DE102018201496A1

DE102018201496A1 - Toleranzausgleichsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Toleranzausgleichsvorrichtung

Info

Publication number: DE102018201496A1
Application number: DE102018201496.5A
Authority: DE
Inventors: Klaus Spickenheier; Till Erpenbeck
Original assignee: Witte Automotive GmbH
Current assignee: Witte Automotive GmbH
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2019-08-01
Anticipated expiration: 2038-02-01
Also published as: DE102018201496B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Ausgleichen von Toleranzen zwischen zwei miteinander zu verbindenden Bauteilen mit einem hohlzylindrischen Grundelement (3), einem mit dem Grundelement (3) in Gewindeeingriff stehenden hohlzylindrischen Ausgleichselement (4), welches durch Verdrehen relativ zu dem Grundelement (3) aus einer Ausgangsposition in eine Ausgleichsposition bewegbar ist, einem Gewindeelement zur Verschraubung mit einem sich durch einen inneren Hohlraum (H1) des Grundelements (3) und einen inneren Hohlraum (H2) des Ausgleichselements (4) hindurch erstreckenden Schraubelement und einem in dem inneren Hohlraum (H2) des Ausgleichselements (4) angeordneten Mitnahmeelement (5), welches an eine Mantelfläche des inneren Hohlraums (H2) des Ausgleichselements (4) in einem Spritzgussprozess angespritzt ist und mit dem durch die Hohlräume (H1, H2) hindurchgeführten Schraubelement derart in Reibeingriff steht, dass ein durch das Schraubelement ausgeübtes Drehmoment an das Ausgleichselement (4) übertragbar ist.Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (1) zum Ausgleichen von Toleranzen zwischen zwei Bauteilen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleichen von Toleranzen zwischen zwei miteinander zu verbindenden Bauteilen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung.
Eine derartige Toleranzausgleichsvorrichtung ist grundsätzlich bekannt und kommt beispielsweise im Fahrzeugbau zum Einsatz, insbesondere wenn es darum geht, zwei Bauteile über einen toleranzbehafteten Fügespalt hinweg miteinander zu verschrauben. Die Toleranzausgleichsvorrichtung wird hierzu zwischen den zu verbindenden Bauteilen angeordnet, und ein Schraubelement zum Verschrauben der Bauteile, z. B. eine Schraube oder ein Gewindebolzen, wird durch entsprechend vorgesehene Öffnungen in den Bauteilen und durch die Toleranzausgleichsvorrichtung hindurchgeführt. Beim Verschrauben des Schraubelements wird das Ausgleichselement über eine zwischen das Schraubelement und das Ausgleichselement geschaltete Mitnahmefeder relativ zu dem Grundelement verdreht und dadurch aus seiner Ausgangsposition axial zu dem Grundelement bewegt, z. B. aus dem Grundelement herausgefahren, bis es seine Ausgleichsposition erreicht, in welcher das Grundelement und das Ausgleichselement jeweils an einem der Bauteile anliegen und so den Fügespalt überbrücken.
Eine solche Vorrichtung zum Ausgleichen von Toleranzen zwischen miteinander zu verschraubenden Bauteilen beschreibt die DE 10 2013 202 582 A1 . Die Vorrichtung umfasst ein hohlzylindrisches Grundelement und ein mit dem Grundelement in Gewindeeingriff stehendes hohlzylindrisches Ausgleichselement, welches durch Verdrehen relativ zu dem Grundelement aus einer Ausgangsposition in eine Ausgleichsposition bewegbar ist. Die Vorrichtung umfasst ein Fixiermittel, durch welches das Ausgleichselement in der Ausgleichsposition relativ zu dem Grundelement fixierbar ist. Dabei ist das Fixiermittel ausgebildet, um das Ausgleichselement gegen eine Verdrehung relativ zu dem Grundelement zu sichern. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine aus Federstahl gefertigte Schnappmutter, mittels welcher das Grundelement an dem ersten Bauteil befestigbar ist. Die Schnappmutter umfasst ein Mutternelement zur Verschraubung mit einem sich durch die Vorrichtung hindurch erstreckenden, als Schraube oder Gewindebolzen ausgebildeten Schraubelement. In dem Ausgleichselement ist eine Mitnahmefeder angeordnet, die sich an der Innenseite des Ausgleichselements abstützt und mit dem durch die Vorrichtung hindurchgeführten Schraubelement in Reibeingriff steht, um ein durch das Schraubelement ausgeübtes Drehmoment an das Ausgleichselement zu übertragen. Das Drehmoment bewirkt eine Verdrehung des Ausgleichselements relativ zu dem Grundelement, wodurch sich das Ausgleichselement entlang einer Längsmittelachse nach oben aus dem Grundelement herausbewegt. Sobald das Ausgleichselement so weit aus dem Grundelement herausgefahren ist, dass ein Anlagering desselben an dem zweiten Bauteil anliegt, übersteigt das Reibmoment zwischen dem zweiten Bauteil und dem Anlagering das von der Mitnahmefeder übertragbare Drehmoment. Somit dreht sich das Ausgleichselement nicht weiter aus dem Grundelement heraus. Unterhalb des Anlagerings befindet sich ein Fixiergehäuse, welches an dem Grundelement fest angebracht ist. An dem Fixiergehäuse ist eine federnde Sicherungslasche ausgebildet, die in einer Ausgangsposition des Ausgleichselements in einen Ausschnitt des Anlagerings eingreift, um eine unbeabsichtigte Verdrehung des Ausgleichselements zu verhindern. Eine Verdrehung des Ausgleichselements aus dem Grundelement heraus ist erst dann möglich, wenn die Sicherungslasche durch den Anlagering nach unten aus dem Ausschnitt weggedrückt wird. Die Sicherungslasche und der Ausschnitt des Anlagerings bilden eine Transportsicherung für die Vorrichtung.
Eine weitere Vorrichtung zum Ausgleichen von Toleranzen zwischen zwei miteinander zu verbindenden Bauteilen beschreibt die DE 10 2013 216 716 A1 . Die Vorrichtung umfasst ein Grundelement, welches eine axiale Richtung definiert und ein Ausgleichselement, welches zum Ausgleichen von Toleranzen zwischen den zu verbindenden Bauteilen relativ zu dem Grundelement bewegbar ist. Das Grundelement und das Ausgleichselement sind jeweils hohlzylindrisch ausgebildet, wobei das Ausgleichselement mit dem Grundelement in Gewindeeingriff steht und bei gelöstem Sicherungsmittel zum Ausgleichen von Toleranzen zwischen den zu verbindenden Bauteilen relativ zu dem Grundelement verdrehbar ist. Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein Sicherungsmittel zur Sicherung des Ausgleichselements gegen eine Bewegung relativ zu dem Grundelement. Dabei ist das Sicherungsmittel unabhängig von einer Bewegung des Ausgleichselements relativ zu dem Grundelement mittels eines Schraubelements, welches zur Verschraubung der Bauteile durch das Grundelement und das Ausgleichselement hindurchführbar ist, lösbar und bildet eine Transportsicherung, welche während eines Transports der Vorrichtung zu ihrem Montageort eine unbeabsichtigte Bewegung des Ausgleichselements relativ zu dem Grundelement verhindern soll. Das Sicherungsmittel ist mit dem Ausgleichselement reibschlüssig oder formschlüssig verbunden und steht im gesicherten Zustand mit dem Grundelement reibschlüssig oder formschlüssig in Eingriff. Das Sicherungsmittel ist so ausgebildet, dass es mit dem hindurchgeführten Schraubelement in reibschlüssiger Verbindung steht, um eine Drehbewegung des Schraubelements an das Ausgleichselement zu übertragen. Das Ausgleichselement umfasst eine Aussparung, durch welche sich das Sicherungsmittel zu dem Grundelement hin erstreckt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zum Ausgleich von Toleranzen zwischen zwei miteinander zu verbindenden Bauteilen und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung anzugeben.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 14 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausgleichen von Toleranzen zwischen zwei miteinander zu verbindenden Bauteilen umfasst ein hohlzylindrisches Grundelement, ein mit dem Grundelement in Gewindeeingriff stehendes hohlzylindrisches Ausgleichselement, welches durch Verdrehen relativ zu dem Grundelement aus einer Ausgangsposition in eine Ausgleichsposition bewegbar ist, ein Gewindeelement zur Verschraubung mit einem sich durch einen inneren Hohlraum des Grundelements und einen inneren Hohlraum des Ausgleichselements hindurch erstreckenden Schraubelement und ein in dem inneren Hohlraum des Ausgleichselements angeordnetes Mitnahmeelement. Das Mitnahmeelement ist an eine Mantelfläche des inneren Hohlraums des Ausgleichselements in einem Spritzgussprozess angespritzt und steht derart mit dem durch die Hohlräume hindurchgeführten Schraubelement in Reibeingriff, dass ein durch das Schraubelement ausgeübtes Drehmoment an das Ausgleichselement übertragbar ist.
Aufgrund des an das Ausgleichselement angespritzten Mitnahmeelements kann gegenüber Lösungen, in welchen das Mitnahmeelement als separates, in dem Ausgleichelement anzuordnendes Bauteil ausgebildet ist, eine Reduzierung einer Komponentenanzahl der Vorrichtung erreicht werden. Hieraus resultiert wiederum eine Verringerung einer Komplexität bei einer Montage der Komponenten zu der Vorrichtung.
In einer möglichen Ausführung wird zur Verbindung, insbesondere Verschraubung, der beiden Bauteile die Vorrichtung zwischen den Bauteilen angeordnet und das Schraubelement von oben durch eine Öffnung des zweiten Bauteils, die Vorrichtung und eine Öffnung des ersten Bauteils hindurchgeführt. Dabei gerät das Schraubelement in Eingriff mit dem Mitnahmeelement. Wird das Schraubelement zur Verschraubung der Bauteile verdreht, beispielsweise rechts herum, so wird durch das Mitnahmeelement ein Drehmoment an das Ausgleichselement übertragen, welches eine Verdrehung des Ausgleichselements relativ zu dem Grundelement bewirkt, wodurch sich das Ausgleichselement entlang einer Längsmittelachse nach oben aus dem Grundelement herausbewegt. Sobald das Ausgleichselement so weit aus dem Grundelement herausgedreht ist, dass ein Anlageabschnitt desselben an dem zweiten Bauteil anliegt, übersteigt ein Reibmoment zwischen dem zweiten Bauteil und dem Anlageabschnitt das von dem Mitnahmeelement übertragbare Drehmoment und das Ausgleichselement wird nicht weiter aus dem Grundelement herausgedreht. Das Ausgleichselement hat somit eine als Ausgleichsposition bezeichnete Position eingenommen.
Eine mögliche Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass das Ausgleichselement ein aus einem Kunststoff oder unterschiedlichen Kunststoffen, beispielsweise in einem Spritzgussprozess, gebildetes Bauteil ist. Somit kann beim Anspritzen des Mitnahmeelements eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Mitnahmeelement und dem Ausgleichselement durch temporäres Aufschmelzen der Oberfläche des Ausgleichselements erreicht werden. Eine solche stoffschlüssige Verbindung zwischen Mitnahmeelement und Ausgleichselement zeichnet sich durch eine besonders hohe mechanische Stabilität bei gleichzeitig geringem Herstellungsaufwand aus.
Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass an der Mantelfläche des inneren Hohlraums des Ausgleichselements zumindest eine axial verlaufende Hinterschneidung und/oder zumindest eine radial verlaufende Hinterschneidung ausgebildet sind bzw. ist, welche von einem Abschnitt des Mitnahmeelements ausgefüllt sind bzw. ist. Hierdurch kann eine Verbindung zwischen dem Mitnahmeelement und dem Ausgleichselement verbessert werden oder bei einer Materialkombination oder Materialpaarung, welche beim Anspritzen zu keiner stoffschlüssigen Verbindung zwischen Mitnahmeelement und Ausgleichselement führt, durch Erzeugung eines Formschlusses eine mechanisch stabile Verbindung zwischen Mitnahmeelement und Ausgleichselement erzeugt werden. Hierdurch wird auch ermöglicht, die Materialien von Mitnahmeelement und Ausgleichselement in Abhängigkeit ihrer jeweiligen Anforderungen während eines Betriebs der Vorrichtung frei zu wählen, beispielsweise das Ausgleichselement zur Erzielung einer hohen mechanischen Stabilität aus einem hochfesten Material zu bilden.
Eine mögliche Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass an der Mantelfläche des inneren Hohlraums des Ausgleichselements mehrere in axialer Richtung und koaxial um eine Längsmittelachse verlaufende Hinterschneidungen ausgebildet sind, wobei die Hinterschneidungen beispielsweise einen T-förmigen, schwalbenschwanzförmigen oder anderen geeigneten Querschnitt aufweisen und jeweils von einem Abschnitt des Mitnahmeelements ausgefüllt sind. Die Hinterschneidungen und der Eingriff des Mitnahmeelements in diese ermöglicht eine besonders stabile und verdrehsichere Verbindung zwischen Mitnahmeelement und Ausgleichselement.
In einer möglichen Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Mitnahmeelement zumindest einen Federarm umfasst, wobei der Federarm ausgehend von einem festen Ende zu einem freien Ende derart in dem Hohlraum des Ausgleichselements verläuft, dass sich ein Querschnitt eines zumindest abschnittsweise von dem Federarm begrenzten und zur Durchführung des Schraubelements vorgesehenen Freiraums vom festen Ende zum freien Ende verringert. Eine solche Ausbildung des Mitnahmeelements ermöglicht eine besonders effiziente Übertragung des Drehmoments von dem Schraubelement auf das Ausgleichselement und zeichnet sich durch eine parametrisch vorteilhafte Charakteristik aus. Gleichzeitig lässt sich das Schraubelement aufgrund der Verringerung des Freiraums vom festen zum freien Ende besonders leicht und ohne eine Gefahr einer Beschädigung des Mitnahmeelements in das Mitnahmeelement bzw. das Ausgleichselement einführen. Weiterhin führt eine solche Ausbildung des Mitnahmeelements zu dem Vorteil, dass sich das Mitnahmeelement leichter auf unterschiedliche Größen skalieren und insbesondere kompakter gestalten lässt.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Vorrichtung sind mehrere und bevorzugt mindestens drei Federarme um eine Längsmittelachse des Mitnahmeelements herum angeordnet und mittels eines Verbindungsrings an ihren festen Enden miteinander verbunden. Dies ermöglicht eine zentrierend wirkende Reibkraft sowie eine besonders gleichmäßige Verteilung und Erzeugung der Reibkraft zwischen dem Schraubelement und dem Mitnahmeelement.
Zu einer zuverlässigen Erzeugung einer Federwirkung und somit der Reibkraft zwischen dem Schraubelement und dem Mitnahmeelement ist das Mitnahmeelement in einer möglichen Weiterbildung der Vorrichtung aus einem Kunststoff, beispielsweise einem thermoplastischen Kunststoff oder einem Technopolymer, gebildet und im erstarrten Zustand elastisch verformbar.
Eine mögliche Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass an einem zur Anlage an einem der Bauteile vorgesehenen Anlageabschnitt des Ausgleichselements ein eine Anlagefläche des Anlageabschnitts überragendes Bremselement angespritzt ist. Insbesondere bei einem gegenüber der Anlagefläche weicheren Material des Bremselements können gezielt höhere Reibungszahlen zwischen dem Ausgleichelement und dem zugehörigen Bauteil erzeugt werden, so dass systembedingte Auftriebskräfte, welche durch das Mitnahmemoment an den Gewinden des Ausgleichselements und Grundelements übersetzt werden, reduziert werden können.
Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass das Bremselement aus Kunststoff, beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, gebildet ist, welcher im erstarrten Zustand eine geringere Härte als die Anlagefläche aufweist. Hierdurch können in besonders einfacher und zuverlässiger Weise die erhöhten Reibungszahlen erreicht werden und gleichzeitig kann das Ausgleichelement oder zumindest dessen Anlageabschnitt aus einem mechanisch besonders stabilen Material hergestellt werden.
Beispielsweise ist das Bremselement einstückig und/oder einteilig mit dem Mitnahmeelement ausgebildet und somit besonders einfach und kostengünstig in einem Arbeitsschritt während eines gemeinsamen Spritzgussprozesses mit dem Mitnahmeelement erzeugbar.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst diese zumindest eine Sicherungsanordnung zur Sicherung des Ausgleichselements gegen eine Bewegung relativ zu dem Grundelement. Die Sicherungsanordnung bildet eine Transportsicherung für die Vorrichtung, um während eines Transports derselben, beispielsweise zu ihrem Montageort, eine unbeabsichtigte Bewegung des Ausgleichselements relativ zu dem Grundelement zu verhindern, welche im schlimmsten Fall zu einer Trennung von Ausgleichselement und Grundelement führen kann.
Zur Realisierung einer besonders zuverlässigen Sicherung umfasst die Sicherungsanordnung gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Vorrichtung ein an dem Ausgleichselement angeordnetes erstes Sicherungselement und ein mit dem Grundelement mechanisch gekoppeltes zweites Sicherungselement, wobei die Sicherungselemente in einer gesicherten Position des Ausgleichselements am Grundelement in mechanischem Eingriff miteinander stehen.
Gemäß einer möglichen Weiterbildung der Vorrichtung ist das erste Sicherungselement in einem Spritzgussprozess an das Ausgleichselement angespritzt. Hierdurch kann gegenüber Lösungen, in welchen das Sicherungselement als separates Bauteil ausgebildet ist, eine weitere Reduzierung einer Komponentenanzahl der Vorrichtung erreicht werden, woraus eine weitere Verringerung einer Komplexität bei einer Montage der Komponenten zu der Vorrichtung resultiert.
Hierbei ist das erste Sicherungselement beispielsweise einstückig und/oder einteilig mit dem Mitnahmeelement und/oder Bremselement ausgebildet und somit besonders einfach und kostengünstig in einem Arbeitsschritt während eines gemeinsamen Spritzgussprozesses mit dem Mitnahmeelement und/oder dem Bremselement erzeugbar.
Zu einer zuverlässigen Erzeugung der Transportsicherung und einer möglichen Überwindung einer Sicherungskraft bei der Montage der Vorrichtung ist das erste Sicherungselement in einer möglichen Ausgestaltung der Vorrichtung aus Kunststoff, beispielsweise einem thermoplastischen Kunststoff, gebildet und im erstarrten Zustand elastisch verformbar.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Vorrichtung ist das erste Sicherungselement an einem äußeren Rand eines zur Anlage an einem der Bauteile vorgesehenen Anlageabschnitts des Ausgleichselements angeordnet. Aufgrund dieser Anordnung am äußeren Rand können zur zuverlässigen Realisierung der gesicherten Position des Ausgleichselements am Grundelement höhere Kräfte aufgenommen werden, so dass das Sicherungselement besser abgestimmt werden kann.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Ausgleichen von Toleranzen zwischen zwei Bauteilen mit einem hohlzylindrischen Grundelement, einem mit dem Grundelement in Gewindeeingriff stehenden hohlzylindrischen Ausgleichselement, welches durch Verdrehen relativ zu dem Grundelement aus einer Ausgangsposition in eine Ausgleichsposition bewegbar ist, einem Gewindeelement zur Verschraubung mit einem sich durch einen inneren Hohlraum des Grundelements und einen inneren Hohlraum des Ausgleichselements hindurch erstreckenden Schraubelement und einem in dem inneren Hohlraum des Ausgleichselements angeordneten Mitnahmeelement wird das Mitnahmeelement in einem Spritzgussprozess an eine Mantelfläche des inneren Hohlraums des Ausgleichselements angespritzt und mit dem durch die Vorrichtung hindurchgeführten Schraubelement derart in Reibeingriff gebracht, dass ein durch das Schraubelement ausgeübtes Drehmoment an das Ausgleichselement übertragbar ist.
Das Verfahren ermöglicht eine besonders einfache und zuverlässige Herstellung des Mitnahmeelements und eine Verbindung desselben mit dem Ausgleichselement sowie eine Reduzierung einer Komponentenanzahl der Vorrichtung. Hieraus resultiert wiederum eine Verringerung einer Komplexität bei einer Montage der Komponenten zu der Vorrichtung.
In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens werden bzw. wird an das Ausgleichselement ein erstes Sicherungselement einer Sicherungsanordnung zur Sicherung des Ausgleichselements gegen eine Bewegung relativ zu dem Grundelement und/oder an einem zur Anlage an einem der Bauteile vorgesehenen Anlageabschnitt des Ausgleichselements ein eine Anlagefläche des Anlageabschnitts überragendes Bremselement gemeinsam mit dem Mitnahmeelement angespritzt. Hierbei sind das Mitnahmeelement und das erste Sicherungselement und/oder das Bremselement besonders einfach und kostengünstig in einem Arbeitsschritt während eines gemeinsamen Spritzgussprozesses erzeugbar. Beispielsweise kann hierbei eine „biegeweiche“ Transportsicherungsfahne mit entsprechender Funktionalität prozesssicher erzeugt werden, welche eine geringe Empfindlichkeit für Brüche und plastische Verformungen aufweist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Darin zeigen:

1 schematisch eine Explosionsdarstellung einer Vorrichtung zum Ausgleich von Toleranzen zwischen zwei miteinander zu verbindenden Bauteilen gemäß dem Stand der Technik,
2 schematisch eine Explosionsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Ausgleich von Toleranzen zwischen zwei miteinander zu verbindenden Bauteilen,
3 schematisch eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß 2,
4 schematisch einen Teilschnitt der Vorrichtung gemäß 2,
5 schematisch eine Explosionsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Ausgleich von Toleranzen zwischen zwei miteinander zu verbindenden Bauteilen,
6 schematisch eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß 5 und eine Detailansicht im Bereich einer Sicherungsanordnung,
7 schematisch einen Teilschnitt der Vorrichtung gemäß 5,
8 schematisch eine Explosionsdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Ausgleich von Toleranzen zwischen zwei miteinander zu verbindenden Bauteilen,
9 schematisch eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß 8 und
10 schematisch einen Teilschnitt der Vorrichtung gemäß 8.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine Explosionsdarstellung einer Vorrichtung 1 zum Ausgleich von Toleranzen zwischen zwei miteinander zu verbindenden nicht gezeigten Bauteilen gemäß dem Stand der Technik dargestellt.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine aus Federstahl gefertigte so genannte Schnappmutter 2, mittels welcher ein Grundelement 3 und ein Ausgleichselement 4 an einem unteren ersten Bauteil befestigbar sind.
Hierbei befindet sich die Schnappmutter 2 an einer Unterseite der Vorrichtung 1 und umfasst ein nicht gezeigtes Gewindeelement, beispielsweise Mutternelement, zur Verschraubung mit einem sich durch die Vorrichtung 1 hindurch erstreckenden Schraubelement, z. B. einer Schraube oder einen Gewindebolzen.
Die Schnappmutter 2 ist an zwei Befestigungshaken 3.1 eingehängt, welche an dem Grundelement 3 der Vorrichtung 1 angeformt sind.
Das Grundelement 3 ist hohlzylindrisch ausgebildet und weist an seiner Innenseite, d. h. an einer Mantelfläche seines inneren Hohlraums H1, ein Innengewinde 3.2 auf. Das Innengewinde 3.2 besitzt eine zu einem Außengewinde des Schraubelements umgekehrte Orientierung, im vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielsweise ein Linksgewinde.
Das ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildete Ausgleichselement 4 erstreckt sich in den Hohlraum H1 des Grundelements 3 hinein und weist an seiner Außenseite ein Außengewinde 4.1 auf, welches mit dem Innengewinde 3.2 des Grundelements 3 in Eingriff steht. Durch Verdrehung lässt sich das Ausgleichselement 4 entlang einer Längsmittelachse L relativ zum Grundelement 3 bewegen, d. h. aus dem Hohlraum H1 des Grundelements 3 heraus oder in diesen hinein schrauben.
In einem inneren Hohlraum H2 des Ausgleichselements 4 ist ein als Mitnahmefeder ausgebildetes und aus Federstahl gebildetes Mitnahmeelement 5 angeordnet, welches sich an der Mantelfläche des Hohlraums H2 des Ausgleichselements 4 abstützt und mit dem durch die Vorrichtung 1, d. h. durch die Hohlräume von Grundelement 3 und Mitnahmeelement 4, hindurchgeführten Schraubelement in Reibeingriff steht, um ein durch das Schraubelement ausgeübtes Drehmoment an das Ausgleichselement 4 zu übertragen.
An einer der Schnappmutter 2 abgewandten Oberseite der Vorrichtung 1 ist an dem Ausgleichselement 4 ein Anlageabschnitt 4.2 ausgebildet, welcher dazu dient, die Vorrichtung 1 gegen das zweite Bauteil abzustützen. Der Anlageabschnitt 4.2 weist zu diesem Zweck eine ebene Anlagefläche F, die sich senkrecht zu der Längsmittelachse L erstreckt, sowie einen zentralen Durchgang D für das Schraubelement auf.
Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 eine Sicherungsanordnung 6 zur Sicherung des Ausgleichselements 4 gegen eine Bewegung relativ zu dem Grundelement 3. Die Sicherungsanordnung 6 bildet dabei eine Transportsicherung für die Vorrichtung 1, um während eines Transports derselben eine unbeabsichtigte Bewegung des Ausgleichselements 4 relativ zu dem Grundelement 3 zu verhindern.
Die Sicherungsanordnung 6 umfasst ein an einem äußeren Umfang, d. h. an einem Rand, des Anlageabschnitts 4.2 des Ausgleichelements 4 ausgebildetes erstes Sicherungselement 6.1. Weiterhin umfasst die Sicherungsanordnung 6 ein an dem Grundelement 3 angeordnetes zweites Sicherungselement 6.2 und drittes Sicherungselement 6.3.
Zur Verschraubung der Bauteile wird die Vorrichtung 1 zwischen diesen angeordnet und das Schraubelement von oben durch eine Öffnung des zweiten Bauteils, die Vorrichtung 1, d. h. den Durchgang D und die Hohlräume H1, H2, und eine Öffnung des ersten Bauteils hindurchgeführt. Dabei gerät das Schraubelement in Eingriff mit dem Mitnahmeelement 5, welches im Ausgleichselement 4 angeordnet ist.
Wird das Schraubelement zur Verschraubung der Bauteile verdreht, im vorliegenden Ausführungsbeispiel rechts herum, so wird mittels des Mitnahmeelements 5 ein Drehmoment an das Ausgleichselement 4 übertragen, welches eine Verdrehung des Ausgleichselements 4 relativ zu dem Grundelement 3 bewirkt, wodurch sich das Ausgleichselement 4 entlang der Längsmittelachse L nach oben aus dem Grundelement 3 herausbewegt.
Bei der Montage der Vorrichtung 1 und der Übertragung des Drehmoments von dem Schraubelement auf das Ausgleichselement 4 wird dieses derart gedreht, dass das erste Sicherungselement 6.1 unter Überwindung eines vorgegebenen Sicherungsmoments über das zweite Sicherungselement 6.2 gleitet und die Bewegung des Ausgleichselements 4 aus dem Grundelement 3 heraus freigibt. Das vorgegebene Sicherungsmoment ist dabei kleiner als das von dem Schraubelement über das Mitnahmeelement 5 auf das Ausgleichselement 4 übertragbare Drehmoment. Das dritte Sicherungselement 6.3 bildet einen Endanschlag für das Ausgleichselement 4.
Sobald das Ausgleichselement 4 so weit aus dem Grundelement 3 herausgefahren ist, dass der Anlageabschnitt 4.2 mit der Anlagefläche F an dem zweiten Bauteil anliegt, übersteigt ein Reibmoment zwischen dem zweiten Bauteil und der Anlagefläche F das von dem Mitnahmeelement 5 übertragbare Drehmoment und das Ausgleichselement 4 wird nicht weiter aus dem Grundelement 3 herausgedreht. Das Ausgleichselement 4 hat somit eine als Ausgleichsposition bezeichnete Position eingenommen.
2 zeigt eine Explosionsdarstellung eines möglichen ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 zum Ausgleich von Toleranzen zwischen zwei miteinander zu verbindenden Bauteilen. In 3 ist eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung 1 gemäß 2 dargestellt und 4 zeigt einen Teilschnitt der Vorrichtung 1 gemäß 2.
Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Vorrichtung 1 nach dem Stand der Technik ist das im inneren Hohlraum H2 des Ausgleichselements 4 angeordnete Mitnahmeelement 5 an eine Mantelfläche des inneren Hohlraums H2 des Ausgleichselements 4 in einem Spritzgussprozess angespritzt und aus einem Kunststoff, beispielsweise thermoplastischem Kunststoff, gebildet, welcher im erstarrten Zustand elastisch verformbar ist und somit die gleiche Wirkung wie die in 1 beschriebene Mitnahmefeder hat. Dabei weist das angespritzte Mitnahmeelement 5 im erstarrten Zustand eine geringere Härte als das Ausgleichselement 4 auf.
Das Mitnahmeelement 5 ist in einer möglichen Ausgestaltung ein aus Kunststoff, beispielsweise thermoplastischem Kunststoff, gebildetes Bauteil, so dass beim Anspritzen des Mitnahmeelements 5 ein temporäres Aufschmelzen der Oberfläche des Ausgleichselements 4 und somit eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Mitnahmeelement 5 und dem Ausgleichselement 4 erreicht werden kann.
Da jedoch nicht alle Materialpaarungen von Kunststoffen eine ausreichend stabile stoffschlüssige Verbindung miteinander eingehen, sind bzw. ist gemäß den Darstellungen in den folgenden 5 bis 10 zumindest eine axial verlaufende und/oder zumindest eine radial verlaufende Hinterschneidung HS1 bis HSn an der Mantelfläche des inneren Hohlraums H2 des Ausgleichselements 4 ausgebildet, welche eine mechanische Verbindung zwischen dem Mitnahmeelement 5 und dem Ausgleichselement 4 erzeugen und somit auch Materialpaarungen ermöglichen, welche sich beim Anspritzen flächig nicht ausreichend stabil miteinander verbinden.
5 zeigt eine Explosionsdarstellung eines möglichen zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 zum Ausgleich von Toleranzen zwischen zwei miteinander zu verbindenden Bauteilen. In 6 sind eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung 1 gemäß 5 und eine Detailansicht im Bereich einer Sicherungsanordnung 6 dargestellt und 7 zeigt einen Teilschnitt der Vorrichtung 1 gemäß 5.
Im Unterschied zu dem in den 2 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 sind an der Mantelfläche des inneren Hohlraums H2 des Ausgleichselements 4 mehrere in axialer Richtung und koaxial um die Längsmittelachse L verlaufende Hinterschneidungen HS1 bis HSn ausgebildet, wobei die Hinterschneidungen HS1 bis HSn im dargestellten Ausführungsbeispiel einen T-förmigen Querschnitt aufweisen und jeweils von einem Abschnitt des Mitnahmeelements 5 ausgefüllt sind. In nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen können die Hinterschneidungen HS1 bis HSn auch jeden beliebigen anderen geeigneten Querschnitt aufweisen.
An der Anlagefläche F des Anlageabschnitts 4.2 weist das Ausgleichselement 4 eine Materialaussparung 4.3 auf, welche während des Spritzgussprozesses ebenfalls von dem Kunststoff des Mitnahmeelements 5 ausgefüllt wird. Dabei überragt der erstarrte Kunststoff in einem am äußeren Umfang, d. h. am Rand, des Anlageabschnitts 4.2 des Ausgleichelements 4 die Anlagefläche F und bildet ein Bremselement 7, welches beispielsweise als überstehender Kugelabschnitt ausgebildet ist. Das Bremselement 7 ist dabei beispielsweise aus einem Kunststoff, beispielsweise thermoplastischem Kunststoff, gebildet, welcher im erstarrten Zustand eine geringere Härte als die Anlagefläche F aufweist. Somit ermöglicht das Bremselement 7 bei der Drehung des Ausgleichselements 4 höhere Reibungszahlen zwischen diesem und dem zweiten Bauteil, so dass systembedingte Auftriebskräfte, welche durch das Mitnahmemoment an den Gewinden 4.1, 3.2 des Ausgleichselements 4 und Grundelements 3 übersetzt werden, reduziert werden können.
Gleichzeitig wird in dem Spritzgussprozess mit dem Mitnahmeelement 5 und dem Bremselement 7 einstückig und/oder einteilig das erste Sicherungselement 6.1 an das Ausgleichselement 4 angespritzt. Es wird dabei insbesondere eine „biegeweiche“ Transportsicherungsfahne mit entsprechender Funktionalität prozesssicher erzeugt, welche eine geringe Empfindlichkeit für Brüche und plastische Verformungen aufweist.
8 zeigt eine Explosionsdarstellung eines möglichen dritten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 zum Ausgleich von Toleranzen zwischen zwei miteinander zu verbindenden Bauteilen. In 9 ist eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung 1 gemäß 8 dargestellt und 10 zeigt einen Teilschnitt der Vorrichtung 1 gemäß 8.
Im Unterschied zu dem in den 2 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 ist an einem oberen Ende und einem unteren Ende der Mantelfläche des inneren Hohlraums H2 des Ausgleichselements 4 jeweils eine in radialer Richtung und konzentrisch um die Längsmittelachse L verlaufende Hinterschneidung HS1, HS2 ausgebildet.
Weiterhin umfasst das Mitnahmeelement 5 im Unterschied zu dem in den 2 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 drei um die Längsmittelachse L der Vorrichtung 1 koaxial angeordnete Federarme 5.1 bis 5.3, welche mittels eines Verbindungsrings an ihren festen Enden miteinander verbunden sind. Die Federarme 5.1 bis 5.3 verlaufen jeweils ausgehend von ihrem festen Ende zu einem freien Ende derart in dem Hohlraum H2 des Ausgleichselements 4, dass sich ein Querschnitt eines zumindest abschnittsweise von denen Federarmen 5.1 bis 5.2 begrenzten und zur Durchführung des Schraubelements vorgesehenen Freiraums vom festen Ende zum freien Ende verringert. Bei dieser Ausbildung des Mitnahmeelements 5 kann dieses im Vergleich zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 gemäß den 2 bis 7 auch aus einem festeren Kunststoff, beipielsweise einem Technopolymer, oder Kunststoff mit größerer Härte gebildet werden.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Schnappmutter
3: Grundelement
3.1: Befestigungshaken
3.2: Innengewinde
4: Ausgleichselement
4.1: Außengewinde
4.2: Anlageabschnitt
4.3: Materialaussparung
5: Mitnahmeelement
5.1: Federarm
5.2: Federarm
5.3: Federarm
6: Sicherungsanordnung
6.1: erstes Sicherungselement
6.2: zweites Sicherungselement
6.3: drittes Sicherungselement
7: Bremselement
D: Durchgang
F: Anlagefläche
H1: Hohlraum
H2: Hohlraum
L: Längsmittelachse
HS1 bis HSn: Hinterschneidung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013202582 A1 [0004]
DE 102013216716 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung (1) zum Ausgleichen von Toleranzen zwischen zwei miteinander zu verbindenden Bauteilen mit - einem hohlzylindrischen Grundelement (3), - einem mit dem Grundelement (3) in Gewindeeingriff stehenden hohlzylindrischen Ausgleichselement (4), welches durch Verdrehen relativ zu dem Grundelement (3) aus einer Ausgangsposition in eine Ausgleichsposition bewegbar ist, - einem Gewindeelement zur Verschraubung mit einem sich durch einen inneren Hohlraum (H1) des Grundelements (3) und einen inneren Hohlraum (H2) des Ausgleichselements (4) hindurch erstreckenden Schraubelement und - einem in dem inneren Hohlraum (H2) des Ausgleichselements (4) angeordneten Mitnahmeelement (5), welches an eine Mantelfläche des inneren Hohlraums (H2) des Ausgleichselements (4) in einem Spritzgussprozess angespritzt ist und mit dem durch die Hohlräume (H1, H2) hindurchgeführten Schraubelement derart in Reibeingriff steht, dass ein durch das Schraubelement ausgeübtes Drehmoment an das Ausgleichselement (4) übertragbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das Mitnahmeelement (5) und das Ausgleichselement (4) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei an der Mantelfläche des inneren Hohlraums (H2) des Ausgleichselements (4) zumindest eine axial verlaufende Hinterschneidung (HS1 bis HSn) und/oder zumindest eine radial verlaufende Hinterschneidung (HS1 bis HSn) ausgebildet sind bzw. ist, welche von einem Abschnitt des Mitnahmeelements (5) ausgefüllt sind bzw. ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Mantelfläche des inneren Hohlraums (H2) des Ausgleichselements (4) mehrere in axialer Richtung und koaxial um eine Längsmittelachse (L) verlaufende Hinterschneidungen (HS1 bis HSn) ausgebildet sind, wobei die Hinterschneidungen (HS1 bis HSn) jeweils von einem Abschnitt des Mitnahmeelements (5) ausgefüllt sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mitnahmeelement (5) zumindest einen Federarm (5.1 bis 5.3) umfasst, wobei der Federarm (5.1 bis 5.3) ausgehend von einem festen Ende zu einem freien Ende derart in dem Hohlraum (H2) des Ausgleichselements (4) verläuft, dass sich ein Querschnitt eines zumindest abschnittsweise von dem Federarm (5.1 bis 5.3) begrenzten und zur Durchführung des Schraubelements vorgesehenen Freiraums vom festen Ende zum freien Ende verringert.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mitnahmeelement (5) aus Kunststoff gebildet ist und im erstarrten Zustand elastisch verformbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an einem zur Anlage an einem der Bauteile vorgesehenen Anlageabschnitt (4.2) des Ausgleichselements (4) ein eine Anlagefläche (F) des Anlageabschnitts (4.2) überragendes Bremselement (7) angespritzt ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, wobei das Bremselement (7) aus Kunststoff gebildet ist, welcher im erstarrten Zustand eine geringere Härte als die Anlagefläche (F) aufweist.
Vorrichtung (1) einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest eine Sicherungsanordnung (6) zur Sicherung des Ausgleichselements (4) gegen eine Bewegung relativ zu dem Grundelement (3).
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei die Sicherungsanordnung (6) ein an dem Ausgleichselement (4) angeordnetes erstes Sicherungselement (6.1) und ein mit dem Grundelement (3) mechanisch gekoppeltes zweites Sicherungselement (6.2) umfasst, wobei die Sicherungselemente (6.1, 6.2) in einer gesicherten Position des Ausgleichselements (4) am Grundelement (3) in mechanischem Eingriff miteinander stehen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei das erste Sicherungselement (6.1) an das Ausgleichselement (4) in einem Spritzgussprozess angespritzt ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei das erste Sicherungselement (6.1) einstückig und/oder einteilig mit dem Mitnahmeelement (5) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das erste Sicherungselement (6.1) aus Kunststoff gebildet ist und im erstarrten Zustand elastisch verformbar ist.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (1) zum Ausgleichen von Toleranzen zwischen zwei Bauteilen mit - einem hohlzylindrischen Grundelement (3), - einem mit dem Grundelement (3) in Gewindeeingriff stehenden hohlzylindrischen Ausgleichselement (4), welches durch Verdrehen relativ zu dem Grundelement (3) aus einer Ausgangsposition in eine Ausgleichsposition bewegbar ist, - einem Gewindeelement zur Verschraubung mit einem sich durch einen inneren Hohlraum (H1) des Grundelements (3) und einen inneren Hohlraum (H2) des Ausgleichselements (4) hindurch erstreckenden Schraubelement und - einem in dem inneren Hohlraum (H2) des Ausgleichselements (4) angeordneten Mitnahmeelement (5), welches an eine Mantelfläche des inneren Hohlraums (H2) des Ausgleichselements (4) in einem Spritzgussprozess angespritzt wird und mit dem durch die Hohlräume (H1, H2) hindurchgeführten Schraubelement derart in Reibeingriff gebracht wird, dass ein durch das Schraubelement ausgeübtes Drehmoment an das Ausgleichselement (4) übertragbar ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei an das Ausgleichselement (4) ein erstes Sicherungselement (6.1) einer Sicherungsanordnung (6) zur Sicherung des Ausgleichselements (4) gegen eine Bewegung relativ zu dem Grundelement (3) und/oder an einem zur Anlage an einem der Bauteile vorgesehenen Anlageabschnitt (4.2) des Ausgleichselements (4) ein eine Anlagefläche (F) des Anlageabschnitts (4.2) überragendes Bremselement (7) gemeinsam mit dem Mitnahmeelement (5) in einem Spritzgussprozess angespritzt wird.