des Schafts 37 des Gewindebolzens 31
35: Kopf des Gewindebolzens 31
37: Schaft des Gewindebolzens 31
39: distales Ende des Gewindebolzens 31
40: Annäherung des zweiten Bauteils 20
41: Annäherung des Gewindebolzens 31
42: Annäherung der Mutter 32
43: Drehung der Mutter
44: Vorspannkraft
45: Vorspannkraft
55: Außendurchmesser D2_außen der Kontaktflächen 13, 23
61: Eindringtiefe s des Formschlusses 26 im Schraubloch 14
62: reduzierte Materialstärke h2
63: ursprüngliche Materialstärke h1
x: Raumrichtung
y: Raumrichtung
z: Raumrichtung
Z: Verbindungsachse, Schraubachse, Schraublochachse

Claims

Verfahren zum Ausbilden einer Bauteilanordnung (1), bei welchem – ein erstes Bauteil (10) mit einem Schraubloch (14) und ein zweites Bauteil (20) mit einem Schraubloch (24), wobei der Durchmesser (15) des Schraublochs (14) des ersten Bauteils (10) zumindest teilweise größer ist als der Durchmesser (25) des Schraublochs (24) des zweiten Bauteils (20), bereitgestellt und an Kontaktstellen (13, 23) mittels einer vorgespannten und querbelastbaren Schraubverbindung (30) aus Schraubloch (14, 24) und Verbindungsmittel (31, 32) verbunden werden und – durch das Ausbilden der Schraubverbindung (30) mittels Klemmkraft (44, 45) am zweiten Bauteil (10) durch Materialverformung ein Formschluss (26) im Schraubloch (14) des ersten Bauteils (10) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Formschluss (26) so ausgebildet wird, dass er sich im Bereich des Randes (17) des Schraublochs (14) des ersten Bauteils (10) derart abstützt, dass im Betrieb auftretende Querkräfte und/oder Drehmomente zwischen den Bauteilen (10, 20) übertragbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Formschluss (26) mit oder aus Material aus dem Bereich des Randes (27) des Schraublochs (24) des zweiten Bauteils (20) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Formschluss (26) beim Ausbilden der Schraubverbindung (30) durch plastische und/oder elastische Deformation des zweiten Bauteils (20) und insbesondere dessen Randes (27) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem erste und zweite Bauteile (10, 20) verwendet werden, bei welchen das erste Bauteil (10) – zumindest lokal und/oder im Bereich der Kontaktstelle (13) – härter, fester und/oder weniger stark deformierbar und im Vergleich dazu das zweites Bauteil (20) – zumindest lokal und/oder im Bereich der Kontaktstelle (23) – weicher, weniger fest und/oder stärker deformierbar ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem ein zweites Bauteil (20) verwendet wird, dessen Schraubloch (25) – zumindest im noch nicht verschraubten Zustand – zumindest teilweise eine geringere Weite, insbesondere einen geringeren Durchmesser (25) aufweist als das Schraubloch (15) des ersten Bauteils (10) und/oder als ein Außendurchmesser (33) eines Verbindungsmittels (31).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Rand (17) des Schraubloches (14) des ersten Bauteils (10) und/oder der Rand (27) des Schraubloches (24) des zweiten Bauteils (20) abschnittsweise oder vollständig glatt, mit sich radial zu einer Achse der Schraubloches (17, 27) erstreckenden Ausnehmungen (28) und/oder sich radial zu der Achse der Schraubloches (17, 27) erstreckenden Vorsprüngen ausgebildet sind oder werden.
Bauteilanordnung (1), welche insbesondere hergestellt ist gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, – mit einem ersten Bauteil (10) mit einem Schraubloch (14) und einem zweiten Bauteil (20) mit einem Schraubloch (24), bei welchen der Durchmesser (15) des Schraublochs (14) des ersten Bauteils (10) zumindest teilweise größer ist als der Durchmesser (25) des Schraublochs (24) des zweiten Bauteils (20) und welche an Kontaktstellen (13, 23) mittels einer vorgespannten und querbelastbaren Schraubverbindung (30) aus Schraubloch (14, 24) und Verbindungsmittel (31, 32) verbunden sind, – wobei das zweite Bauteil (10) im Schraubloch (14) des ersten Bauteils (10) einen erst mit Ausbildung der Schraubverbindung (30) mittels Klemmkraft (44, 45) durch Materialverformung erzeugten Formschluss (26) bildet.
Bauteilanordnung (1) nach Anspruch 8, bei welcher der Formschluss (26) so ausgebildet ist, dass er sich im Bereich des Randes (17) des Schraublochs (14) des ersten Bauteils (10) derart abstützt, dass im Betrieb auftretende Querkräfte und/oder Drehmomente zwischen den Bauteilen (10, 20) übertragbar sind.
Bauteilanordnung (1) nach Anspruch 8 oder 9, bei welcher der Formschluss (26) aus Material aus dem Bereich des Randes (27) des Schraublochs (24) des zweiten Bauteils (20) gebildet ist.
Bauteilanordnung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei welcher der Formschluss (26) als Struktur aus erst mit Ausbildung der Schraubverbindung (30) entstandener plastischer und/oder elastischer Deformation des zweiten Bauteils (20) und insbesondere dessen Randes (27) gebildet ist.
Bauteilanordnung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei welcher das erste Bauteil (10) – zumindest lokal und/oder im Bereich der Kontaktstelle (13) – härter, fester und/oder weniger stark deformierbar und im Vergleich das zweites Bauteil (20) – zumindest lokal und/oder im Bereich der Kontaktstelle (23) – weicher, weniger fest und/oder stärker deformierbar ausgebildet ist.
Bauteilanordnung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei welcher das Schraubloch (25) des zweiten Bauteils (20) – zumindest im noch nicht verschraubten Zustand – zumindest teilweise eine geringere Weite, insbesondere einen geringeren Durchmesser (25) aufweist als das Schraubloch (15) des ersten Bauteils (10) und/oder als ein Außendurchmesser (33) eines Verbindungsmittels (31).
Bauteilanordnung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei welcher der Rand (17) des Schraubloches (14) des ersten Bauteils (10) und/oder der Rand (27) des Schraubloches (24) des zweiten Bauteils (20) abschnittsweise oder vollständig glatt, mit sich radial zu einer Achse (Z) der Schraubloches (17, 27) erstreckenden Ausnehmungen (18) und/oder sich radial zu der Achse (Z) des Schraubloches (17, 27) erstreckenden Vorsprüngen ausgebildet sind.