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Die Offenbarung bezieht sich auf eine Lochverstärkungseinheit für eine Schildeinheit, insbesondere für eine Hitzeschutz-Schildeinheit und/oder eine Schallschutz-Schildeinheit und/oder eine mechanische-Schutz-Schildeinheit und/oder eine elektro-magnetische-Strahlung-Schildeinheit, wie sie im allgemeinen Teil des Hauptanspruchs beschrieben ist.
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Spannungen in Abschirmteilen, d. h. Schildeinheiten wie Schildeinheiten gegen Hitze, Schall, mechanische Kräfte oder elektro-magnetische Strahlung, erfordern oft, gerade im Kraftfahrzeugbereich, eine zusätzliche punktuelle Verstärkung, um thermischen und dynamischen Beanspruchungen standhalten zu können, ganz besonders an Befestigungspunkten. Gleichzeitig befinden sich die Befestigungspunkte für die Schildeinheit oft auf verschiedenen Bauteilen, beispielsweise auf einer Motor- und/oder Auspuffanlage, und weisen verhältnismäßig große Positionstoleranzen auf. Entsprechend werden für bekannte Lochverstärkungselemente oder Lochverstärkungseinheiten in der zugeordneten Schildeinheit oft Langlöcher oder dergleichen vorgesehen, welche ein Verschieben der Lochverstärkungseinheit bei der Montage der Schildeinheit erlauben, um die verhältnismäßig großen Positionstoleranzen ausgleichen zu können. Derartige Lochverstärkungseinheiten lassen sich in dem zugehörigen Loch idealerweise von Hand, also leicht, beispielsweise mit einer Kraft von weniger als 50 Newton, verschieben. Nach der Montage der Schildeinheit an der entsprechenden Anlage, üblicherweise mit einer Schraubverbindung, soll die Lochverstärkungseinheit mit der Schildeinheit so fest verbunden sein, dass im Betrieb keine Geräusche entwickelt werden bzw. keine Schäden entstehen können. Die Schildeinheit darf also nicht locker sein, und gerade nicht mehr leicht verschiebbar sein. Für bestimmte Anwendungen ist jedoch gewünscht, dass die Schildeinheit auch nach der Montage an der Anlage noch relativ zur Anlage verschiebbar bleibt, wenn auch mit größeren Kräften, beispielsweise um thermische Spannungen kompensieren zu können. In diesem Falle treten dann höhere Verschiebekräfte von beispielsweise mehr als 500 Newton auf.
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Bedingt durch Toleranzen im Aufbau der Schildeinheit mit Lochverstärkung lässt sich bisher mit den bekannten Scheiben und Hülsen als Lochverstärkungseinheit eine reproduzierbare leichtgängige Verschiebbarkeit bei der Montage nicht gewährleisten.
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So offenbart die
EP 1 054 386 B1 eine schwimmend gelagerte Schwingungs-Scheibenanordnung zum Anbringen an einer Wärmeisolierplatte, welche ein Loch zum Einführen eines Anbringbolzens enthält, mit einer schwimmend gelagerten Schwingungsscheibe mit einer Hülse, welche wiederum eine Einsteckscheibe, die eine Einsteckhülse enthält, sowie eine Aufnahmescheibe, die eine Aufnahmehülse enthält, und ein Dämpfelement aus Metall, das zwischen der schwimmend gelagerten Schwingungsscheibe angeordnet ist, aufweist. Dabei enthält bzw. enthalten die Einsteckhülse und/oder die Aufnahmehülse einen Passabschnitt, so dass die Wärmeisolierplatte in einem Zustand gehalten wird, in dem sie weder mit der Einsteck- noch mit der Aufnahmescheibe in Kontakt ist.
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Die
EP 2 419 308 B1 beschreibt ein Stoß- und Schwingungs-Isolations-Montagesystem zum Montieren eines Flugzeugbremssteuerventils an einem Strukturteil eines Flugzeugs, wobei das Flugzeugbremssteuerventil eine Komponente mit mindestens einer Schwingungsfrequenz aufweist.
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Die
EP 3 252 340 A1 beschreibt einen Verbinder, welcher eine erste und eine zweite Oberfläche umfasst, welche einander gegenüberliegend mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet sind, wobei der Zwischenraum das Einsetzen eines Abschirmkörpers ermöglicht, sowie ein Druckelement, das ein Durchgangsloch aufweist und so geformt ist, dass es in der Lage ist, sich durch spiralförmiges Wickeln eines vorgeschriebenen Drahtmaterials um das Durchgangsloch als Zentrum auszudehnen und zusammenzuziehen, so dass eine Krümmung desselben kontinuierlich um das Durchgangsloch variiert, sowie ein Halteteil, das in ein in dem Abschirmkörper und dem Durchgangsloch ausgebildetes Loch eingesetzt ist und einen bestimmten Abstand zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche aufrechterhält. Dabei umfasst das Druckelement ein erstes Druckelement, das zwischen der ersten Oberfläche und dem Abschirmkörper so angeordnet ist, dass eine Seite mit kleiner Krümmung davon in der Ausdehnungs- und Kontraktionsrichtung dem Abschirmkörper zugewandt ist, und ein zweites Druckelement, das zwischen der zweiten Oberfläche und dem Abschirmkörper so angeordnet ist, dass eine Seite mit kleiner Krümmung davon in der Ausdehnungs- und Kontraktionsrichtung dem Abschirmkörper zugewandt ist. Dies dient dem Absorbieren von Vibrationen des vibrierenden Körpers, so dass die Übertragung der Vibrationen auf den Abschirmkörper unterdrückt wird. Eine ähnliche, ebenfalls auf Druck-/Federelemente als Absorptionskörper setzende Schwingungs- und Wärmeisolationsbaugruppe ist auch in der
DE 10 2004 033 552 A1 offenbart.
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Die
GB 1 029 932 A offenbart zwei gelochte Körper aus elastischem Kunstharz, welche jeweilige Flansche haben und in ein Loch einer Metallplatte eingreifen, um eine Isolierbuchse für beispielsweise einen Gewindebolzen eines elektrischen Bauteils zu bilden. Dabei sind die ineinandergreifenden Flächen der Flansche kegelstumpfförmig ausgebildet und weisen zur Verriegelung mindestens eine Nut und eine komplementär zur Nut ausgeführte Rippe zur Verriegelung der Körper auf. Eine solche Verriegelung ist in der Regel irreversibel.
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Entsprechend stellt sich die Aufgabe, eine Lochverstärkungseinheit für eine Schildeinheit bereitzustellen, für welche bei der Montage eine leichtgängige, reproduzierbare Verschiebbarkeit, insbesondere eine Verschiebbarkeit mit Kräften von weniger als 50 Newton, bei der Montage gewährleistet werden kann, ohne dabei gleichzeitig nach der Montage zu locker zu sein.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
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Ein Aspekt betrifft eine Lochverstärkungseinheit für eine Schildeinheit, insbesondere für eine Hitzeschutz-Schildeinheit und/oder eine Schallschutz-Schildeinheit und/oder eine mechanischer-Schutz-Schildeinheit und/oder eine elektro-magnetische-Strahlung-Schildeinheit. Die Lochverstärkungseinheit kann kurz auch als Lochverstärkung bezeichnet werden. Da die im Folgenden beschriebene Lochverstärkungseinheit sich in besonderem Maße für eine definierte Verschiebbarkeit vor bzw. während der Montage als auch nach der Montage eignet, kann sie auch als verschiebbare Lochverstärkungseinheit oder Schiebesitz bezeichnet werden.
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Die Lochverstärkungseinheit weist ein Scheibenelement, welches einen Scheiben-Auflagebereich aufweist, der zur bereichsweisen Anlage an einer Erstseite der Schildeinheit ausgebildet ist, auf, sowie ein Hülsenelement, welches einen Hülsen-Auflagebereich aufweist, der zur bereichsweisen Anlage an einer der ersten Seite der Schildeinheit diametral gegenüberliegenden zweiten Seite der Schildeinheit ausgebildet ist. Erste und zweite Seite der Schildeinheit sind entgegengesetzt orientiert, und zumindest in einer Umgebung des durch die Lochverstärkungseinheit zu verstärkenden Loches der Schildeinheit ist die Schildeinheit bei montierter Lochverstärkungseinheit zwischen Scheibenelement und Hülsenelement angeordnet. Scheiben- und Hülsenelement weisen ein Durchgangsloch auf, durch welches ein Befestigungsmittel wie ein Schraubenelement zum Verschrauben bzw. Befestigen der mit der Lochverstärkungseinheit versehenen Schildeinheit an einer Anlage gesteckt werden kann. Scheiben- und/oder Hülsenelement können aus Metall gefertigt sein. Das Scheibenelement und/oder das Hülsenelement kann jeweils einstückig ausgeführt sein, insbesondere als Biege-Stanz-Teil, bevorzugt aus einem Blech konstanter oder im Wesentlichen konstanter Dicke. Ein Blech, welches beispielsweise beim Bearbeiten angestaucht oder verjüngt wird und so seine Dicke ändert, kann als Blech von im Wesentlichen konstanter Dicke angesehen werden. Die Dicke des Bleches kann beispielsweise im Bereich von 0,5 - 3mm, bevorzugt von 0,8 - 1,5 mm liegen. Die Lochverstärkungseinheit kann vorteilhafterweise zweistückig ausgeführt sein, d. h. aus dem Scheibenelement und dem Hülsenelement bestehen. Dies bringt den Vorteil einer besonders einfachen Fertigung bzw. eines besonders einfachen Aufbaus mit sich.
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Das Scheibenelement weist einen Scheiben-Kopplungsteil auf, welcher ausgebildet ist, von der ersten Seite her in das durch die Lochverstärkungseinheit zu verstärkende Loch der Schildeinheit zu ragen, und das Hülsenelement weist einen Hülsen-Kopplungsteil auf, der ausgebildet ist, von der zweiten Seite her in das durch die Lochverstärkungseinheit zu verstärkende Loch der Schildeinheit und in oder durch das Scheiben-Kopplungsteil zu ragen. Scheiben-Kopplungsteil und Hülsen-Kopplungsteil sind dabei ausgebildet, Scheibenelement und Hülsenelement mechanisch miteinander zu koppeln, d. h. eine mechanische Verbindung zwischen Scheibenelement und Hülsenelement zu erzeugen und weisen zu diesem Zweck jeweils eine sich verjüngende Anlagefläche auf, wobei die sich verjüngende Anlagefläche des Scheiben-Kopplungsteils im Wesentlichen einer Mitte des zu verstärkenden Loches zugewandt ist und die sich verjüngende Anlagefläche des Hülsenkopplungsteils im Wesentlichen der Mitte des zu verstärkenden Loches abgewandt ist. Entsprechend weisen die Normalenvektoren, welche die Orientierung der konischen Anlageflächen bestimmen, für das Scheiben-Kopplungsteil zur Mitte hin und/oder zur ersten Seite hin, d. h. nach innen, bzw. für das Hülsen-Kopplungsteil von der Mitte fort und/oder zur zweiten Seite hin, d. h. nach außen.
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Die sich verjüngenden Anlageflächen verjüngen sich dabei in einer Richtung von der ersten Seite der Schildeinheit zur zweiten Seite der Schildeinheit, d. h. ein Radius und/oder Durchmesser eines jeweiligen mit den sich verjüngenden Anlageflächen bzw. Kopplungsteilen gebildeten Durchgangsloches nimmt entlang der Richtung ab. Das Durchgangsloch der jeweiligen Kopplungsteile ist bevorzugt kreisrund, wobei der Radius in Ebenen parallel zur Haupterstreckungsebene der Auflagebereiche und/oder der mit dieser im Allgemeinen zusammenfallenden Haupterstreckungsebene der Schildeinheit in einer Umgebung des zu verstärkenden Loches gemessen wird. Die beiden Kopplungsteile hintergreifen sich dabei im Bereich der sich verjüngenden Anlageflächen und/oder mit den sich verjüngenden Anlageflächen, so dass eine verliersichere Verbindung von Scheiben- und Hülsenelement erzeugt ist. Die beiden Kopplungsteile koppeln somit die beiden Elemente mechanisch durch ein wechselseitiges Hintergreifen der sich verjüngenden Anlageflächen. Entsprechend ist ein kleinster Radius der sich verjüngenden Anlagefläche des Scheiben-Kopplungsteils bevorzugt kleiner als ein größter Radius der sich verjüngenden Anlagefläche des Hülsen-Kopplungsteils.
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Das hat den Vorteil, dass Scheiben- und Hülsenelement durch das Hintergreifen verliersicher miteinander verbunden sind, und zugleich ein axiales Spiel der beiden Elemente zueinander gebildet werden kann, wobei die Lochverstärkungseinheit dennoch in axialer Richtung komprimierbar ist. Die Komprimierung in axialer Richtung kann dabei bei der Montage erfolgen, beispielsweise durch ein entsprechendes Schraubenelement bei einem Verschrauben der Schildeinheit durch das von der Lochverstärkungseinheit verstärkte Loch hindurch. Dabei kann durch das axiale Spiel vor bzw. während der Montage eine leichtgängige Verschiebbarkeit gewährleistet werden, welche auch für unterschiedliche Dicken bzw. Toleranzbereiche der Schildeinheit verlässlich erreicht wird, und in Abhängigkeit der jeweils vorliegenden Konfiguration kann auch eine definierte Verschiebbarkeit nach der Montage erreicht werden. Da die geschilderten Eigenschaften unabhängig von der spezifischen Form des zu verstärkenden Loches sind, kann die beschriebene Lochverstärkungseinheit sowohl als einfache Lochverstärkung, beispielsweise in einem genau angepassten kreisrunden Loch, als auch als Schiebesitz, beispielsweise in einem Langloch, angewandt werden. Dies vereinfacht weiter die Produktion. Die identische Lochverstärkungseinheit kann auch flexibel für Schildeinheiten unterschiedlicher Dicken in gewissen Grenzenverwendet werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfassen oder sind die sich verjüngenden Anlageflächen konische Anlageflächen. Das Verjüngen der Anlagefläche ist dann ein in der axialen Richtung gleichmäßig, idealerweise linear erfolgendes Verjüngen. Das hat den Vorteil, dass Scheiben- und Hülsenteil einfach und kostengünstig hergestellt werden können. Außerdem lässt sich der Winkel der konischen Anlagefläche und damit die Kopplung sehr gut variabel einstellen.
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Alternativ oder ergänzend weist die sich verjüngende Anlagefläche des Hülsenelements und/oder die sich verjüngende Anlagefläche des Scheibenelements je zumindest eine Rastnase auf oder sind durch eine jeweilige Rastnase gebildet. Die Rastnase kann umlaufend sein, oder es kann ein Element mehrere, mindestens zwei, punktuelle Rastnasen aufweisen. Das Verjüngen der Anlagefläche ist oder umfasst dann ein in der axialen Richtung sprunghaftes Verjüngen. Dabei sind die Rastnasen bevorzugt an einem von dem Auflagenbereich des zugehörigen Scheiben- oder Hülsenelements in der axialen Richtung entfernten Ende des jeweiligen Kopplungsteils angeordnet, bevorzugt an einem weitestentfernten Ende. Mit den Rastnasen können Scheiben- und Hülsenelement nach Art einer Rast- oder Klickverbindung miteinander gekoppelt werden. Das hat den Vorteil, dass die Scheiben- und Hülsenelemente besonders einfach in dem zu verstärkenden Loch montiert werden können.
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Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform, in welcher die Rastnase am Scheibenelement als umlaufende Rastnase, das heißt als Rastkragen, ausgeführt ist und am Hülsenelement drei separate Rastnasen vorhanden sind, die als Schnapphaken ausgebildet sein können. Das verringert die Kraft, welche für das Verformen des Hülsenelements, insbesondere für ein elastisches Verformen des Hülsenelements beim Koppeln mit dem Scheibenelement erforderlich ist.
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Entsprechend ist in einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass Scheibenelement und Hülsenelement in einer axialen Richtung des zu verstärkenden Loches, welche mit der axialen Richtung des Durchgangsloches der jeweiligen Elemente zusammenfällt, gegeneinander (in der axialen Richtung) beweglich durch die beiden Kopplungsteile miteinander gekoppelt sind. Aus der Beweglichkeit der beiden Kopplungsteile gegeneinander kann sich auch eine Beweglichkeit der beiden Kopplungsteile in radialer Ebene ergeben. Die beiden Kopplungsteile können also gegeneinander axial, d.h. in unverbautem Zustand mit axialem Spiel, und/oder radial, d.h. in unverbautem Zustand mit radialem Spiel, beweglich miteinander gekoppelt sein. Dabei soll als unverbauter Zustand gelten, dass das Scheibenteil und das Hülsenteil schon miteinander verbördelt sind, aber die Schildeinheit noch nicht mit dem Schraubenelement am Bauteil befestigt ist. Das axiale Spiel der beiden Kopplungsteile besteht nur aufeinander zu. Eine Bewegung voneinander weg begrenzen die sich verjüngenden und hintergreifenden Anlageflächen. Es kann ein kleinster Radius der sich verjüngenden Anlagefläche des Scheiben-Kopplungsteils, der nach innen weisenden bzw. orientierten Mantelfläche des Konus, größer sein, als ein kleinster Radius der sich verjüngenden Anlagefläche des Hülsen-Kopplungsteils, also der nach außen weisenden bzw. orientierten Mantelfläche des Konus. Es ist dann also der kleinste Innendurchmesser des Scheiben-Kopplungsteils größer als der kleinste Außendurchmesser des Hülsen-Kopplungsteils. Alternativ oder ergänzend kann ein größter Radius der sich verjüngenden Anlagefläche des Scheibenkopplungsteils größer sein, als ein größter Radius der sich verjüngenden Anlagefläche des Hülsen-Kopplungsteils. Entsprechend ist dann also der größte Innendurchmesser des Scheiben-Kopplungsteils größer als der größte Außendurchmesser des Hülsen-Kopplungsteils. Dies ist eine besonders einfache und verlässliche Konfiguration, um eine verliersichere Verbindung mit axialem Spiel durch die sich mit den konischen Anlageflächen hintergreifenden Elemente zu erzeugen. Durch die Wahl der Differenzgrößen zwischen den kleinsten bzw. den größten Radien kann im Zusammenspiel mit der unten beschriebenen Neigung der Anlageflächen die Größe des axialen Spiels vorgegeben werden.
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Ist eine Durchgangsöffnung, durch welche das Hülsenelement sich in das Scheibenelement erstreckt, nicht kreisrund, so kann sich Radius bzw. Durchmesser auf einen zugeordneten Pferchkreis beziehen. Analog kann sich im Fall eines nicht kreisrund geformten Kopplungsteils des Hülsenelements Radius bzw. Durchmesser auf einen zugeordneten Hüllkreis beziehen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Anlageflächen in einer, mehrerer oder allen Schnittebenen parallel zu einer Zentralachse des zu verstärkenden Loches, welche axial und somit senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der Schildeinheit in der Umgebung des Loches verläuft, parallel verlaufen. Die Anlageflächen können auch eben oder im Wesentlichen, d. h. bis auf eine vorgegebene Abweichung, eben sein. Dies vereinfacht die Herstellung der Lochverstärkungseinheit. Alternativ können die Anlageflächen nicht parallel verlaufen und/oder uneben ausgeführt sein.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Neigung der Anlagefläche des Scheibenkopplungsteils und/oder der Anlagefläche des Hülsen-Kopplungsteils relativ zu der axialen Richtung zwischen 1° und 45° beträgt, bevorzugt zwischen 1° und 25°, besonders bevorzugt zwischen 4° und 10°. Diese Neigung hat sich dabei als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Sicherheit der verliersicheren Verbindung zwischen den beiden Elementen, der bei der Montage erzielbaren Verschiebbarkeit, und der Einfachheit in der Herstellbarkeit herausgestellt.
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Ein weiterer Aspekt bezieht sich auf eine Schildeinheit mit einer oder mehreren Lochverstärkungseinheiten nach einer der beschriebenen Ausführungsformen, welche in einem oder mehreren entsprechenden zu verstärkenden Löchern der Schildeinheit angeordnet sind. Die Schildeinheit kann eine Dicke zwischen 0,2 mm und 2,5 mm aufweisen, insbesondere zwischen 0,6 mm und 1,7 mm.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Schildeinheit dabei mit einem sich durch zumindest eine der Lochverstärkungseinheiten hindurch erstreckenden Befestigungselement wie einem Schraubenelement, an einem weiteren Bauteil befestigt. Dabei können in einer ersten Konfiguration der Scheiben-Auflagebereich bereichsweise an der ersten Seite der Schildeinheit anliegen und der Hülsen-Auflagebereich bereichsweise an der zweiten Seite der Schildeinheit anliegen, wobei das Scheiben-Kopplungsteil (insbesondere mit einer End-Kantenfläche als Bund des Scheiben-Kopplungsteils) an dem Hülsen-Auflagebereich anliegt, und zwar in einem Bereich des Hülsen-Auflagebereich, welcher grundsätzlich auch zur Anlage an die zweite Seite der Schildeinheit geeignet ist. Der Scheiben-Kopplungsteil kommt somit an den Hülsen-Auflagebereich zum Anschlag und bildet so einen Krafthauptschluss. Die Schildeinheit ist dann im Kraftnebenschluss. Dabei wird in dem Bereich der Schildeinheit, welcher zwischen den beiden Auflagebereichen angeordnet ist, idealerweise das Material der Schildeinheit komprimiert, jedoch nicht vollständig, so dass die Schildeinheit relativ zur Lochverstärkungseinheit für hohe Verschiebekräfte, beispielsweise Verschiebekräfte von mehr als 500 Newton, wie sie durch thermische Spannungen auftreten, verschiebbar bleibt. Entsprechend wird hier vorteilhaft eine Verschiebbarkeit vor bzw. während der Montage durch geringe Kräfte von weniger als 50 Newton und eine Verschiebbarkeit nach der Montage für größere Kräfte von beispielsweise mehr als 500 Newton erreicht.
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In einer alternativen zweiten Konfiguration liegen der Scheiben-Auflagebereich bereichsweise an der ersten Seite der Schildeinheit an und der Hülsen-Auflagebereich bereichsweise an der zweiten Seite der Schildeinheit, wobei der Scheiben-Kopplungsteil (insbesondere mit der End-Kantenfläche) nicht an dem Hülsen-Auflagebereich anliegt und liegt somit in keinem Bereich des Hülsen-Auflagebereichs an, welcher auch zur Anlage an die zweite Seite der Schildeinheit geeignet ist. Dadurch ist die Lochverstärkungseinheit wie auch in der ersten Konfiguration vor oder bei der Montage gegenüber der Schildeinheit mit geringen Kräften verschiebbar, kann jedoch im Betrieb nach der Montage keine Verschiebekräfte, insbesondere keine durch thermische Verspannungen bedingte Verschiebekräfte ausgleichen, da der Krafthauptschluss in diesem Fall über das Material der Schildeinheit im Bereich zwischen den beiden Auflagebereichen erfolgt. Dies erhöht die Flexibilität des Einsatzbereiches für mehr unterschiedliche Dicken der Schildeinheit. Es wird entsprechend weiterhin durch den durch die Lochverstärkungseinheit vergrößerten Durchmesser die Dauerhaltbarkeit der Befestigung der Schildeinheit an den Bauteilen erhöht.
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Ein weiterer Aspekt betrifft ein Werkzeug für das Herstellen einer Schildeinheit nach einer der beschriebenen Ausführungsformen. Das Werkzeug ist ausgebildet zum Erzeugen der Anlagefläche des Hülsen-Kopplungsteils mit einem Aufbiegen des Hülsen-Kopplungsteils eines in das Werkzeug eingelegten Roh-Hülsenelements durch ein Stempelelement des Werkzeugs bei in das Werkzeug eingelegtem Scheibenelement und in das Werkzeug eingelegter Schildeinheit. Durch das Stempelelement kann das Hülsen-Kopplungsteil somit konisch aufgebogen werden, und damit durch das Aufbiegen die verliersichere mechanische Kopplung oder Verbindung zwischen Scheibenelement und Hülsenelement erzeugt werden. Dafür wird der Hülsen-Kopplungsteil vor dem Aufbiegen, also das Roh-Hülsenelement, durch das Scheiben-Kopplungsteil gesteckt.
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Entsprechend weist das Stempelelement bevorzugt einen Konus auf, welcher bei dem Aufbiegen an dem Hülsen-Kopplungsteil anliegt, und dessen Neigung in der axialen Richtung der Neigung der konischen Anlagefläche des Hülsen-Kopplungsteils des fertigen Hülsenelementes weitgehend entspricht. Anstelle des Konus kann das Werkzeug zum Aufbiegen des Hülsen-Kopplungsteils auch eine Kugel oder eine -beispielsweise dreiseitige- Pyramide aufweisen. Bevorzugt kann das Werkzeug ausgebildet sein, die konische Anlagefläche durch ein Aufbiegen eines zylindrischen Hülsen-Kopplungsteils des Roh-Hülsenelements, welches nach dem Aufbiegen das Hülsenkopplungsteil mit der konischen Anlagefläche bildet, zu erzeugen.
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Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des Werkzeugs entsprechen dabei Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen der Lochverstärkungseinheit.
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Ein weiterer Aspekt betrifft das Herstellen einer Schildeinheit nach einer der geschilderten Ausführungsformen, wobei zusätzlich zu den Verfahrensschritten, welche für das Werkzeug beschrieben sind, noch ein jeweiliges Einlegen von dem Scheibenelement, der Schildeinheit ohne die Lochverstärkungseinheiten, und dem Roh-Hülsenelement in das Werkzeug umfasst. Auch hier ergeben sich Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen aus den für die anderen Aspekte beschriebenen Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen.
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Die vorstehend in der Beschreibung, auch im einleitenden Teil, genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
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Anhand der in den nachfolgenden Figuren gezeigten schematischen Zeichnungen soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine beispielhafte Ausführungsform einer Lochverstärkungseinheit, welche in ein zu verstärkendes Loch einer Schildeinheit eingesetzt ist, in einer Schnittdarstellung;
- 2 die Ausführungsform von 1 in einem beispielhaften Werkzeug, ebenfalls in einer Schnittansicht;
- 3 eine beispielhafte Ausführungsform einer Lochverstärkungseinheit, in einer ersten beispielhaften Montagekonfiguration, in einer weiteren Schnittansicht;
- 4 die Lochverstärkungseinheit aus 3 in einer weiteren beispielhaften Montagekonfiguration, ebenfalls in einer Schnittdarstellung;
- 5 eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Lochverstärkungseinheit, welche in ein zu verstärkendes Loch einer Schildeinheit eingesetzt ist, in einer Schnittdarstellung; und
- 6 noch eine beispielhafte Ausführungsform einer Lochverstärkungseinheit, welche in ein zu verstärkendes Loch einer Schildeinheit eingesetzt ist, in einer Schnittdarstellung; und
- 7 die beispielhafte Lochverstärkungseinheit aus 1, welche in ein zu verstärkendes Loch einer Schildeinheit eingesetzt, aber noch nicht verpresst und damit noch nicht aufgebogen ist.
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In den Figuren sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Lochverstärkungseinheit 1 für eine Schildeinheit 2, mit einem Scheibenelement 3 und einem Hülsenelement 4. Das Scheibenelement 3 weist dabei einen Scheiben-Auflagebereich 3a, der zur bereichsweisen Anlage an einer ersten Seite 2a der Schildeinheit 2 ausgebildet ist auf, sowie einen Scheiben-Kopplungsteil 3b, welcher ausgebildet ist, von der ersten Seite 2a her in ein durch die Lochverstärkungseinheit 1 zu verstärkendes Loch 5 der Schildeinheit 2 zu ragen. Das Hülsenelement 4 weist entsprechend einen Hülsen-Auflagebereich 4a auf, der zur bereichsweisen Anlage an einer der ersten Seite der Schildeinheit 2 gegenüberliegenden zweiten Seite 2b der Schildeinheit 2 ausgebildet ist, sowie einen Hülsen-Kopplungsteil 4b, der ausgebildet ist, von der zweiten Seite 2b her in das durch die Lochverstärkungseinheit 1 zu verstärkende Loch 5 der Schildeinheit 2 und in das Scheibenelement 3 zu ragen. Das gezeigte Beispiel ist rotationssymmetrisch bezüglich einer Mittelachse M des Loches 5 ausgeführt.
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Scheiben-Kopplungsteil 3b und Hülsen-Kopplungsteil 4b sind dabei ausgebildet, Scheibenelement 3 und Hülsenelement 4 mechanisch miteinander zu koppeln, indem sie sich im Bereich von jeweiligen sich verjüngenden, in diesem Beispiel konischen Anlageflächen 3c, 4c hintergreifen. Die hier konische Anlagefläche 3c des Scheibenkopplungsteils 3 ist dabei der Mittelachse M, welche auch eine axiale Richtung der Lochverstärkungseinheit 1 bestimmt, des zu verstärkenden Loches 5 zugewandt, die hier konische Anlagefläche 4c des Hülsenkopplungsteils 4 der Mittelachse M des zu verstärkenden Loches 5 abgewandt. Die konischen Anlageflächen 3c, 4c verjüngen sich dabei in einer Richtung von der ersten Seite 2a der Schildeinheit 2 zur zweiten Seite 2b der Schildeinheit 2 hin, also vorliegend in positiver y-Richtung. Die die konische Anlageflächen 3c, 4c bildende Verformung an dem Hülsenelement 4 kann alternativ auch nur punktuell erfolgen, sodass in anderen Schnittebenen als der hier gezeigten eine andere Geometrie von Hülsenelement 4 und/oder Scheibenelement 3 vorliegen kann.
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Insbesondere können also auch nicht-rotationssymmetrische Scheiben- und/oder Hülsenelemente 3, 4 eingesetzt werden, bei denen das für den rotationssymmetrischen Fall Beschriebene nur in einer oder mehreren abzählbar vielen parallel zur Mittelachse M verlaufenden Schnittebenen gilt. Insbesondere kann die konische Anlagefläche 3c rotationssymmetrisch und umlaufend ausgeführt sein und die konische Anlagefläche 4c an genau drei Ausspreizungen des Hülsenkopplungsteils gebildet sein.
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Entsprechend ist in der vorliegenden Ausführungsform ein kleinster Radius ri1 der konischen Anlagefläche 4c des Hülsenkopplungsteils 4 kleiner als ein kleinster Radius ri2 der konischen Anlagefläche 3c des Scheibenkopplungsteils 3, und hier auch ein größter Radius ra1 der konischen Anlagefläche 4c des Hülsenkopplungsteils 4 kleiner/gleich als ein größter Radius ra2 der konischen Anlagefläche 3c des Scheibenkopplungsteils 3. So sind hier Scheibenelement 3 und Hülsenelement 4 durch die jeweiligen Kopplungsteile 3b, 4b in einer axialen Richtung, hier der y-Richtung, beweglich miteinander gekoppelt. Die Größe des Spaltes 6 in y-Richtung hängt dabei jedoch auch von einer Dicke d der Schildeinheit 2 ab, wie weiter unten noch gezeigt. Die Neigung α der Anlageflächen 3c, 4c entsprechen hier einem Winkel zwischen 4° und 10°, genauer vorliegend 7°.
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Die Lochverstärkungseinheit 1 besteht vorliegend aus den beiden Elementen 3 und 4, welche hier jeweils einstückig ausgeführt sind. Scheibenelement 3 und Hülsenelement 4 sind im gezeigten Beispiel als Biege-Stanz-Teil aus einem Blech von im Wesentlichen konstanter Dicke, d. h. bis auf Fertigungstoleranzen konstanter Dicke, ausgeführt.
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In 2 ist die Lochverstärkungseinheit 1 mit der Schildeinheit 2 aus 1 in ein Werkzeug 10 eingelegt dargestellt. Das Werkzeug 10 ist dabei für das Herstellen einer Schildeinheit 2 mit darin befestigter Lochverstärkungseinheit 1 ausgebildet und dient dabei insbesondere dem Erzeugen der konischen Anlagefläche 4c des Hülsen-Kopplungsteils 4b mit einem Aufbiegen des Hülsenkopplungsteils 4b eines in das Werkzeug eingelegten Roh-Hülsenelementes mit zylindrischem Hülsen-Kopplungsteil, welches also vor dem Aufbiegen durch das Werkzeug an Stelle der konische Anlagefläche eine zylindrische (Anlage)Fläche oder eine konische Anlagefläche mit einer geringeren Neigung α aufweist. Dies erlaubt das Stecken des Hülsen-Kopplungsteils 4b des Roh-Hülsenelements durch das Scheiben-Kopplungsteil 3b vor dem Aufbiegen. Das Werkzeug 10 weist dabei eine Halterung 10b auf, in welche Schildeinheit 2, Scheibeneinheit 3 und das Hülsenelement 4 bzw. das Roh-Hülsenelement eingelegt werden, sowie ein Stempelelement 10a, welches relativ zu den Halteelementen 10b in axialer Richtung, vorliegend in positiver y-Richtung bewegbar ist, um das zylindrische Roh-Hülsenkopplungsteil aufzubiegen und so die konische Anlagefläche 4c und damit die mechanische Kopplung zwischen Scheibenelement 3 und Hülsenelement 4 zu erzeugen.
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In 3 ist ein beispielhaftes Szenario mit einer mittels eines Schraubenelementes 7 an einem Bauteil 8 angebrachten, mit der Lochverstärkungseinheit 1 verstärkten Schildeinheit 2 dargestellt. Dabei ist die Dicke d der Schildeinheit 2 sowie das Material der Schildeinheit 2 und auch die sonstigen Abmessungen der beiden Elemente 3, 4 derart bemaßt und aufeinander abgestimmt, dass bei dem Verschrauben mit einem vorgegebenen Drehmoment das Scheiben-Kopplungsteil 3b unter Komprimierung der Schildeinheit 2 an dem Hülsenauflagebereich 4a anliegt, und zwar hier mit einer Kragenendfläche 3d. Entsprechend kommt die Kragenendfläche 3d bzw. der Bund des Scheibenelementes an dem Hülsenauflagebereich 4a zum Anschlag und bildet somit den Krafthauptschluss, über welchen das Anzugsmoment des Schraubenelementes 7 zum überwiegenden Teil abgeleitet wird. Entsprechend wird das Schildteil 2 auf eine Dicke d' komprimiert, jedoch nicht vollständig komprimiert, so dass es für beispielsweise thermisch bedingte Verschiebekräfte, insbesondere für thermisch bedingte Verschiebekräfte von mehr als 500N, verschiebbar bleibt. Der Abstand a (1) zwischen Kragenendfläche 3d und Hülsenauflagebereich 4a, der einem axialen Spiel der beiden Kopplungsteile 3, 4 entspricht, wird in dem vorliegend gezeigten verbauten Zustand durch das Schraubenelement 7 auf Null gebracht.
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In dem in 4 gezeigten Beispiel ist nun die Lochverstärkungseinheit 1 aus 3 beispielhaft mit einer anderen Schildeinheit 2, nämlich einer Schildeinheit 2 mit einer erhöhten Dicke d montiert. Daher erfolgt der Krafthauptschluss bei dem vorgegebenen Anzugsmoment des Schraubenelementes 7 über das Schildteil 2 selbst. In Folge ist der Bund des Scheiben-Kopplungsteils 3b, die Kragenendfläche 3d, nunmehr im gezeigten verbauten Zustand in axialer Richtung, d. h. in y-Richtung mit einem Abstand a größer Null und somit beabstandet von dem Hülsenauflagebereich 4a angeordnet.
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In den hier gezeigten Ausführungsformen sind die Innenflächen 4e des Durchgangslochs des Hülsenelementes 4 analog zu den konischen Anlageflächen 3c, 4c geneigt, was das Erkennen des Gewindelochs und das Ansetzen des Schraubenelementes 7 mit einer Zentrierspitze bei der Montage erleichtert. Entsprechend kann bei der Montage das Schraubenelement 7 selber genutzt werden, um per Hand das Lochverstärkungselement 1 zu verschieben, wobei das Schraubenelement 7 weder beim Ansetzen noch beim Zentrieren behindert oder beschädigt wird.
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In 5 ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Lochverstärkungseinheit 1 gezeigt. In diesem Beispiel umfassen die sich verjüngenden Anlageflächen 3c, 4c je zumindest eine Rastnase 3f, 4f, wobei die Rastnasen 3f, 4f an einem von dem Auflagenbereich 3a, 4a des zugehörigen Scheiben- oder Hülsenelements 3, 4 entfernten Ende des jeweiligen Kopplungsteils 3b, 4b angeordnet sind. Im vorliegenden Beispiel schließt sich die beispielhaft als Rastkragen ausgeführte Rastnase 3f des Scheibenelements 3 an die Kragenendfläche 3d an, und die umlaufende Rastnase 4f, an die Kragenendfläche 4d.
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Eine der Mittelachse M zugewandte Innenfläche 4e des Hülsenelements 4 verläuft hier parallel zur Mittelachse M, was durch die Rastnasen 3f, 4f ermöglicht wird. Diese Orientierung der Innenfläche 4e kann bereits vor der Montage des Hülsenelements 4, d.h. vor dem Einschieben des Hülsenelements 4 in das Scheibenelement 3 vorliegen. Entsprechend kann dann das Hülsenelement 4 mit einer ausreichend großen Kraft in negativer y-Richtung in das Scheibenelement eingeklippt werden ohne dass ein spezielles Biege- oder Prägewerkzeug erforderlich ist.
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Die in 6 gezeigte beispielhafte Ausführungsform weist hingegen eine Innenfläche 4e auf, welche vor der Montage geneigt zur Mittelachse M verläuft und daher nach der Montage aufgebogen werden muss um das Hülsenelement 4 mechanisch mit dem Scheibenelement 3 zu koppeln. Nach dem Aufbiegen der Innenfläche entspricht die in 6 gezeigte Ausführungsform der von 5.
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In 7 ist nochmal die Lochverstärkungseinheit aus 1 gezeigt, welche in ein zu verstärkendes Loch einer Schildeinheit eingesetzt, aber mit dem in 2 gezeigten Werkzeug 10 noch nicht verpresst und damit noch nicht aufgebogen ist. Das Hülsenelement 4 weist somit vorliegend noch einen Hülsen-Kopplungsteil 4b auf, dessen Radien ri1 und ra1 noch nicht die Bedingungen von 1 erfüllen. Entsprechend ist vorliegend der der Kragenendfläche 4d nähere Radius ra1 noch nicht größer als der dem Hülsen-Auflagebereich 4a nähere Radius ri1, sodass das Hülsenelement 4 in das Scheibenelement 3 in negativer y-Richtung eingesteckt werden kann. Mit dem Verpressen bzw. Aufbiegen bzw. Verbördeln das in 2 gezeigt ist, wird jedoch eine auf Grund des Spiels a (1) entlang der y-Richtung bewegliche mechanische Kopplung, d.h. eine lose mechanische Kopplung, von Hülsenelement 4 und Scheibenelement 3 erzeugt. Diese Beweglichkeit in y-Richtung kann nach der Verbördelung aufgrund der sich verjüngenden Anlageflächen nur aufeinander zu erfolgen.
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Vor dem Verpressen mit dem Werkzeug 10 verläuft die Innenfläche 4e des Durchgangloches hier jedoch noch parallel zur Mittelachse M, womit hier gilt, dass die hier gezeigten Radien ri1 und ra1 gleich sind oder im Wesentlichen gleich sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1054386 B1 [0004]
- EP 2419308 B1 [0005]
- EP 3252340 A1 [0006]
- DE 102004033552 A1 [0006]
- GB 1029932 A [0007]