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Die Erfindung betrifft ein Radialausgleichselement sowie eine Vorrichtung zum Ausgleichen von Toleranzen zwischen einem ersten Bauteil und einem mittels eines Verbindungsbolzens mit diesem ersten Bauteil zu verbindenden zweiten Bauteil.
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Bei einer bekannten Ausgleichsvorrichtung dieser Art sind ein Grundelement oder -körper und ein axiales Ausgleichselement durch metallische Gewindehülsen gebildet, welche in einem Linksgewindeeingriff stehen. In dem axialen Ausgleichselement ist ein Federelement angeordnet, welches einen Reibschluss zwischen einem durch die Ausgleichsvorrichtung hindurchgeführten und ein Rechtsgewinde aufweisenden Verbindungselement und dem axialen Ausgleichselement herstellt, so dass beim Anziehen, zum Beispiel Drehen, des Verbindungselements ein Drehmoment auf das axiale Ausgleichselement ausgeübt wird, welches ein axiales Herausdrehen des Ausgleichselements aus dem Grundelement entgegen der Einführrichtung der Verbindungsschraube bewirkt und somit axiale Toleranzen ausgleicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radialausgleichselement zum Ausgleich von Toleranzen in radialer Richtung sowie eine Vorrichtung umfassend ein solches Radialausgleichselement anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Radialausgleichselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 7.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Das erfindungsgemäße Radialausgleichselement zum Ausgleichen von Toleranzen zwischen einem ersten Bauteil und einem mittels eines Verbindungsbolzens mit diesem ersten Bauteil zu verbindenden zweiten Bauteil umfasst einen Grundkörper, der einen Aufnahmekanal aufweist, in welchem der Verbindungsbolzen aufnehmbar ist, wobei der Aufnahmekanal eingerichtet ist, den Verbindungsbolzen aufzunehmen, und wobei das Radialausgleichselement darüber hinaus eine Anzahl von elastischen Elementen umfasst, die eingerichtet sind, Toleranzen zwischen dem Verbindungsbolzen und dem ersten Bauteil radial auszugleichen.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein solches Radialausgleichselement mit einem Aufnahmekanal für den aufzunehmenden Verbindungsbolzen und mit radiale Toleranzen ausgleichenden elastischen Elementen sowohl ein sicheres Positionieren, insbesondere Zentrieren des Verbindungsbolzens ermöglicht als auch ein Verkanten des Verbindungsbolzens in jeglichen Montagepositionen vermeidet. Insbesondere bei einer Montage in einem unzugänglichem Raum, in welchem der Monteur keinen direkten Blick auf den Verbindungsbolzen hat, kommt es häufig bei einer Fehlstellung des Verbindungsbolzen zu Fehlern bei der Montage. Dabei kann der Verbindungsbolzen mittels Form- oder Kraftschluss, insbesondere in einem Presssitz, im Aufnahmekanal gehalten sein.
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Das Radialausgleichselement ist insbesondere als ein elastisches Konturelement oder ein elastischer Ringkörper ausgebildet. Das elastische Radialausgleichselement ist insbesondere derart ausgebildet, dass die eigentliche Funktion, d. h. das Ausgleichen von axialen Toleranzen zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil, durch das elastische Radialausgleichselement nicht beeinträchtigt wird. Daher ist vorteilhafterweise eine Elastizität des Radialausgleichselements derart vorgegeben, dass eine Kraft, welche zum elastischen Verformen des Radialausgleichselements oder eines Bereichs des Radialausgleichselements erforderlich ist, gerade ausreichend groß ist, um den Verbindungsbolzen entgegen seiner Gewichtskraft in einer sicheren, insbesondere in einer Nominalposition zu halten. Die elastische Zentrieranordnung ist somit vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass die aus der Elastizität resultierenden Federkräfte des Radialausgleichselements oder Zentrierelement nur das Gewicht des Verbindungsbolzens ausgleichen und den Verbindungsbolzen somit im Gleichgewicht in der Nominalposition, insbesondere am ersten Bauteil, halten. Mit anderen Worten: Mittels des Radialausgleichselements wird der Verbindungsbolzen im ersten Bauteil form- oder kraftschlüssig gehalten, insbesondere verpresst, verspannt oder klemmend gehalten.
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Eine mögliche Ausführungsform sieht vor, dass der Grundkörper eine Ringform aufweist, von dem die elastischen Elemente in einem spitzen Winkel radial nach außen abstehen.
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Die Mehrzahl von elastischen Elementen, auch elastische Zentrierelemente genannt, ermöglicht eine Abstützung des Verbindungsbolzens in radialer Richtung und somit in Richtung des ersten Bauteils, wodurch die Zentrierung in der Nominalposition beispielsweise unabhängig von einer jeweiligen Einbauposition einer Gesamtvorrichtung sichergestellt ist. Der Verbindungsbolzen wird somit vorteilhafterweise in jeder möglichen Einbauposition der Vorrichtung in der Nominalposition zentriert. Des Weiteren ist dadurch beispielsweise keine exakte Ausrichtung des Radialausgleichselements und/oder des Verbindungsbolzens erforderlich, um beispielsweise sicherzustellen, dass stets die Gewichtskraft des Verbindungsbolzens aufgrund des form- oder kraftschlüssigen Sitzes, insbesondere eines Presssitzes, des Verbindungsbolzens im Radialausgleichselement und durch die elastischen Elemente des Radialausgleichselements radial abgestützt wird. Daher ist auch vorgesehen, dass die elastischen Elemente, insbesondere Zentrierelemente, über einen Umfang, insbesondere Außenumfang, des Grundkörpers, insbesondere eines ringförmigen und/oder hohlzylindrischen Grundkörpers, verteilt angeordnet oder ausgebildet sind.
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Die elastischen Elemente, insbesondere Zentrierelemente, sind darüber hinaus derart angeordnet und ausgebildet, insbesondere in einer derartigen Anzahl und/oder Verteilung, insbesondere über den Umfang, insbesondere Außenumfang, des Grundkörpers verteilt angeordnet, dass im am ersten Bauteil angeordneten Zustand des Radialausgleichselements und des Verbindungsbolzens ein Kraftpolygon von durch die elastischen Elemente auf das erste Bauteil wirkenden Kräften stets geschlossen bleibt und/oder sich Zentrierungskräfte der elastischen Elemente, insbesondere der Zentrierelemente, stets ausgleichen. Dadurch wird der Verbindungsbolzen sicher in der Nominalposition zentriert. Zudem werden dadurch negative Einflüsse auf die Funktion der Gesamtvorrichtung, d. h. auf die Durchführung des Toleranzausgleichs, vermieden.
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Die elastischen Elemente, insbesondere Zentrierelemente, sind beispielsweise jeweils als eine Zunge, Arm, Flügel, Balken, Riemen, Platte, Fahne oder dergleichen ausgebildet. Ein dem Grundkörper zugewandtes Ende des jeweiligen elastischen Elementes ist am Außenumfang des Grundkörpers angeordnet. Insbesondere ist dieses Ende des jeweiligen elastischen Elementes am Außenumfang des Grundkörpers angeformt oder befestigt.
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Das jeweilige elastische Element und insbesondere das gegenüberliegende und somit vom Grundkörper wegweisende Ende des jeweiligen elastischen Elements erstrecken sich zumindest im Wesentlichen in eine Umfangsrichtung des Grundkörpers. Dabei ist das jeweilige elastische Element in diese Umfangsrichtung derart gekrümmt ausgebildet, dass der radiale Abstand vom Grundkörper in Richtung des wegweisenden Endes des jeweiligen elastischen Elements zunimmt. Dabei kann das jeweilige elastische Element zusätzlich einen Knickbereich aufweisen, der quer zur Längsausdehnung des jeweiligen elastischen Elements ausgebildet ist.
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Die elastischen Elemente, insbesondere Zentrierelemente, können darüber hinaus jeweils spiralförmig oder spiralabschnittsförmig am Grundkörper angeordnet sein. Sie sind somit insbesondere jeweils als eine Biegefeder oder als Knickbiegefeder, insbesondere als eine in Biegerichtung und somit in Federspannrichtung gekrümmte Biege-/Knickbiegefeder, ausgebildet. Dadurch wird auf besonders einfache Weise eine besonders gute Elastizität und somit Federkraft der elastischen Elemente und eine besonders gute Zentrierwirkung in der Nominalposition erreicht, wobei insbesondere ein Anordnen der Vorrichtung und des Verbindungsbolzens in dieser Nominalposition, insbesondere am ersten Bauteil, durch die elastischen Element nicht behindert wird.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Grundkörper einen inneren Ring aufweist, der den Aufnahmekanal für den Verbindungsbolzen bildet. In einer alternativen Ausführungsform kann der Grundkörper zusätzlich einen äußeren Ring aufweisen, wobei der innere Ring und der äußere Ring koaxial zueinander angeordnet sind und mittels der elastischen Elemente miteinander verbunden sind.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der innere Ring eine Innenabmessung auf, die kleiner ist als die Außenabmessung des Verbindungsbolzens, so dass dieser im eingesetzten Zustand im Aufnahmekanal in diesem verpresst ist.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass der innere Ring mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete flexible Wandabschnitte aufweist, wobei der innere Ring in einem Ausgangszustand der flexiblen Wandabschnitte eine Innenabmessung aufweist, die kleiner als die Außenabmessung des Verbindungsbolzen ist. Beim Einsetzen des Verbindungsbolzens in den Aufnahmekanal werden die flexiblen Wandabschnitte aufgeweitet und gespannt, so dass der innere Ring und der Verbindungsbolzen durch Form- oder Kraftschluss, insbesondere durch Aneinanderpressen, zueinander fixiert und gesichert gehalten sind, insbesondere miteinander verspannt sind.
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In einer möglichen Ausführungsform ist das Radialausgleichselement aus einem Kunststoffmaterial oder einem Federmetallmaterial, insbesondere aus einem Federblech oder einem dünnen, elastischen Metallblech, gebildet. Das Radialausgleichselement aus Kunststoff ist insbesondere ein Spritzgussteil.
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Hinsichtlich der Vorrichtung zum Ausgleichen von Toleranzen zwischen dem ersten Bauteil und dem mittels des Verbindungsbolzens mit diesem ersten Bauteil zu verbindenden zweiten Bauteil ist das zuvor beschriebene Radialausgleichselement vorgesehen, das zwischen dem Verbindungsbolzen und dem ersten Bauteil und koaxial zu diesen angeordnet ist.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird sichergestellt, dass sich die Vorrichtung während einer Montage, insbesondere in jeder möglichen Einbauposition der Vorrichtung, stets in der Nominalposition befindet, da sie durch das elastische Radialausgleichselement, insbesondere sowohl durch den Form- oder Kraftschluss, insbesondere Presssitz, des Verbindungsbolzens im Radialausgleichselement als auch durch die Federkraft der elastischen Elemente, in der Nominalposition gehalten wird. Dadurch wird die Montage erheblich erleichtert. Insbesondere in ungünstigen Montagepositionen, in welchen kein direkter Blick auf die Vorrichtung und/oder das erste Bauteil und/oder den Verbindungsbolzen, wie einem Schraubelement, der Vorrichtung möglich ist, wird die Montage durch die erfindungsgemäße Lösung erheblich erleichtert, da auf diese Weise sichergestellt ist, dass sich die Vorrichtung und somit auch der Verbindungsbolzen stets an der gleichen Position befinden. Insbesondere wird die Montage erleichtert auch in solchen Fällen, in welchen beispielsweise der Verbindungsbolzen entsprechend ohne direkte Sicht in die Vorrichtung eingeführt werden muss und/oder ein Werkzeug ohne direkte Sicht an den Verbindungsbolzen, insbesondere an einen Schraubenkopf des Verbindungsbolzens, geführt werden muss. Beispielsweise wird dadurch ein aufwändiges Suchen des Verbindungsbolzens, insbesondere dessen Schraubenkopfes, zum Beispiel durch manuelles Ertasten, und eine entsprechend aufwändige Positionierung des Werkzeugs am Schraubelement vermieden.
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Zusätzlich ist das elastische Radialausgleichselement (auch als elastisches Zentrierelement bezeichnet) dabei derart ausgebildet, dass Lateralkräfte den Toleranzausgleich, insbesondere die Funktion der Vorrichtung, insbesondere ein Ausdrehen eines Ausgleichselementes, nicht negativ beeinflussen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Radialausgleichselement zwischen dem Verbindungsbolzen und dem ersten Bauteil durch Form- oder Reibschluss, insbesondere durch Aneinanderpressen oder Miteinanderverspannen, mit diesen gehalten. Dabei können die elastischen Elemente des Radialausgleichselements derart ausgestaltet sein, dass sie das Radialausgleichselement zwischen dem Verbindungsbolzen und dem ersten Bauteil gesichert halten, insbesondere miteinander verspannt oder verpresst halten. Beispielsweise sind die elastischen Elemente derart ausgestaltet, dass sie die Radialausgleichsanordnung in Richtung des ersten Bauteils vorspannen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 schematisch in Draufsicht eine Ausführungsform für ein Radialausgleichselement,
- 2 schematisch in perspektivischer Darstellung eine Ausführungsform für ein Radialausgleichselement,
- 3A, 3B schematisch in perspektivischer Darstellung bzw. im Schnitt eine Ausführungsform für ein Radialausgleichselement mit eingesetztem Verbindungsbolzen,
- 4 schematisch in Draufsicht eine alternative Ausführungsform für ein Radialausgleichselement,
- 5 schematisch in perspektivischer Darstellung eine alternative Ausführungsform für ein Radialausgleichselement,
- 6 und 7 schematisch in perspektivischer Darstellung die alternative Ausführungsform für das Radialausgleichselement mit eingesetztem Verbindungsbolzen, und
- 8 bis 10 schematisch in Schnittdarstellung oder teilweisen Schnittdarstellung eine Vorrichtung zum Ausgleich axialer Toleranzen zwischen zwei Bauteilen mit einem Radialausgleichselement zum Zentrieren des Verbindungsbolzens in der Vorrichtung.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch in Draufsicht eine Ausführungsform für ein Radialausgleichselement 1, welches Bauteiltoleranzen in Radialrichtung R auf einen Mittelpunkt M zentriert ausgleicht. Das Radialausgleichselement 1 wird deshalb auch Zentrierelement genannt.
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Der Mittelpunkt M entspricht dabei insbesondere einer Mittelachse A des Radialausgleichselements 1.
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Das Radialausgleichselement 1 umfasst einen Grundkörper 2, der einen Aufnahmekanal 3 aufweist.
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Des Weiteren weist der Grundkörper 2 eine Ringform auf, von dem mehrere elastische Elemente 4 in einem spitzen Winkel α radial nach außen abstehen.
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Der Grundkörper 2 weist einen inneren Ring 1.1 auf, dessen Innenraum I den Aufnahmekanal 3 bildet.
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Des Weiteren weist der innere Ring 1.1 mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, flexible Wandabschnitte 1.2 auf. Die flexiblen Wandabschnitte 1.2 weisen eine in den Innenraum I gerichteten Knick- oder Biegefalte 1.2.1, beispielsweise in Form einer Nut, auf. Dabei ist die jeweilige Knick- oder Biegefalte 1.2.1 derart in den Wandabschnitt 1.2 des inneren Ringes 1.1 eingebracht, dass eine entsprechend jeweilige Auswölbung 1.2.2 über den Außenumfang des inneren Ringes 1.1 herausragt. Im Bereich der jeweiligen Auswölbung 1.2.2 ist jeweils ein elastisches Element 4 angeformt oder befestigt.
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Die elastischen Elemente 4, auch Zentrierelemente genannt, sind insbesondere symmetrisch über den Umfang, insbesondere den Außenumfang, des Grundkörpers 1.1 verteilt angeordnet. Dies ermöglicht eine einfache Zentrierung.
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Die elastischen Elemente 4 sind beispielsweise jeweils als eine Zunge, Arm, Flügel, Balken, Riemen, Platte, Fahne oder dergleichen ausgebildet. Ein dem Grundkörper 1.1 zugewandtes Ende 4.1 des jeweiligen elastischen Elementes 4 ist am Außenumfang des Grundkörpers 1.1 angeformt oder befestigt.
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Das jeweilige gegenüberliegende und somit vom Grundkörper 1.1 wegweisende Ende 4.2 des jeweiligen elastischen Elements 4 erstreckt sich zumindest im Wesentlichen, in eine Umfangsrichtung des Grundkörpers 1.1. Dabei ist das jeweilige elastische Element 4 in diese Umfangsrichtung derart gekrümmt ausgebildet, dass ein radialer Abstand rA des jeweiligen elastischen Elements 4 entlang seiner Ausdehnung vom Grundkörper 1.1 in Richtung des wegweisenden Endes 4.2 zunimmt. Dabei kann das jeweilige elastische Element 4 zusätzlich einen Knickbereich 4.3 aufweisen, der quer zur Längsausdehnung des jeweiligen elastischen Elements 4 ausgebildet ist. Sie sind somit insbesondere jeweils als eine Biegefeder oder als Knickbiegefeder, insbesondere als eine in Biegerichtung und somit in Federspannrichtung gekrümmte Biege-/Knickbiegefeder, ausgebildet. Dadurch wird auf besonders einfache Weise eine besonders gute Elastizität und somit Federkraft der elastischen Elemente 4 und eine besonders gute Zentrierwirkung in einer Nominalposition erreicht.
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Die elastischen Elemente 4 können darüber hinaus jeweils spiralförmig oder spiralabschnittsförmig am Grundkörper 1.1 angeordnet sein. wobei insbesondere ein Anordnen der Vorrichtung und des Verbindungsbolzens in dieser Nominalposition, insbesondere am ersten Bauteil, durch die elastischen Element nicht behindert wird.
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2 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung das Radialausgleichselement 1. Die Knick- oder Biegefalte 1.2.1 verläuft quer zur Längsausdehnung des inneren Ringes 1.1 und erstreckt sich über die gesamte Länge des inneren Ringes 1.1.
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Ebenso erstreckt sich der Knickbereich 4.3 im elastischen Element 4 quer zur Längsausdehnung des elastischen Elements 4.
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3A, 3B zeigen schematisch in perspektivischer Darstellung bzw. im Schnitt eine Ausführungsform für ein Radialausgleichselement 1 mit eingesetztem Verbindungsbolzen 5.
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3A zeigt, dass der Verbindungsbolzen 5 im Aufnahmekanal 3 des Grundkörpers 2 angeordnet ist. Dabei ist der Aufnahmekanal 3 derart eingerichtet, dass der Verbindungsbolzen 5 im Presssitz gehalten ist.
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Der innere Ring 1.1 weist hierzu beispielsweise eine Innenabmessung auf, die kleiner ist als die Außenabmessung des Verbindungsbolzens 5, so dass dieser im eingesetzten Zustand im Aufnahmekanal 3 in diesem verpresst ist.
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Für eine einfache Montage des Verbindungsbolzens 5 in den inneren Ring 1.1 und damit den Aufnahmekanal 3 hinein, umfasst der innere Ring 1.1 die mehreren, in Umfangsrichtung verteilt angeordneten flexiblen Wandabschnitte 1.2. Dabei weist der innere Ring 1.1 in einem Ausgangszustand der flexiblen Wandabschnitte 1.2, in welchem diese entspannt sind, eine Innenabmessung auf, die kleiner ist als die Außenabmessung des Verbindungsbolzens 5. Beim Einsetzen werden die flexiblen Wandabschnitte 1.2 aufgeweitet und gespannt, um den Verbindungsbolzen 5 einzuführen und derart aufzunehmen, dass der Verbindungsbolzen 5 im Presssitz im Aufnahmekanal 3 gehalten ist.
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Der Verbindungsbolzen 5 ist beispielsweise als eine Schraube ausgebildet, welche einen Schraubenkopf 5.1, einen Schaft 5.2 mit einem Gewinde 5.3, insbesondere ein Außengewinde, und einem enger werdenden Schaftende 5.4 als beispielsweise Einführungshilfe oder -spitze aufweist. Der Schraubenkopf 5.1 weist eine Ausnehmung 5.5 auf, in welche ein Schraubendreher zum Drehen des Verbindungsbolzens 5 aufnehmbar ist. Darüber hinaus weist der Verbindungsbolzen 5 einen Flansch 5.6 auf. Der Flansch 5.6 ist als ein Auf- oder Anlageflansch ausgebildet.
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Das jeweilige elastische Element 4 weist den Knickbereich 4.3 auf, der quer zur Längsausdehnung des jeweiligen elastischen Elements 4 ausgebildet ist. Das dem Grundkörper 2 zugewandte Ende 4.1 des jeweiligen elastischen Elements 4 ist im Bereich eines der flexiblen Wandabschnitte 1.2 angeformt oder befestigt.
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3B zeigt das Radialausgleichselement 1 im eingebauten Zustand in einer Vorrichtung V zum Ausgleichen von Toleranzen, insbesondere eines Spalts S, insbesondere eines Höhenspaltes, zwischen einem ersten Bauteil 6 und einem mittels des Verbindungsbolzens 5 mit diesem ersten Bauteil 6 zu verbindenden zweiten Bauteil 7.
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Bei dem ersten Bauteil 6 kann es sich beispielsweise um einen Lagerbügel für einen Türaußengriff eines Kraftfahrzeugs handeln. Das zweite Bauteil 7 ist beispielsweise eine Tragstruktur, insbesondere ein Türblech des Kraftfahrzeugs.
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Das erste Bauteil 6 weist zumindest einen hohlzylindrischen Abschnitt 6.1 auf, in welchem das Radialausgleichselement 1 angeordnet ist. An das erste Bauteil 6 ist das zweite Bauteil 7 beispielsweise an einem flächigen Bodenabschnitt 6.2 angeordnet. Zum Verbinden des ersten Bauteils 6 mit dem zweiten Bauteil 7 ist der Verbindungsbolzen 5 in den Aufnahmekanal 3 des Radialausgleichselements 1 eingeführt und durch entsprechende Durchgangsöffnungen 6.3, 7.1 im ersten Bauteil 6 bzw. im zweiten Bauteil 7 geführt. Dabei wird der Verbindungsbolzen 5 zumindest in das zweite Bauteil 7 geschraubt.
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Hierzu weisen der Verbindungsbolzen 5 ein entsprechendes Gewinde 5.3 in Form eines Außengewindes und die Durchgangsöffnung 7.1 korrespondierende Gewindegangabschnitte 7.2 mit korrespondierenden Steigungen auf. Die Durchgangsöffnungen 6.3, 7.1 sowie der Aufnahmekanal 3 des Radialausgleichselements 1 definieren jeweils einen zentralen axialen Durchgang für den Verbindungsbolzen 5, insbesondere eine Verbindungsschraube. Der Verbindungsbolzen 5 weist dabei an seinem Schaft 5.2 abschnittsweise das Gewinde 5.3 auf.
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Bodenseitig, auf der vom ersten Bauteil 6 abgewandten Seite des zweiten Bauteils 7 kann ein Mutterelement 8 vorgesehen sein, in welche der Verbindungsbolzen 5 eingreift, insbesondere schraubend eingreift. Hierzu weist das Mutterelement 8 ein zugehöriges Gewinde 8.1 auf.
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Der Verbindungsbolzen 5 weist den Flansch 5.6 auf, welcher im zusammengesetzten Zustand der Vorrichtung V an den nach innen gerichteten Bodenabschnitt 6.2 anliegt. Zwischen dem Schraubenkopf 5.1 und der dem Schraubenkopf 5.1 zugewandten Oberflächenseite des Flansches 5.6 ist der Schaft 5.2 gewindefrei ausgebildet. Hierdurch kann der Verbindungsbolzen 5 im Aufnahmekanal 3 des Radialausgleichselements 1 gehalten, insbesondere im Presssitz oder Spannsitz aufgenommen werden. Zwischen der dem Schaftende 5.4 zugewandten Oberflächenseite des Flansches 5.6 und dem Schaftende 5.4 ist der Schaft 5.2 zumindest bereichs- oder abschnittsweise mit dem Gewinde 5.3 versehen. Hierdurch kann der Verbindungsbolzen 5 beispielsweise in die Durchgangsöffnung 7.1 des zweiten Bauteils 7 und die Mutter 8 eingeschraubt werden.
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Zum Zentrieren des Verbindungsbolzens 5 im hohlzylindrischen Abschnitt 6.1, welcher häufig nicht einsehbar ist, ist das Radialausgleichselement 1 vorgesehen, um radiale Toleranzen auszugleichen und den Verbindungsbolzen 5 in dem hohlzylindrischen Abschnitt 6.1 zu zentrieren. Hierzu ist das Radialausgleichselement 1 zwischen dem Verbindungsbolzen 5 und dem ersten Bauteil 6 in dessen hohlzylindrischen Abschnitt 6.1 angeordnet. Das Radialausgleichselement 1 ist koaxial zum ersten Bauteil 6 und zum Verbindungsbolzen 5 angeordnet.
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Dabei sind das Radialausgleichselement 1, der in diesem durch Form- oder Reibschluss, insbesondere in Pressverbindung, gehaltene Verbindungsbolzen 5 und das erste Bauteil 6 durch Form- oder Reibschluss, insbesondere Aneinanderpressen oder Verspannen, miteinander gehalten. Hierzu sind die elastischen Elemente 4 des Radialausgleichselements 1 derart ausgestaltet, dass sie das Radialausgleichselement 1 zwischen dem Verbindungsbolzen 5 und dem ersten Bauteil 6 verspannt halten. Insbesondere sind die elastischen Elemente 4 derart ausgestaltet, dass sie das Radialausgleichselement 1 in Richtung des ersten Bauteils 6 vorspannen.
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Das Radialausgleichselement 1 umfasst beispielsweise vier symmetrisch um den Umfang des Grundkörpers 2 verteilt angeordnete, elastische Elemente 4, in Form von elastischen Zungen oder Federelementen.
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Zum Zusammensetzen der Vorrichtung V werden das erste Bauteil 6 und das zweite Bauteil 7 miteinander verschraubt. Dabei wird beispielsweise das erste Bauteil 6 mitsamt dem Radialausgleichselement 1, das heißt mit dem kraftschlüssig, insbesondere reibschlüssig im ersten Bauteil 6 angeordneten Radialausgleichselement 1, an dem zweiten Bauteil 7 angeordnet. Anschließend wird der Verbindungsbolzen 5 in das Radialausgleichselement 1 eingeführt und in die Durchgangsöffnungen 6.3 und 7.1 hindurch in das zweite Bauteil 7 und/oder das Mutterelement 8 eingeschraubt. Durch die Verschraubung der Bauteile 6 und 7 miteinander wird der Spalt S geschlossen.
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Beim Einführen und gegebenenfalls Eindrehen des Verbindungsbolzens 5 in die Durchgangsöffnungen 6.3, 7.1 und das Mutterelement 8 kommt es zu einer Relativbewegung zwischen den elastischen Elementen 4 des Radialausgleichselements 1 und dem ersten Bauteil 6, welches eine Verspannung der elastischen Elemente 4 in dem ersten Bauteil 6 bewirkt. Hierdurch werden radiale Toleranzen zwischen dem Verbindungsbolzen 5 und dem ersten Bauteil 6 ausgeglichen und ein entsprechendes Spiel vermieden, wodurch der Verbindungsbolzen 5 spielfrei gehalten ist.
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4 zeigt schematisch in Draufsicht eine alternative Ausführungsform für ein Radialausgleichselement 10. Für eine robuste und hinreichend feste Ausgestaltung des Radialausgleichselements 10 umfasst dieses zusätzlich zu der in den 1 bis 3B dargestellten Ausführungsform einen äußeren Ring 1.3. Der Grundkörper 2 mit dem inneren Ring 1.1 und den elastischen Elementen 4 ist analog zur Ausführungsform nach 1 bis 3B ausgeführt. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die Beschreibung zu diesen 1 bis 3B verwiesen.
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Das jeweilige vom Grundkörper 2 wegweisende Ende 4.2 eines jeden elastischen Elements 4 ist an einer Innenseite des äußeren Ringes 1.3 angeformt oder mit diesem befestigt.
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Mit anderen Worten: Das alternative Radialausgleichselement 10 weist eine Doppelringstruktur auf, wobei die elastischen Elemente 4 in Art von flexiblen Stegen den inneren Ring 1.1 mit dem äußeren Ring 1.3 verbinden. Der innere Ring 1.1 und der äußere Ring 1.3 sind koaxial zueinander angeordnet und mittels der elastischen Elemente 4 miteinander verbunden.
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5 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung das alternative Radialausgleichselement 10.
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6 und 7 zeigen schematisch in perspektivischer Darstellung das alternative Radialausgleichselement 10 mit in Formschluss- oder Kraftschluss-, beispielsweise in Pressverbindung, eingesetztem Verbindungsbolzen 5.
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8 bis 10 zeigt schematisch in Schnittdarstellung oder teilweisen Schnittdarstellung eine alternative Vorrichtung V' zum Ausgleich von Toleranzen mit dem alternativen Radialausgleichselement 10 zum Zentrieren des Verbindungsbolzens 5 in der alternativen Vorrichtung V' und somit Ausgleichen radialer Toleranzen und einem Axialausgleichselement 11 zum Ausgleichen von axialen Toleranzen zwischen den zwei Bauteilen 6 und 7. Anstelle des alternativen Radialausgleichselements 10 kann auch das einfache Radialausgleichselement 1 in der alternativen Vorrichtung V' verwendet werden.
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Das Axialausgleichselement 11 ist beispielsweise in das erste Bauteil 6 eingeschraubt. Alternativ kann zwischen dem Axialausgleichselement 11 und dem ersten Bauteil 6 ein Grundelement (nicht dargestellt) angeordnet sein, in welches das Axialausgleichselement 11 eingeschraubt ist, wobei das Grundelement wiederum mit dem ersten Bauteil 6 verclipst, verpresst, verklebt oder verschweißt sein kann oder einstückig mit diesem ausgebildet sein kann.
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Das erste Bauteil 6 oder das Grundelement (nicht dargestellt) weisen in analoger Art und Weise jeweils ein Innengewinde 6.5 auf. Das Innengewinde 6.5 kann durchgängig oder in Abschnitten unterteilt ausgebildet sein. Das Axialausgleichselement 11 ist in das erste Bauteil 6 oder das Grundelement einschraubbar. Hierzu weist das Axialausgleichselement 11 ein entsprechendes Außengewinde 11.1 auf.
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Das Axialausgleichselement 11 ist hohlzylindrisch ausgebildet und weist einen hohlzylindrischen Abschnitt 11.2 und einen Bodenabschnitt 11.3 auf.
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Der Bodenabschnitt 11.3 definiert einen zentralen axialen Durchgang 11.4 für den Verbindungsbolzen 5 sowie eine an den Durchgang 11.4 angrenzende Angriffsfläche 11.5 für den Kopf 5.1 des Verbindungsbolzen 5.
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Dabei ist es grundsätzlich möglich, einen Durchmesser des Durchgangs 11.4 minimal größer zu wählen als einen Außendurchmesser des Schafts 5.2 des Verbindungsbolzens 5, so dass der Kopf 5.1 direkt mit der Angriffsfläche 11.5 in Kontakt treten kann. Der Verbindungsbolzen 5 weist den Flansch 5.6 auf, der mit der Angriffsfläche 11.5 in Kontakt tritt. Im Ausführungsbeispiel kann zwischen dem Flansch 5.6 und der Angriffsfläche 11.5 eine Unterlegelement 9, zum Beispiel eine Scheibe oder ein T-förmiges Element, angeordnet sein.
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Um weitere radiale Toleranzen besser ausgleichen zu können, kann der Durchmesser des Durchgangs 11.4 jedoch größer als ein Außendurchmesser des Flansches 5.6 gewählt sein, so dass das Unterlegelement 9 zwischen dem Flansch 5.6 und dem Bodenabschnitt 11.3 des Axialausgleichselements 11 angeordnet ist, um zu verhindern, dass der Flansch 5.6 in den Durchgang 11.4 eintritt. In diesem Fall liegt der Flansch 5.6 im Endmontagezustand (9 und 10) also lediglich indirekt, nämlich über das Unterlegelement 9, an der Angriffsfläche 11.5 des Axialausgleichselements 11 an.
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Das Axialausgleichselement 11 kann aus zwei Segmenten, hier in Form von Hohlzylinderhälften 11a, 11b, gebildet sein, welche elastisch miteinander verbunden sind. Beispielsweise sind die beiden Hohlzylinderhälften 11a, 11b durch Paare von jeweils axial zueinander beabstandeten Federelementen (nicht dargestellt) oder elastische Stege miteinander verbunden. Die Federelemente oder Stege können abgewinkelt, insbesondere mehrfach, beispielsweise zweifach abgewinkelt sein oder alternativ entsprechend gebogen oder gefaltet sein. Auch können die beiden Hohlzylinderhälften 11a, 11b miteinander verclipst sein, wobei die Verbindung entsprechend elastisch und insbesondere in axiale Richtung beweglich ausgebildet ist.
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In einem Ausgangs- oder Ruhezustand des Axialausgleichselements 11 sind die Hohlzylinderhälften 11a, 11b derart axial versetzt zu dem zweiten Bauteil 7 angeordnet, dass ein axialer Versatz VS oder Spalt zwischen dem Ausgleichselement 11 und dem zweiten Bauteil 7 gegeben ist (8).
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An der Außenseite des Axialausgleichselements 11 ist in Umfangsrichtung das Außengewinde 11.1 ausgebildet. Das Außengewinde 11.1 kann durchgängig ausgebildet sein oder alternativ mehrere Gewindegangabschnitte (nicht dargestellt) aufweisen. Dabei weist jede Hohlzylinderhälfte 11a, 11b ein entsprechendes Außengewinde 11.1 auf. Dabei ist die Steigung des jeweiligen Außengewindes 11.1 des Axialausgleichselements 11 an die Steigung des Innengewindes 6.5 des ersten Bauteils 6 oder des Grundelements angepasst, das heißt auch das Außengewinde 11.1 bildet ein Steilgewinde, so dass der Gewindeeingriff vom ersten Bauteil 6 und Axialausgleichselement 11 nicht-selbsthemmend ist.
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Soll das erste Bauteil 6 mit dem zweiten Bauteil 7 verschraubt werden, so wird das erste Bauteil 6 mit dem darin eingeschraubten Axialausgleichselement 11 an dem zweiten Bauteil 7 angeordnet. Als Nächstes wird das Radialausgleichselement 10 oder der Verbindungsbolzen 5 mitsamt dem Radialausgleichselement 10 und dem Unterlegelement 9 in das Axialausgleichselement 11 eingeführt und durch den Durchgang 11.4 des Axialausgleichselements 11 sowie durch eine Bohrung oder Durchgangsöffnung 7.1 des zweiten Bauteils 7 hindurch in das Mutterelement 8 eingeschraubt.
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Sobald der Kopf 5.1 des Verbindungsbolzens 5 über das Unterlegelement 9 mit dem Bodenabschnitt 11.3 des Axialausgleichselements 11 in Kontakt gerät und eine Axialkraft auf das Axialausgleichselement 11 ausübt, tritt dieses aus dem ersten Bauteil 6 heraus, bis es an dem zweiten Bauteil 7 anliegt (9 und 10). Es versteht sich, dass das Axialausgleichselement 11 an dem zweiten Bauteil 7 zur Anlage kommt und bei einem weiteren Anziehen des Verbindungsbolzens 5 schließlich beide Bodenhälften 11.3a, 11.3b zwischen dem Unterlegelement 9 und dem zweiten Bauteil 7 geklemmt werden und damit der Versatz VS ausgeglichen wird.
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Die Axialverschiebung des Axialausgleichselements 11 bewirkt eine Verspannung des Außengewindes 11.1 des Axialausgleichselements 11 in dem Innengewinde 6.5 des ersten Bauteils 6 oder des Grundelements (nicht dargestellt). Hierdurch werden Toleranzen zwischen den Gewinden 11.1, 6.5 ausgeglichen und Spiel in dem Gewindeeingriff zwischen dem ersten Bauteil 6 und dem Axialausgleichselement 11 beseitigt.
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Im Ergebnis sorgt die Vorrichtung V mit Radialausgleichselement 1 und Vorrichtung V' mit Radialausgleichselement 10 (Funktionsweise analog zum Radialausgleichselement 1) und Axialausgleichselement 11 auf diese Weise trotz möglicher baulicher Toleranzen für eine spielfreie und zuverlässige Verschraubung des ersten Bauteils 6 an dem zweiten Bauteil 7.
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9 und 10 zeigen die Vorrichtung V' im verspannten Zustand, in welchem der Flansch 5.6 des Radialausgleichselements 10 an dem Unterlegelement 9 und dieses an dem Bodenabschnitt 11.3 des Axialausgleichselements 11 und dieses wiederum am zweiten Bauteil 7 anliegen, so dass sowohl axiale Toleranzen zwischen den zwei Bauteilen 6 und 7 als auch radiale Toleranzen zwischen Verbindungsbolzen 5 und erstem Bauteil 6 ausgeglichen sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radialausgleichselement
- 1.1
- innerer Ring
- 1.2
- flexibler Wandabschnitt
- 1.2.1
- Knick- oder Biegefalte
- 1.2.2
- Auswölbung
- 1.3
- Äußerer Ring
- 2
- Grundkörper
- 3
- Aufnahmekanal
- 4
- elastisches Element
- 4.1
- dem Grundkörper zugewandte Ende des elastischen Elements
- 4.2
- vom Grundkörper wegweisendes Ende des elastischen Elements
- 4.3
- Knickbereich
- 5
- Verbindungsbolzen
- 5.1
- Schraubenkopf
- 5.2
- Schaft
- 5.3
- Gewinde
- 5.4
- Schaftende
- 5.5
- Ausnehmung
- 5.6
- Flansch
- 6
- erstes Bauteil
- 6.1
- hohlzylindrischer Abschnitt
- 6.2
- Bodenabschnitt
- 6.3
- Durchgangsöffnung
- 6.5
- Innengewinde
- 7
- zweites Bauteil
- 7.1
- Durchgangsöffnung
- 7.2
- Gewindegangabschnitt
- 8
- Mutterelement
- 8.1
- Gewinde
- 9
- Unterlegelement
- 10
- alternatives Radialausgleichselement
- 11
- Axialausgleichselement
- 11.1
- Außengewinde
- 11.2
- hohlzylindrischer Abschnitt
- 11.3
- Bodenabschnitt
- 11.4
- Durchgang
- 11.5
- Angriffsfläche
- 11.a, 11b
- Hohlzylinderhälften
- 11.3a, 11.3b
- Bodenhälfte
- α
- spitzer Winkel
- A
- Mittelachse
- I
- Innenraum
- M
- Mittelpunkt
- R
- Radialrichtung
- rA
- radialer Abstand
- S
- Spalt
- V
- Vorrichtung
- V'
- alternative Vorrichtung
- VS
- Versatz
