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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur beanspruchungsgerechten Auslegung einer Befestigung für ein Montageteil in einem Fahrzeug.
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Aus dem Stand der Technik ist es allgemein bekannt, eine Befestigung für ein Montageteil in einem Fahrzeug basierend auf bereits bestehenden Befestigungen für Montageteile in Fahrzeugen und basierend auf Erfahrungswerten zu erstellen und in mehreren Erprobungsuntersuchungen zu prüfen. Falls sich in diesen Erprobungsuntersuchungen herausstellt, dass die Auslegung der Befestigung nicht beanspruchungsgerecht ist, sind Veränderungen und erneute Erprobungsuntersuchungen erforderlich, bis sich die Auslegung der Befestigung als beanspruchungsgerecht erwiesen hat.
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In der
DE 103 57 413 A1 werden ein Verfahren und eine Anordnung zur Simulation von Einbausituationen für komplexe Produkte sowie ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium beschrieben. In dem Verfahren werden mittels einem CAD-System 3D-Geometriedaten erzeugt und/oder auf Basis von Konstruktionsdaten gefertigte Bauteile vermessen. Aus wenigstens einem Teil der aus der computergestützten Bauteilkonstruktion gewonnenen 3D-Geometriedaten und/oder wenigstens einem Teil der aus der Vermessung von Bauteilen gewonnenen Messdaten werden Modelle für die computergestützte Konstruktion und/oder Berechnung der Bauteile generiert. Die aus CAD-Daten und/oder den Messdaten generierten Modelle werden mit Ersatzmodellen beaufschlagt, wobei die Ersatzmodelle Verbindungseigenschaften der Bauteile innerhalb von Zusammenbauten und/oder Wirkungen von äußeren Krafteinflüssen auf die Bauteile modellieren.
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In der
DE 100 46 742 A1 werden eine Vorrichtung und ein Verfahren für ein Fahrzeugentwurfssytem beschrieben. In einem Fahrzeugsystem sind Modellier- und Berechnungsprogramme aus unterschiedlichen Fachgebieten zusammengeführt. Sie arbeiten auf einer gemeinsamen Datenbasis. Die Ablaufsteuerung der Programm-Module und der Datenaustausch untereinander sind automatisiert und über eine grafische Benutzeroberfläche steuerbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur beanspruchungsgerechten Auslegung einer Befestigung für ein Montageteil in einem Fahrzeug anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur beanspruchungsgerechten Auslegung einer Befestigung für ein Montageteil in einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einem Verfahren zur beanspruchungsgerechten Auslegung einer Befestigung für ein Montageteil in einem Fahrzeug wird erfindungsgemäß dem Montageteil in Abhängigkeit von seinem Gewicht eine bei einer maximal möglichen Beschleunigung auftretende Beschleunigungskraft zugeordnet, hierfür erforderliche Befestigungsschrauben werden hinsichtlich Anzahl, Anzugsdrehmoment und Festigkeitsklasse ausgewählt und für die Befestigungsschrauben werden geeignete Schraubenmuttern ausgewählt, welche des Weiteren eine vorgegebene Gewindeüberdeckung sicherstellen. Es ist eine Datenbank mit einem Referenzbolzen vorgesehen, welchem der zur ermittelten Befestigungsschraube passende Schweißbolzen oder alternativ beispielsweise eine Schweißschraube, das Anzugsdrehmoment, eine Verknüpfung mit einem Rohbauteil des Fahrzeugs, an welchem das Montageteil montiert werden soll, eine Verknüpfung mit dem Montageteil, eine Verknüpfung mit der ermittelten Schraubenmutter, ein Rohbaumaterial des Rohbauteils und eine Lage der Befestigungsschraube, d. h. des Schweißbolzens bzw. der alternativen Schweißschraube, im Fahrzeug zugeordnet und in der Datenbank gespeichert wird.
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Das Verfahren ermöglicht es, für die Befestigung des Montageteils ein geeignetes Halterkonzept zu ermitteln und anschließend geeignete Befestigungselemente, insbesondere Schweißbolzen und Schraubenmuttern oder alternativ Schweißschrauben und Schraubenmuttern, auszuwählen.
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Die Beschleunigungskraft wird vorteilhafterweise ermittelt, indem in Prüfstandsversuchen maximale Beschleunigungswerte ermittelt werden, welche dann in diesem Verfahren als maximal mögliche Beschleunigung verwendet werden. Mit dieser maximal möglichen Beschleunigung und dem Gewicht des Montageteils wird dann die Beschleunigungskraft ermittelt, d. h. die Belastungskraft für einen Halter des Montageteils.
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Um dieser Belastungskraft standzuhalten, ist eine entsprechende Vorspannkraft erforderlich. Hierfür werden, beispielsweise aus einer entsprechenden Tabelle, geeignete Befestigungsschrauben, geeignet insbesondere hinsichtlich ihrer Dimension und Festigkeitsklasse, und das notwendige Anzugsdrehmoment ausgewählt. In einem nachfolgenden Schritt nach der Grobauslegung des Halters wird mittels des Referenzbolzens, welcher ein variables digitales Schraubelement darstellt, ein der jeweils ermittelten Befestigungsschraube entsprechender Schweißbolzen, oder beispielsweise auch eine Schweißschraube, mit dazu passender Schraubenmutter festgelegt und im Fahrzeug positioniert. Der Referenzbolzen mit den getroffenen Festlegungen wird dann in der Datenbank gespeichert, so dass diese Informationen nachfolgend für alle Prozesse, beispielsweise Fertigungs- und Konstruktionsprozesse, abrufbar sind.
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Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird bereits in der Auslegungsphase, basierend auf Simulationskräften, das Halterkonzept ausgelegt und die passenden Befestigungselemente werden ausgewählt. Dadurch werden eine erforderliche Erprobungszeit und Entwicklungskosten sowie eine Ausfallquote erheblich verringert und eine Prozesssicherheit erhöht.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch eine perspektivische Darstellung eines in einer Laderaummulde eines Fahrzeug befestigten als Magnetventil ausgebildeten Montageteils,
- 2 schematisch eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Befestigung für das Montageteil aus 1,
- 3 schematisch eine Schnittdarstellung der ersten Ausführungsform der Befestigung,
- 4 schematisch eine perspektivische Darstellung des Montageteils aus 1 mit einer zweiten Ausführungsform der Befestigung, und
- 5 schematisch eine Schnittdarstellung der zweiten Ausführungsform der Befestigung.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein in einem Fahrzeug befestigtes Montageteil 1, welches im dargestellten Beispiel als ein Magnetventil ausgebildet ist, das in einem als Laderaummulde ausgebildeten Rohbauteil 2 des Fahrzeugs befestigt ist. Die 2 und 3 bzw. 4 und 5 zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen einer Befestigung für dieses Montageteil 1.
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In einem Verfahren zur beanspruchungsgerechten Auslegung einer Befestigung für ein solches Montageteil 1 im Fahrzeug wird dem Montageteil 1 in Abhängigkeit von seinem Gewicht eine bei einer maximal möglichen Beschleunigung auftretende Beschleunigungskraft zugeordnet, hierfür erforderliche Befestigungsschrauben 3 werden hinsichtlich Anzahl, Anzugsdrehmoment und Festigkeitsklasse ausgewählt und für die Befestigungsschrauben 3 werden geeignete Schraubenmuttern 4 ausgewählt, welche des Weiteren eine vorgegebene Gewindeüberdeckung sicherstellen. Es ist eine Datenbank mit einem digitalen Referenzbolzen vorgesehen, welchem ein zur ermittelten Befestigungsschraube 3 passender Schweißbolzen oder alternativ beispielsweise eine zur ermittelten Befestigungsschraube 3 passende Schweißschraube, das Anzugsdrehmoment, eine Verknüpfung mit dem Rohbauteil 2 des Fahrzeugs, an welchem das Montageteil 1 montiert werden soll, eine Verknüpfung mit dem Montageteil 1, eine Verknüpfung mit der ermittelten Schraubenmutter 4, ein Rohbaumaterial des Rohbauteils 2 und eine Lage der Befestigungsschraube 3, d. h. des Schweißbolzens oder der alternativen Schweißschraube, im Fahrzeug zugeordnet und in der Datenbank gespeichert wird.
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Die maximal mögliche Beschleunigung wurde vorteilhafterweise in Reihenuntersuchungen im Rahmen von Betriebsfestigkeitsprüfungen gemessen, insbesondere in Prüfstandsversuchen. Basierend auf dieser maximal möglichen Beschleunigung kann somit für das Montageteil 1, in Abhängigkeit von dessen Gewicht, die Beschleunigungskraft als Produkt aus Gewicht und maximal möglicher Beschleunigung berechnet werden. Beispielsweise über eine Schraubentabelle können dann geeignete Befestigungsschrauben 3, insbesondere hinsichtlich Dimension, Anzahl und Festigkeitsklasse, ermittelt werden.
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Der digitale Referenzbolzen in der Datenbank enthält alle verfügbaren Befestigungsschrauben 3, insbesondere Bolzen, insbesondere Schweißbolzen und/oder Schweißschrauben, beispielsweise Grobgewindebolzen, metrische Bolzen und/oder andere Bolzen. Informationen zum Anzugsdrehmoment sind dort den Befestigungsschrauben 3 bereits zugeordnet. Die jeweils ermittelte Befestigungsschraube 3, d. h. der jeweils passende Schweißbolzen oder die jeweils passende Schweißschraube, wird daraus ausgewählt. Zusätzlich wird dem Referenzbolzen das ermittelte Anzugsdrehmoment, die Verknüpfung mit dem Rohbauteil 2, die Verknüpfung mit dem Montageteil 1, die Verknüpfung mit der ermittelten Schraubenmutter 4, die auch den Gewindeüberstand zur Selbstsicherung sicherstellt, das Rohbaumaterial, beispielsweise Stahl oder Aluminium, und die Lage im Fahrzeug zugeordnet und in der Datenbank gespeichert. Bei der Auswahl der Schraubenmutter 4 wird vorteilhafterweise durch eine Verknüpfung im Bolzenmodell abhängig von einer Bauteildicke eine Normerfüllung geprüft, insbesondere hinsichtlich des Gewindeüberstands.
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Dieser gespeicherte Referenzbolzen wird dann für alle berechtigten Personen und Abteilungen veröffentlicht, so dass er beispielsweise in der Fertigung und Konstruktion verwendet werden kann. Durch dieses Verfahren werden die Informationen vorteilhafterweise für alle Prozessbeteiligten in einem zentralen digitalen Element mit 3D-Modell gespeichert. Dadurch entfällt eine Synchronisation von Informationen aus verschiedenen Datenbanken, Tabellen und anderen Informationsspeichern, welche häufig zu Fehlern und Problemen in der Prozesskette führt, da diese Dokumente manuell plausibilisiert und synchronisiert werden müssen.
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Einflussfaktoren für die Auswahl geeigneter Befestigungselemente für die Befestigung des Montageteils 1 sind insbesondere das Gewicht des Montageteils 1, wofür beispielsweise eine Einteilung in Gewichtsgruppen vorgesehen ist, beispielsweise 50 g bis 400 g, 400 g bis 800 g und 800 g bis 2000 g, und eine Größe und Abmessungen des Montageteils 1. Ein weiterer Einflussfaktor ist beispielsweise ein Material des Bauteils, insbesondere eines Gehäuses oder Adapterhalters des Bauteils, beispielsweise Stahl, Aluminium oder Kunststoff. Bei Montageteilen 1 oder Haltern 5 aus Kunststoff und einem Gewicht über 600 g sind beispielsweise eine größere Vorspannung und ein höheres Anzugsdrehmoment erforderlich, so dass eventuell Schweißschrauben anstelle von Schweißbolzen verwendet werden müssen. Beispielsweise sind dann auch Metallhülsen im Kunststoff des Montageteils 1 oder Halters 5 erforderlich, aufgrund eines Setzverhaltens und um Beschädigungen zu vermeiden. Zudem ist die Schraubpaarung ein Einflussfaktor. Bei der Auswahl von Schweißbolzen muss die passende Schraubenmutter 4 festgelegt werden und auf den Gewindeüberstand geachtet werden, da erst mit einem Gewindeüberstand die Selbstsicherung der Schraubenmutter 4 sichergestellt ist.
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Vorteilhafterweise sollten Schweißschrauben oder Schweißbolzen mit einer großen Schulter verwendet werden. Eine Befestigungslasche am Montageteil 1 oder Halter 5 sollte als Topf, d. h. in einer Topfform, ausgeführt werden, um einen optimalen Kraftfluss sicherzustellen. Dadurch wird eine Auflage auf der Schulter und auf dem Rohbauteil 2 ermöglicht. Das Material des Rohbaus, beispielsweise Stahl oder Aluminium, und dessen Materialstärke sind maßgebend für die Auswahl des Schweißbolzens und eine Stabilität einer Schweißverbindung des Schweißbolzens mit dem Rohbau.
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Wie oben bereits erwähnt, zeigt 1 ein in einem Fahrzeug befestigtes Montageteil 1, welches im dargestellten Beispiel als ein Magnetventil für einen Kühlkreislauf ausgebildet ist, das in einer aus Stahl ausgebildeten Laderaummulde des Fahrzeugs befestigt ist, die somit das Rohbauteil 2 bildet. Die 2 und 3 bzw. 4 und 5 zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen einer Befestigung für dieses Montageteil 1. Die Befestigung erfolgt im dargestellten Beispiel mittels Schweißbolzen und mittels Schraubenmuttern 4 aus Kunststoff. Die 2 und 3 bzw. 4 und 5 zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen einer Befestigung für dieses Montageteil 1.
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2 zeigt den mittels der Schweißbolzen und Schraubenmuttern 4 befestigten Halter 5 für das Magnetventil. 3 zeigt dies in einer Schnittdarstellung. Anhand dieser ersten Ausführungsform gemäß den 2 und 3 werden fehlerhafte Einzelheiten verdeutlicht, welche mittels des beschriebenen Verfahrens vermieden werden. Wie aus 3 ersichtlich, liegt hier eine nur geringe Überdeckung des Halters 5 an der Schulter des Schweißbolzens vor, wodurch eine sichere und ausreichende Auflage des Halters 5 nicht sichergestellt ist. Des Weiteren ist keine Gewindeüberdeckung des Schweißbolzens mit der Schraubenmutter 4 vorhanden, wodurch die Gefahr besteht, dass sich die Schraubenmutter 4 später wieder löst. Die Befestigung wurde zudem nicht simuliert und es wurden keine Belastungskräfte ermittelt. Die Vorgabe des Anzugsdrehmoments für die Schraubenmutter 4 ist ein Standardwert. Dieses Anzugsdrehmoment könnte zu niedrig sein, wodurch ebenfalls die Gefahr besteht, dass sich die Schraubenmutter 4 später wieder löst. Die Überprüfung des Halters 5 findet hier später während eines Dauerlaufs in einem Prototypfahrzeug statt. Falls die Befestigung versagt, sind Änderungen an mehreren Bauteilen erforderlich, wodurch sehr hohe Kosten entstehen würden.
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Bei dieser ersten Ausführungsform erfolgt somit die Positionierung des Montageteils 1 nach Einbauvorschriften, wofür beispielsweise ein Fachbereich Gesamtfahrzeugkonstruktion zuständig ist. Ein Erstentwurf des Halters 5 erfolgt beispielsweise gemäß entsprechenden Vorgaben für einen Fachbereich Halterkonstruktion. Die Festlegung der Bolzen, insbesondere Schweißbolzen, insbesondere bezüglich deren Größe, Anzahl und Lage, erfolgt nach Erfahrungswerten. Eine Überprüfung einer Herstellbarkeit erfolgt beispielsweise durch einen Fachbereich Rohbau und durch einen Lieferanten. Eine Bewertung der Stabilität der Befestigung erfolgt nach Erfahrungswerten. Wegen einer großen Anzahl solcher kleinteiligen Montageteile 1 im Fahrzeug, beispielsweise Steuergeräte, Ventile und andere Montageteile 1, werden diese Befestigungen nicht mit Simulationen bezüglich der Betriebsfestigkeit geprüft und optimiert.
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Diese Nachteile werden mittels des hier beschriebenen Verfahrens vermieden, wie anhand der in den 4 und 5 dargestellten zweiten Ausführungsform beispielhaft verdeutlicht wird. 4 zeigt auch hier den mittels der Schweißbolzen und Schraubenmuttern 4 befestigten Halter 5 für das Magnetventil und 5 zeigt dies in einer Schnittdarstellung. Die sich aus dem hier beschriebenen Verfahren ergebenden Unterschiede zur in den 2 und 3 gezeigten ersten Ausführungsform sind erkennbar, insbesondere die nun deutlich größere Überdeckung des Halters 5 an der Schulter des Schweißbolzens sowie die nun vorhandene Gewindeüberdeckung des Schweißbolzens mit der Schraubenmutter 4, wodurch eine sichere Befestigung des Montageteils 1 erreicht wird.
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Wie bereits oben beschrieben, wird hier zunächst dem Montageteil 1 die Beschleunigungskraft entsprechend seinem Gewicht zugeordnet, zum Beispiel gemäß einer Betriebsfestigkeitstabelle. Beispielsweise weist das hier als Magnetventil ausgebildete Montageteil 1 inklusive des Halters 5 ein Gewicht von ca. 300 g auf. Die maximal mögliche Beschleunigung beträgt beispielsweise 7 m/s2. Die Beschleunigungskraft, d. h. das Produkt aus Gewicht und maximal möglicher Beschleunigung, beträgt somit 2,1 N.
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Anschließend erfolgt die Bestimmung der Befestigungsschraubendimensionierung. In Abhängigkeit von der Anzahl der Befestigungsschrauben 3 und dem Gesamtanzugsmoment wird die passende Befestigungsschraube 3 mit der benötigten Festigkeitsklasse festgelegt.
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Anschließend erfolgt die Auswahl zwischen Schweißschraube, welche teuer und aufwändiger zu montieren ist, und Schweißbolzen als Befestigungsschraube 3. Bei relativ leichten Montageteilen 1, beispielsweise bis zu einem Gewicht von 500 g, können Schweißbolzen verwendet werden. Bei schwereren Montageteilen 1, beispielsweise ab einem Gewicht von 500 g, müssen Schweißschrauben verwendet werden.
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Anschließend wird die geeignete Schraubenmutter 4 bestimmt, wobei parallel die Einhaltung der Gewindeüberdeckung sichergestellt wird.
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Das notwendige Anzugsdrehmoment ist berechnet und wird nun dem digitalen Referenzbolzen in der Datenbank zugeordnet. Die Position des hier ausgewählten Schweißbolzens, welche beispielsweise als 3D-Model in einem Engineer Client ausgeführt wird, wird dem digitalen Referenzbolzen zugeordnet. Der Schweißbolzen wird mit dem Rohbauteil 2 des Fahrzeugs, hier mit der Laderaummulde, und mit dem Montageteil 1, hier mit dem Magnetventil, verknüpft. Dies wird in der Datenbank gespeichert, d. h. diese Daten sind nun zentral für alle Prozessteilnehmer, beispielsweise für die Entwicklungsabteilung, für die Produktion und für die Endmontage, abgelegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10357413 A1 [0003]
- DE 10046742 A1 [0004]
