DE102022203669A1

DE102022203669A1 - Befestigungsvorrichtung, Schraubverbund, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Verbinden von Bauteilen

Info

Publication number: DE102022203669A1
Application number: DE102022203669.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Heumann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-04-12
Filing date: 2022-04-12
Publication date: 2023-10-12

Abstract

Befestigungsvorrichtung (1) zum Verbinden von Bauteilen (30,40), umfassend einen Gewindebolzen (10) mit einer Längsmittelachse (A), welcher einen Kopfabschnitt (11) und einen Gewindeabschnitt (12) mit einem Außengewinde (13) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfabschnitt (11) eine oder mehrere Durchgangsöffnungen (15) aufweist, welche sich parallel zur Längsmittelachse (A) erstrecken, wobei die eine oder mehreren Durchgangsöffnungen (15) an einer in Richtung des Gewindeabschnitts (12) weisenden Kopfunterseite (17) des Kopfabschnitts (11) in einem ringartigen Bereich (18) der Kopfunterseite (17) münden, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Gewindeabschnitts (12) ist und dessen Außenkontur durch die Außenkontur des Kopfabschnitts (11) begrenzt ist. Durch die eine oder mehreren Durchgangsöffnungen (15) kann ein aushärtbares Medium (50) in einen Schraubverband eingebracht werden, um an diesem gleichzeitig einen Kraftschluss und einen Formschluss zu verwirklichen. Angegeben sind ferner ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Schraubverbund sowie ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Befestigungsvorrichtung zum Verbinden von Bauteilen, umfassend einen Gewindebolzen mit einer Längsmittelachse, welcher einen Kopfabschnitt und einen Gewindeabschnitt ausbildet.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Schraubverbindung mit einer solchen Befestigungsvorrichtung.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Kraftfahrzeug umfassend einen Fahrzeugaufbau, einen Hilfsrahmen, der an dem Fahrzeugaufbau befestigt ist, und einen Gewindebolzen, durch welchen der Hilfsrahmen mit dem Fahrzeugaufbau verspannt ist, wobei der Gewindebolzen eine Längsmittelachse aufweist und einen Kopfabschnitt und einen Gewindeabschnitt ausbildet, und wobei der Hilfsrahmen eine Durchgangsöffnung aufweist, durch welche sich der Gewindebolzen hindurch erstreckt, derart, dass zwischen dem Gewindebolzen und einer Innenwand der Durchgangsöffnung des Hilfsrahmens ein Zwischenraum gebildet ist.
Schließlich bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen mittels einer Befestigungsvorrichtung der eingangs genannten Art.
Aus DE 103 11 841 A1 ist ein Schraubverbund mit zwei miteinander zu verbindenden Bauteilen und einem Gewindebolzen bekannt, bei dem die miteinander zu verbindenden Bauteile durch den Gewindebolzen miteinander verspannt sind und zwischen dem Gewindebolzen und den zu verbindenden Bauteilen radial um den Gewindebolzen ein Ringraum gebildet ist, welcher mit einem ausgehärteten Medium befüllt ist. Hierbei wird gleichzeitig ein Kraftschluss und ein Formschluss realisiert. Die Befüllung erfolgt durch einen zentralen Kanal im Gewindebolzen, welcher über Querbohrungen mit dem Ringraum in Verbindung steht. Hierdurch wird allerdings der Spannungsquerschnitt des Gewindebolzens erheblich geschwächt, so dass verhältnismäßig dicke Gewindebolzen eingesetzt werden müssen. Dies kann jedoch zu Bauraumproblemen führen. Alternativ schlägt DE 103 11 841 A1 eine Befüllung über eine Unterlegscheibe vor, an welcher ein zum Zwischenraum leitendes Kanalsystem vorgesehen ist. Die Herstellung einer solchen Unterlegscheibe ist wegen der Ausbildung des zur Befüllung erforderlichen Kanalsystems jedoch sehr aufwändig.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, hier Abhilfe zu schaffen und insbesondere für eine vergleichbare Befestigungssituation aus kombiniertem Kraft- und Formschluss ein alternatives Befestigungskonzept aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird zunächst im Allgemeinen durch eine Befestigungsvorrichtung zum Verbinden von Bauteilen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung umfasst einen Gewindebolzen mit einer Längsmittelachse, welcher einen Kopfabschnitt und einen Gewindeabschnitt mit einem Außengewinde ausbildet und zeichnet sich dadurch aus, dass der Kopfabschnitt eine oder mehrere Durchgangsöffnungen aufweist, welche sich parallel zur Längsmittelachse erstrecken, wobei die eine oder mehreren Durchgangsöffnungen an einer in Richtung des Gewindeabschnitts weisenden Kopfunterseite des Kopfabschnitts in einem ringartigen Bereich derselben münden, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Gewindeabschnitts ist und dessen Außenkontur durch die Außenkontur des Kopfabschnitts begrenzt ist.
Über die Durchgangsöffnungen im Kopfabschnitt kann im Rahmen eines Schraubverbunds ein aushärtbares Medium eingespritzt werden, welches parallel zum Kraftschluss eine formschlüssige Verbindung ermöglicht. Eine solche kann im Fahrzeugbau beispielsweise zur Anbindung eines Hilfsrahmens am Fahrzeugaufbau verwendet werden, um eine sehr stabile Abstützung des Hilfsrahmens gegen den Fahrzeugaufbau zu realisieren.
Jedoch kann eine solche Befestigungsvorrichtung grundsätzlich allgemein im Anlagen-, Maschinen und Stahlbau eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht überdies einen verbesserten Korrosionsschutz, da der Gewindebolzen sowie die zu verbindenden Bauteile im Bereich ihres Schraubverbunds durch das aushärtbares Medium geschützt werden. Hierdurch eignet sich die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung insbesondere auch für Anwendungen im Offshore-Bereich, beispielsweise für Windkraftanlagen, Bohr- und Förderplattformen sowie für Schiffe.
Durch die Anordnung der Durchgangsöffnung im Kopfabschnitt des Gewindebolzens kann das Einfüllen des aushärtbaren Mediums sehr einfach vorgenommen werden. Insbesondere kann das Einfüllen des aushärtbaren Mediums automatisiert erfolgen. So kann beispielsweise bei der Befestigung eines Hilfsrahmens an einem Kraftfahrzeugaufbau während der Fahrzeugmontage eine entsprechende Einfüllapparatur senkrecht von unten zur Transportrichtung des Fahrzeugs zugeführt werden.
Überdies ermöglichen die eine oder mehreren Durchgangsöffnungen im Kopfabschnitt ein sicheres Auffinden. Sie ermöglichen überdies kleine Austrittsöffnungen für das aushärtbare Medium an der Einfüllapparatur, wodurch ein unerwünschtes frühzeitiges Aushärten des Mediums minimiert wird.
Zudem wird der Spannungsquerschnitt des Gewindebozens durch das für das Befüllen erforderliche Kanalsystem nicht geschwächt, so dass beispielsweise in einer bestehenden Konstruktion mit der gleichen Schraubendimensionierung weiter gearbeitet werden kann. Gegebenenfalls, jedoch nicht notwendigerweise, ist dies auch ohne eine zusätzliche Unterlegscheibe möglich. Wird gleichwohl eine Unterlegscheibe verwendet, kann diese einfacher hergestellt werden.
Besondere Ausführungsarten der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
So können an dem Kopfabschnitt mehrere Durchgangsöffnungen an der von der Kopfunterseite wegweisenden Kopfoberseite durch eine Ringnut verbunden sein. Hierdurch lässt sich der Einfüllprozess zuverlässiger und/oder schneller bewerkstelligen, da unabhängig von der Drehstellung des Gewindebolzens in Relation zur Einfüllapparatur bei einem Ansetzen derselben an den Kopfabschnitt stets eine Applikation von Medium durch mindestens eine der Durchgangsöffnungen möglich ist.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung umfasst die Befestigungsvorrichtung weiterhin eine Unterlegscheibe, welche im Bereich der Durchgangsöffnungen korrespondierende Ausnehmungen ausbildet. Diese Ausnehmungen können beispielsweise in Form von Löchern, Schlitzen an der Unterlegscheibe ausgebildet sein. Ferner ist es möglich, solche in Form von Ausklinkungen am im Übrigen kreisförmigen Innenrand der Unterlegscheibe vorzusehen. Durch eine solche Unterlegscheibe kann die Abstützbasis des Kopfabschnitts am darunterliegenden Bauteil vergrößert werden, um einen hinreichenden Ringraum um den Gewindebolzen herum für die Befüllung mit dem aushärtbaren Medium bereitzustellen.
Alternativ oder ergänzend kann zu diesem Zweck der Kopfabschnitt auf Höhe der Kopfunterseite durch einen angeformten Flansch radial erweitert sein. Dies begünstigt überdies einen relativ großen Bereich für die Mündungen der Durchgangsöffnungen an der Kopfunterseite.
Der Befestigungsvorrichtung kann ferner das aushärtbare Medium zugeordnet werden, welches derart ausgebildet ist, dass dieses durch die eine oder mehreren Durchgangsöffnungen im Kopf hindurch applizierbar ist. Dies setzt eine auf den Querschnitt der Durchgangsöffnungen abgestimmte Viskosität voraus.
Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch einen Schraubverbund gemäß Patentanspruch 6 gelöst. Dieser umfasst zwei miteinander zu verbindende Bauteile sowie eine Befestigungsvorrichtung der vorgenannten Art, wobei die miteinander zu verbindenden Bauteile durch den Gewindebolzen miteinander verspannt sind und zwischen dem Gewindebolzen und den zu verbindenden Bauteilen unterhalb des Kopfabschnitts radial um den Gewindebolzen ein Ringraum gebildet ist, welcher mit dem ausgehärteten Medium befüllt ist. Hierdurch wird zwischen den miteinander zu verbindenden Bauteilen nicht nur ein Kraftschluss, sondern gleichzeitig auch ein Formschluss geschaffen. Kommt es bei einer Querbelastung des Schraubverbunds zu einem Abfall oder zu einer Überlastung des Kraftschlusses, verhindert der Formschluss über das aushärtbare Medium ein Verschieben der Bauteile gegeneinander in einer Ebene senkrecht zur Längsmittelachse des Gewindebolzens.
Gemäß einer besonderen Ausführungsart des Schraubverbunds ist vorzugsweise an mindestens einem der zu verbindenden Bauteile ein Entlüftungskanal ausgebildet, welcher den Ringraum mit der Außenumgebung verbindet. Hierdurch wird eine besonders zuverlässige Befüllung des Ringraums mit dem aushärtbaren Medium gewährleistet. Überdies kann anhand eines Austritts von Medium aus dem Entlüftungskanal gegebenenfalls optisch kontrolliert werden, ob eine ordnungsgemäße Befüllung erfolgt ist.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 8 gelöst. Dieses umfasst einen Fahrzeugaufbau, einen Hilfsrahmen, der an dem Fahrzeugaufbau befestigt ist, und einen Gewindebolzen, durch welchen der Hilfsrahmen mit dem Fahrzeugaufbau verspannt ist, wobei der Gewindebolzen eine Längsmittelachse aufweist und einen Kopfabschnitt und einen Gewindeabschnitt mit einem Außengewinde ausbildet, und wobei der Hilfsrahmen eine Durchgangsöffnung aufweist, durch welche sich der Gewindebolzen hindurch erstreckt, derart, dass zwischen dem Gewindebolzen und einer Innenwand der Durchgangsöffnung des Hilfsrahmens ein Zwischenraum gebildet ist. Es zeichnet sich dadurch aus, dass der Kopfabschnitt des Gewindebolzens eine oder mehrere Durchgangsöffnungen aufweist, welche sich parallel zur Längsmittelachse erstrecken, wobei die eine oder mehreren Durchgangsöffnungen an einer in Richtung des Gewindeabschnitts weisenden Kopfunterseite des Kopfabschnitts in einem ringartigen Bereich derselben münden, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Gewindeabschnitts ist und dessen Außenkontur durch die Außenkontur des Kopfabschnitts begrenzt ist, und dass besagter Zwischenraum mit einem ausgehärteten Medium ausgefüllt ist, dass im nicht-gehärteten Zustand über die mindestens eine Durchgangsöffnung des Kopfabschnitts in den Zwischenraum einfüllbar ist. Hierdurch wird eine stabile Anbindung des Hilfsrahmens am Fahrzeugaufbau erzielt, die auch großen Scherkräften standhält.
In einer besonderen Ausführungsart des Kraftfahrzeugs ist mindestens ein Gewindebolzen an einer in Fahrtrichtung hinten liegenden Abstützstelle des Hilfsrahmens angeordnet, um eine über den Hilfsrahmen bereitgestellte Lastebene zur Aufnahme von Längskräften, insbesondere Unfallkräften in Fahrtrichtung, weiter zu ertüchtigen und hierdurch die Crashsicherheit zu verbessern.
Die oben genannte Aufgabe wird schließlich gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 10 zum Verbinden von Bauteilen mittels einer Befestigungsvorrichtung der vorstehend erläuterten Art. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in einem ersten Schritt die zu verbindenden Bauteile mittels des Gewindebolzens gegeneinander verspannt, wobei zwischen den Bauteilen und dem Gewindebolzen unterhalb des Kopfes des Gewindebolzen ein Ringraum verbleibt. In einem weiteren, nachfolgenden Schritt wird nach dem Verspannen ein aushärtbares Medium durch die Durchgangsöffnungen des Kopfabschnitts in den Zwischenraum bzw. Ringraum eingebracht, um diesen auszufüllen, und dort ausgehärtet. Hierdurch lässt sich auf eine einfache Art und Weise eine Befestigung erzielen, welche gleichzeitig einen Kraftschluss und einen Formschluss ermöglicht. Das erfindungsgemäße Verfahren ist leicht automatisierbar und eignet sich zudem gut für die Serienfertigung im Fahrzeugbau.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

1 ein Ausführungsbeispiel einer Befestigungsvorrichtung nach der Erfindung in einer Ansicht von oben,
2 eine Längsschnittansicht durch die Befestigungsvorrichtung gemäß 1,
3 ein Ausführungsbeispiel einer ersten Ausführungsvariante einer Unterlegscheibe der Befestigungsvorrichtung,
4 ein Ausführungsbeispiel einer zweiten Ausführungsvariante einer Unterlegscheibe der Befestigungsvorrichtung,
5 ein Ausführungsbeispiel für einen Schraubverbund nach der Erfindung im Längsschnitt, und in
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Schraubverbund nach der Erfindung im Längsschnitt.

Das Ausführungsbeispiel in den 1 und 2 zeigt eine Befestigungsvorrichtung 1 zum Verbinden von Bauteilen. Diese Befestigungsvorrichtung 1 umfassend einen Gewindebolzen 10 mit einer Längsmittelachse A, welcher einen Kopfabschnitt 11 und einen Gewindeabschnitt 12 mit einem Außengewinde 13 ausbildet. Der Kopfabschnitt 11 kann unmittelbar an den Gewindeabschnitt 12 anschließen. Es ist jedoch auch möglich, zwischen dem Kopfabschnitt 11 und dem Gewindeabschnitt 12 zusätzlich einen Schaftabschnitt 14 ohne Gewinde vorzusehen.
Der Kopfabschnitt 11 weist eine oder mehrere Durchgangsöffnungen 15 auf, welche sich jeweils parallel zur Längsmittelachse A erstrecken und dabei eine Kopfoberseite 16 und eine Kopfunterseite 17 miteinander verbinden.
Die eine oder mehreren Durchgangsöffnungen 15 münden an der in Richtung des Gewindeabschnitts 12 weisenden Kopfunterseite 17 des Kopfabschnitts 11 in einem ringartigen Bereich 18 der Kopfunterseite 17.
Dabei ist der Innendurchmesser des besagten ringartigen Bereichs 18 größer als der Außendurchmesser des Gewindeabschnitts 12. Zudem wird die Außenkontur des ringartigen Bereichs 18 durch die Außenkontur des Kopfabschnitts 11 begrenzt.
Gegebenenfalls kann wie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellt, der Kopfabschnitt 11 auf Höhe der Kopfunterseite 17 durch einen angeformten Flansch 11a radial erweitert sein, um die Auflagefläche am Kopfabschnitt 11 des Gewindebolzen 10 zu vergrößern.
Wie 1 und 2 weitere entnommen werden kann, können die eine oder mehreren Durchgangsöffnungen 15 an der von der Kopfunterseite 17 wegweisenden Kopfoberseite 16 durch eine Ringnut 19 verbunden sein. Diese Ringnut 19 dient dazu, ein über die Durchgangsöffnungen 15 appliziertes Medium zu verteilen, wie dies weiter unten noch näher erläutert werden wird.
Vorzugsweise verläuft die Ringnut 19 konzentrisch um die Längsmittelachse A. Die Durchgangsöffnungen 15 weisen entsprechende Mündungen 15a in die Ringnut 19 auf.
Die korrespondierenden Mündungen 15b an der Kopfunterseite 17 können in eine Hohlkehle öffnen, welche zwischen dem Kopfabschnitt 11 und dem Schaftabschnitt 14, gegebenenfalls auch dem Gewindeabschnitt 12, gebildet ist.
Bei einer Betrachtung in der in 1 dargestellten Ansicht von oben verlaufen die Durchgangsöffnungen 15 radial außerhalb des Spannungsquerschnitts des Gewindeabschnitts 12, so dass der Spannungsquerschnitt unbeeinträchtigt bleibt.
Der Kopfabschnitt 11 kann wie dargestellt eine Außensechskantform aufweisen. Jedoch sind auch andere Kopfformen möglich. Lediglich beispielhaft sei auf 6 verwiesen, welche als eine weitere mögliche Ausgestaltungsform eine Innensechskantform für den Kopfabschnitt 11 zeigt. Die Durchgangsöffnungen 15 sowie eine gegebenenfalls vorhandene Ringnut 19 befinden sich in diesem Fall am Boden der in den Kopfabschnitt 11 eingetieften Innensechskantform.
Der vorstehend erläuterten Befestigungsvorrichtung 10 kann optional ein aushärtbares Medium 50 zugeordnet werden, dessen Viskosität derart ist, dass dieses durch die eine oder mehreren Durchgangsöffnungen 15 im Kopfabschnitt 11 hindurch applizierbar ist.
Das aushärtbare Medium ist vorzugsweise eine aushärtbare Masse auf Kunststoffbasis, beispielweise ein Epoxidharz in Form eines Zweikomponentensystems.
Die 3 und 4 zeigen beispielhaft weitere optionale Komponenten der Befestigungsvorrichtung 10, nämlich verschiedene Ausführungsvarianten von Unterlegscheiben 20, welche auf die Durchgangsöffnungen 15 im Kopfabschnitt 11 abgestimmt sind.
Im Unterschied zu einer herkömmlichen Unterlegscheibe mit kreisförmigen Innenrand bilden diese Unterlegscheiben 20 im Bereich der Durchgangsöffnungen 15 nämlich korrespondierende Ausnehmungen 21 aus. Im Einbauzustand kommen diese Ausnehmungen 21 unter den Durchgangsöffnungen 15 zu liegen, derart, dass durch die Durchgangsöffnungen 15 appliziertes Medium an der Unterlegscheibe 20 vorbei oder durch diese hindurch gelangt. Der durch die Ausnehmungen 21 gebildete Abschnitt eines Befüllkanals für das aushärtbare Medium 50 verläuft somit parallel zur Längsmittelachse A des Gewindebolzens 10, wodurch die Ausnehmungen 21 im Unterschied zu den radialen Kanalabschnitten in DE 103 11 841 A1 erheblich einfacher hergestellt werden können. Das aushärtbare Medium 50 wird beim Befüllen hierdurch nicht umgelenkt, sondern kann praktisch parallel zur Längsmittelachse A strömen, wodurch der Strömungswiederstand beim Befüllen gering bleibt.
Bei der in 3 dargestellten ersten Ausführungsvariante sind die vorgenannten Ausnehmungen 21 in Form von Schlitzen 22 ausgebildet, welche beispielsweise durch Stanzen angebracht werden können. Anstelle von Schlitzen 22 sind auch Löcher möglich, welche beispielsweise auch gebohrt sein können.
4 zeigt in einer zweiten Ausführungsvariante Ausnehmungen 21 in Form von Ausklinkungen 23 am im Übrigen kreisförmigen Innenrand 24 der Unterlegscheibe 20.
Bei einem Entfall der Unterlegscheibe 20 können entsprechende Ausnehmungen 21 vorstehend erläuterter Art auch unmittelbar am Bauteil unter dem Kopfabschnitt 11 ausgebildet werden. Dies kann gleichzeitig mit der Bereitstellung der betreffenden Durchgangsöffnung für den Gewindebolzen 10 erfolgen, so dass hierdurch kein fertigungstechnischer Mehraufwand entsteht.
Auch bei Verwendung einer Unterlegscheibe 20 der vorstehend genannten Art können an dem Bauteil, an welchem sich der Kopfabschnitt 11 über die Unterlegscheibe 20 abstützt, bei Bedarf entsprechende Ausnehmungen 21 bereitgestellt werden, um eine Umlenkung von aushärtbarem Medium 50 bei der Befüllung zu vermeiden. Dadurch ist es möglich, einen Befüllkanal vorzugsweise ausschließlich parallel zur Längsachse A zu realisieren. Ferner kann gleichzeitig eine große Auflagefläche für den Kopfabschnitt 11 und/oder die Unterlegscheibe 20 bereitgestellt werden, um eine hohe Vorspannung am Gewindebolzen 10 zu erzielen.
Mittels der vorstehend erläuterten Komponenten lässt sich ein Schraubverbund wie in den 5 und 6 beispielhaft dargestellt realisieren, wobei allerdings nochmals zu betonen ist, dass die Einbeziehung der Unterlegscheibe 20 wie dargestellt rein optional ist und gegebenenfalls beispielsweise auch durch einen größeren Durchmesser des Kopfabschnitts 11 des Gewindebolzens 10 oder durch einen am restlichen Kopfabschnitt angeformten Flansch 11 a verwirklicht werden kann.
Der Schraubverbund umfasst zumindest zwei miteinander zu verbindende Bauteile 30 und 40, gegebenenfalls kann deren Zahl auch größer sein, sowie eine Befestigungsvorrichtung 1 der vorstehend erläuterten Art mit einem Gewindebolzen 10 und einem aushärtbaren Medium 50 im ausgehärteten Zustand. Zudem ist vorliegend, wie bereits erwähnt, zusätzlich optional eine Unterlegscheibe 20 vorgesehen, über welche sich der Kopfabschnitt 11 des Gewindebolzens 10 an einem der Bauteile 30 und 40 abstützt. Wie weiter unten noch näher erläutert, kann eines der Bauteile 30 ein Fahrzeugaufbau und das andere Bauteil 40 ein Hilfsrahmen sein.
Die beiden miteinander zu verbindenden Bauteile 30 und 40 sind durch den Gewindebolzen 10 miteinander verspannt. Hierzu kann der Gewindebolzen 10 mit seinem Gewindeabschnitt 12 in ein Gewinde an einem der Bauteile eingeschraubt sein. Bei den in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen erfolgt jedoch eine Befestigung mittels einer Mutter 60 herkömmlicher Bauart.
Zwischen dem Gewindebolzen 10 und den zu verbindenden Bauteilen 30 und 40 ist unterhalb des Kopfabschnitts 11 radial um den Gewindebolzen 10 herum ein Zwischenraum, insbesondere ein Ringraum 2 gebildet, welcher mit dem ausgehärteten Medium 50 befüllt ist. Hierdurch wird nicht nur ein Kraftschluss, sondern vielmehr gleichzeitig auch ein Formschluss zwischen den Bauteilen 30 und 40 sowie dem Gewindebolzen 10 erzielt. Das ausgehärtete Medium 50 verhindert bei einer Scherbelastung des Schraubverbunds, welche die Vorspannung durch den Kraftschluss überwinden würde, über den Gewindebolzen 10 ein Verschieben der Bauteile 30 und 40 gegeneinander quer zur Längsmittelachse A des Gewindebolzen 10.
Nach dem Verspannen der Bauteile 30 und 40 mittels des Gewindebolzens 10 gegeneinander wird das aushärtbare Medium 50 über die mindestens eine Durchgangsöffnung 15 in den Zwischenraum bzw. Ringraum 2 eingebracht, wo es anschließend aushärtet, um den Formschluss bereitzustellen.
Zur Erleichterung der Einbringung des aushärtbaren Mediums in den Zwischenraum bzw. Ringraum 2 kann an mindestens einem der zu verbindenden Bauteile 30 und 40 zumindest ein Entlüftungskanal 41 ausgebildet sein, welcher den Zwischenraum bzw. Ringraum 2 mit der Außenumgebung 3 verbindet.
Wie bereits erwähnt, kann der vorstehend erläuterte Schraubverbund an einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen, um einen Hilfsrahmen - in den 5 und 6 Bauteil 40 - an einem Fahrzeugaufbau - in den 5 und 6 Bauteil 30 - zu befestigen.
Der Hilfsrahmen bzw. das Bauteil 40 weist hierzu eine Durchgangsöffnung 42 auf, durch welche sich der oben bereits erläuterte Gewindebolzen 10 hindurch erstreckt. Zwischen dem Gewindebolzen 10 und der Innenwand 43 der Durchgangsöffnung 42 des Hilfsrahmens 40 ist der oben bereits erwähnte Zwischenraum 2 gebildet. Dieser Zwischenraum 2 wird axial in einer Richtung durch den Kopfabschnitt 11 sowie die gegebenenfalls zwischen dem Kopfabschnitt 11 und dem Bauteil 30 eingegliederte Unterlegscheibe 20 und in die andere Richtung durch das andere Bauteil 40 sowie gegebenenfalls die Mutter 60 begrenzt.
Nach dem Verspannen des Gewindebolzens 10 mit den Bauteilen 30 und 40 stehen die eine oder mehreren Durchgangsöffnungen 15, welche sich radial außerhalb des Gewindeabschnitts 12 parallel zur Längsmittelachse A erstrecken, mit dem Zwischenraum 2 in Verbindung.
Dieser Zwischenraum 2 wird anschließend mit dem aushärtbaren Medium 50 befüllt, bis dieser ausgefüllt ist. Anhand eines Austretens von Medium 50 über die mindestens eine Entlüftungsöffnung 41 kann eine ordnungsgemäße Befüllung des Zwischenraums 2 visuell kontrolliert werden.
Mit anderen Worten, bei der Anbringung der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung 10 wird derart verfahren, dass in einem ersten Schritt die zu verbindenden Bauteile 30 und 40 mittels des Gewindebolzens 10 gegeneinander verspannt werden, wobei zwischen den Bauteilen 30 und 40 und dem Gewindebolzen 10 unterhalb des Kopfabschnitts 11 des Gewindebolzens 10 ein Zwischenraum bzw. Ringraum 2 verbleibt. In einem weiteren Schritt nach dem Verspannen wird dann das aushärtbare Medium 50 durch die mindestens eine Durchgangsöffnung 15 des Kopfabschnitts 11 in den Zwischenraum bzw. Ringraum 2 eingebracht wird, um diesen auszufüllen, und dort ausgehärtet.
Bei der in 5 dargestellten Ausführungsvariante weist der Kopfabschnitt 11 des Gewindebolzens 10 einen Außenangriff für die Zentrierung einer Einfüllapparatur 70 auf. Dazu ist der Kopfabschnitt 11 beispielhaft mit einem Außensechskant 11b versehen. Jedoch können dort auch andere außenseitige Anlageflächen zum Ansetzen einer korrespondierenden Gegenkontur 71 der Einfüllapparatur 70 vorgesehen sein.
In 5 kann das Zentrieren der Gegenkontur 71 über das Eckmaß des Kopfabschnitts 11 erfolgen (in 5 durch eine Strich-Punkt-Linie angedeutet). Alternativ kann ein Ansetzen über am Kopfabschnitt 11 ausgebildete Anlage- oder Schlüsselflächen erfolgen, wie dies in 5 durch eine gestrichelte Linie für die Gegenkontur 71 angedeutet ist.
Ein Befüllkanal 72 an der Einfüllapparatur 70 ist derart angeordnet, dass dieser beim Ansetzen der Einfüllapparatur 70 an den Kopfabschnitt 11 auf die Ringnut 19 trifft, so dass aushärtbares Medium 50 unabhängig von der relativen Drehposition zwischen der Einfüllapparatur 70 und dem Gewindebolzen 10 stets in zumindest eine der Durchgangsöffnungen 15 gelangen kann. Wie in den 5 und 6 gezeigt, dichtet eine Stirnseite 73 der Einfüllapparatur 70 im Übrigen gegen den Kopfabschnitt 11 ab.
Mit Ansetzen der Einfüllapparatur 70 wird die Ringnut 19 zu einem geschlossenen Kanal. Dieser gewährleistet auch bei nur punktueller Öffnung eine prozesssichere Durchströmung mit aushärtbarem Medium 50. Auf Seiten der Einfüllapparatur 70 kann optional eine zur Ringnut 19 korrespondierende Ringnut vorgesehen sein.
Gegebenenfalls kann zur Fixierung der Einfüllapparatur 70 an dem Kopfabschnitt 11 an der Einfüllapparatur 70 eine Fixiereinrichtung 74 vorgesehen sein, welche in der zum Befüllen vorgesehenen Position, wie in den 5 und 6 dargestellt, in eine Nut oder eine Ausnehmung 11c am Kopfabschnitt 11 quer zur Längsmittelachse A des Gewindebolzens 10 eingreift.
6 zeigt alternativ einen Kopfabschnitt 11 mit Innenangriff über einen Innensechskant 11d. Auch hier kann die die Zentrierung der Einfüllapparatur 70 über das Eckmaß (in 6 gestrichelte Linie für die Gegenkontur 71) oder über Schlüsselflächen (Strich-Punkt-Linie in 6) erfolgen. Der Befüllkanal 72, die Abdichtung über die Stirnseite 73 und die Fixiereinrichtung 74 können analog zu 5 ausgebildet sein.
In beiden Fällen ist es möglich, die Einfüllapparatur 70 durch eine Bewegung in Richtung der Längsmittelachse A an den Gewindebolzen 10 anzusetzen und von diesem auch wieder zu entfernen.
Für den Fall einer Befestigung eines Hilfsrahmens 40 an einem Fahrzeugaufbau 30 wird vorzugsweise mindestens ein Gewindebolzen 10 an einer in Fahrtrichtung hintenliegenden Abstützstelle des Hilfsrahmens 40 angeordnet. Hierdurch ist es möglich, über den Hilfsrahmen 40 eine dritte Lastebene zur Aufnahme von Längskräften, insbesondere Unfallkräften in Fahrtrichtung bereitzustellen, da durch die vorstehend erläuterte Befestigungsvorrichtung 1 eine besonders stabile Anbindung des Hilfsrahmens 40 am Fahrzeugaufbau 30 erzielt werden kann.
Um im Fall eines Frontalunfalls die Fahrzeuginsassen bestmöglich zu schützen, wird unter anderem der Vorderwagen des Fahrzeugaufbaus so konstruiert, dass durch gezielte Verformung des Fahrzeugaufbaus ein Teil der Bewegungsenergie in Verformungsenergie umgewandelt wird. Im Bereich des Vorderwagens unterscheidet man verschiedene horizontale Ebenen. Die Hauptlastebene ist die der vorderen beiden Längsträger und zeitlich gesehen die älteste in der Großserie umgesetzte und sogenannte erste Lastebene. Später folgte die obere oder auch zweite Lastebene im oberen Bereich der vorderen Kotflügel. In aktuellen Fahrzeugen kommt ferner eine untere oder auch dritte Lastebene zur Anwendung, welche beispielsweise über den Hilfsrahmen 40 der Vorderachse in den Unterboden des Fahrzeugaufbaus verlaufen kann. Diese untere oder auch dritte Lastebene kann durch die vorstehend erläuterte Erfindung ertüchtigt werden, um mit geringem Aufwand höhere Anforderungen an die Crashsicherheit zu erfüllen. Der erfindungsgemäße Schraubverbund kann einen herkömmlichen Schraubverbund ohne Änderung der Abmessungen, insbesondere ohne die Verwendung größerer Gewindebolzen ersetzen. Hierzu ist vielmehr lediglich der herkömmliche Gewindebolzen durch einen erfindungsgemäßen Gewindebolzen 10 zu ersetzen und der bestehende Zwischenraum bzw. Ringraum 2 zu befüllen.
Das vorstehend erläuterte Befüllkonzept ermöglich die Befüllung des gebildeten Zwischenraums bzw. Ringraums 2 im Montagezustand des Fahrzeugs. Die Befüllung ist insbesondere auch automatisierungsfähig. Sie gestattet eine zur Transportrichtung des Fahrzeugs während der Montage senkrechte Zuführung von unten, bietet ein sicheres Finden der mindestens einen Durchgangsöffnung 15 und ermöglicht eine kleine Austrittsöffnung an der Einfüllapparatur 70, um ein vorzeitiges Aushärten des Mediums zu minimieren.
Im Übrigen bleiben die physikalischen Eigenschaften der Verbindungselemente erhalten. Der erfindungsgemäße Gewindebolzen 10 kann einen herkömmlichen Gewindebolzen ohne Weiteres ersetzen.
Zudem bietet die Erfindung eine optische Kontrolle des erforderlichen Füllstandes des Mediums im zu befüllenden hohlen Zwischenraum bzw. Ringraum 2.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und weiterer Abwandlungen näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel und die Abwandlungen dienen dazu, die Ausführbarkeit der Erfindung zu belegen. Technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiterer Einzelmerkmale erläutert wurden, können auch unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, selbst wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf die konkret beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste

1: Steer-by-wire-Kraftfahrzeuglenkung
1: Befestigungsvorrichtung
2: Zwischenraum, insbesondere Ringraum
3: Außenumgebung
10: Gewindebolzen
11: Kopfabschnitt
11a: Flansch
11b: Außensechskant
11c: Ausnehmung
11d: Innensechskant
12: Gewindeabschnitt
13: Außengewinde
14: Schaftabschnitt
15: Durchgangsöffnung
15a: Mündung an Kopfoberseite
15b: Mündung an Kopfunterseite
16: Kopfoberseite
17: Kopfunterseite
18: ringartiger Bereich
19: Ringnut
20: Unterlegscheibe
21: Ausnehmung
22: Schlitz
23: Ausklinkung
24: kreisförmiger Innenrand
30: Bauteil, insbesondere Fahrzeugaufbau
40: Bauteil, insbesondere Hilfsrahmen
41: Entlüftungskanal
42: Durchgangsöffnung
43: Innenwand
50: Medium
60: Mutter
70: Einfüllapparatur
71: Gegenkontur
72: Befüllkanal
73: Stirnseite
74: Fixiereinrichtung
A: Längsmittelachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10311841 A1 [0005, 0038]

Claims

Befestigungsvorrichtung (1) zum Verbinden von Bauteilen (30,40), umfassend einen Gewindebolzen (10) mit einer Längsmittelachse (A), welcher einen Kopfabschnitt (11) und einen Gewindeabschnitt (12) mit einem Außengewinde (13) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfabschnitt (11) eine oder mehrere Durchgangsöffnungen (15) aufweist, welche sich parallel zur Längsmittelachse (A) erstrecken, wobei die eine oder mehreren Durchgangsöffnungen (15) an einer in Richtung des Gewindeabschnitts (12) weisenden Kopfunterseite (17) des Kopfabschnitts (11) in einem ringartigen Bereich (18) der Kopfunterseite (17) münden, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Gewindeabschnitts (12) ist und dessen Außenkontur durch die Außenkontur des Kopfabschnitts (11) begrenzt ist.
Befestigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Durchgangsöffnungen (15) vorgesehen sind, welche an der von der Kopfunterseite (17) wegweisenden Kopfoberseite (16) durch eine Ringnut (19) verbunden sind.
Befestigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Unterlegscheibe (20) umfasst, welche im Bereich der Durchgangsöffnungen (15) korrespondierende Ausnehmungen (21) ausbildet, insbesondere in Form von Löchern, Schlitzen (22) oder von Ausklinkungen (23) am im Übrigen kreisförmigen Innenrand (24) der Unterlegscheibe (20).
Befestigungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfabschnitt (11) auf Höhe der Kopfunterseite (17) durch einen angeformten Flansch (11 a) radial erweitert ist.
Befestigungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein aushärtbares Medium (50) umfasst, das durch die eine oder mehreren Durchgangsöffnungen (15) im Kopfabschnitt (11) applizierbar ist.
Schraubverbund, umfassend zwei miteinander zu verbindende Bauteile (30, 40) sowie eine Befestigungsvorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die miteinander zu verbindenden Bauteile (30, 40) durch den Gewindebolzen (10) miteinander verspannt sind und zwischen dem Gewindebolzen (10) und den zu verbindenden Bauteilen (30, 40) unterhalb des Kopfabschnitts (11) radial um den Gewindebolzen (10) ein Ringraum (2) gebildet ist, welcher mit dem ausgehärteten Medium (50) befüllt ist.
Schraubverbund nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem der zu verbindenden Bauteile (30, 40) ein Entlüftungskanal (41) ausgebildet ist, welcher den Ringraum (2) mit der Außenumgebung (3) verbindet.
Kraftfahrzeug, umfassend einen Fahrzeugaufbau, einen Hilfsrahmen, der an dem Fahrzeugaufbau befestigt ist, einen Gewindebolzen (10), durch welchen der Hilfsrahmen mit dem Fahrzeugaufbau verspannt ist, wobei der Gewindebolzen (10) eine Längsmittelachse (A) aufweist und einen Kopfabschnitt (11) und einen Gewindeabschnitt (12) mit einem Außengewinde (13) ausbildet, und wobei der Hilfsrahmen eine Durchgangsöffnung (42) aufweist, durch welche sich der Gewindebolzen (10) hindurch erstreckt, derart, dass zwischen dem Gewindebolzen (10) und einer Innenwand (43) der Durchgangsöffnung des Hilfsrahmens ein Zwischenraum (2) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfabschnitt (11) des Gewindebolzens (10) eine oder mehrere Durchgangsöffnungen (15) aufweist, welche sich parallel zur Längsmittelachse (A) erstrecken, wobei die eine oder mehreren Durchgangsöffnungen (15) an einer in Richtung des Gewindeabschnitts (A) weisenden Kopfunterseite (17) des Kopfabschnitts (11) in einem ringartigen Bereich (18) derselben münden, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Gewindeabschnitts (12) ist und dessen Außenkontur durch die Außenkontur des Kopfabschnitts (11) begrenzt ist, und dass besagter Zwischenraum (2) mit einem ausgehärteten Medium (50) ausgefüllt ist, dass im nicht-gehärteten Zustand über die mindestens eine Durchgangsöffnung (15) des Kopfabschnitts (11) in den Zwischenraum (2) einfüllbar ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gewindebolzen (10) an einer in Fahrtrichtung hinten liegenden Abstützstelle des Hilfsrahmens angeordnet ist, wobei über den Hilfsrahmen eine Lastebene zur Aufnahme von Kräften infolge eines Längsstoßes bereitgestellt wird.
Verfahren zum Verbinden von Bauteilen (30, 40) mittels einer Befestigungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die zu verbindenden Bauteile (30, 40) mittels des Gewindebolzen (10) gegeneinander verspannt werden, wobei zwischen den Bauteilen (30, 40) und dem Gewindebolzen (10) unterhalb des Kopfabschnitt (11) des Gewindebolzens (10) ein Ringraum (2) verbleibt, und das in einem weiteren Schritt nach dem Verspannen ein aushärtbares Medium (50) durch die eine oder mehreren Durchgangsöffnungen (15) des Kopfabschnitts (11) in den Ringraum (2) eingebracht wird, um diesen auszufüllen, und dort ausgehärtet wird.