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Technisches Gebiet:
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Schraubdoms
sowie eine Bauteilverschraubung mit einem in einem plastischen Werkstoff
als sackförmiges
oder als durchgängiges
Kernloch ausgeführten
Schraubdom, der eine hohlzylinderförmige Kernlochwandfläche aufweist,
und mit einer Schraube, die über
ein Außengewinde
mit wenigstens einem Gewindegang verfügt und die unter Ausbildung
einer schraubenförmigen
Kontaktfläche
zwischen der Schraube und dem Werkstoff in den Schraubdom einschraubbar
ist.
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Stand der Technik:
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Die
Schraubverbindung stellt eine der wichtigsten Möglichkeiten zum Verbinden unterschiedlicher Bauteilkomponenten
bzw. zum Befestigen eines Bauteils dar. Hierbei ist allen Arten
von Schraubverbindungen gemein, dass es sich bei der jeweiligen
Schraubenbewegung um eine räumliche
Bewegung um und längs
einer festen Achse, der Schraubenachse handelt.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Direktverschraubung,
bei der die Schraube während des
Schraubvorgangs das Gewinde in das jeweilige Bauteil hineinformt.
Während
des Schraubvorgangs schneiden sich die Gewindegänge in das Werkstück und verdrängen einen
Teil des Werkstoffs in die zwischen den Gewindegängen befindlichen Gewindelücken. Je
nach Gewinde bzw. Art des Werkstoffs, in den die Schraube eingeschraubt
wird, kann während
des Verdrängungsprozesses
in bestimmten Bereichen sogar die Fließgrenze des plastischen Werkstoffs
erreicht, bzw. sogar überschritten
werden.
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Der
wesentliche Vorteil einer Direktverschraubung gegenüber anderen
Verschraubungsarten besteht darin, dass die Verschraubung auch bei
dynamischen Belastungen, wie sie bspw. im Fahrzeugbau zu berücksichtigen
sind, sehr sicher ist. Dies ist vor allem auf die Selbsthemmung
der Schraube, die spielfreie Verschraubung und darauf, dass die
gesamte Schraubenfläche,
die mit dem Werkstoff im Eingriff steht, tragende Funktion übernimmt, zurückzuführen. Darüber hinaus
wird bei einer Direktverschraubung kein zusätzliches Befestigungselement,
wie etwa eine Mutter, benötigt
und die für
eine sichere Verschraubung benötigte
Vorspannung ist sehr gering. Aus diesem Grund kann bei einer Direktverschraubung
die Schraube auch mit einem verhältnismäßig niedrigen
Einschraubmoment schnell und zuverlässig angezogen werden. Dies
ist ein wesentlicher Grund dafür,
dass die Direktverschraubung auch aus fertigungs- bzw. montagetechnischen
Gründen
erhebliche Vorteile gegenüber
anderen Verschraubungstechniken aufweist. Insbesondere aus der Montage
von Kunststoffbauteilen ist der Einsatz von Direktverschraubungen
nicht mehr wegzudenken.
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Bei
der Herstellung einer Direktverschraubung in Kunststoffen wird das
während
des Schraubvorgangs von den Gewindegängen verdrängte Kunststoffmaterial regelrecht
in den zwischen benachbarten Gewindegängen befindlichen Freiraum
gequetscht. Der Kernlochdurchmesser wird hierbei derart gewählt, dass der
während
des Schraubvorgangs verdrängte
Kunststoff die Gewindezwischenräume
vollständig
ausfüllt.
Andererseits ist darauf zu achten, dass der Freiraum zwischen den
Gewindegängen
nicht zu klein gewählt
wird, damit das Einschraubmoment, vor allem wenn Direktverschraubungen
in Kunststoffbauteilen augeführt
werden, nicht zu hoch wird.
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In
diesem Zusammenhang beschreibt die
EP
0 589 399 eine selbstfurchende Schraube, deren Gewindegrund
derart gestaltet ist, dass das verdrängte Kunststoffmaterial im
Bereich der Lastflanke des Gewindes, die im wesentlichen ein Ausreißen der
Schraube verhindern soll, verdichtet wird. Um die gewollte Strömung und
Verdichtung des Kunstoffmaterials zu erreichen, soll die spezielle
Form des Gewindes sicher stellen, dass das Material beim Eindrehen
der Schraube erweicht, verschoben und verdichtet wird. Problematisch
an dieser Technischen Lösung
ist allerdings, dass das Kunststoffgefüge während des Schraubvorgangs auf
diese Weise verändert
wird, was wiederum zu Nachteilen hinsichtlich der Festigkeit des
Werkstoffes führen
kann.
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Um
das Gefüge
des verdrängten
Kunststoffmaterials weitgehend unverändert zu belassen wird daher in
der
DE 197 32 615
A1 eine Befestigungsschraube mit selbstfurchendem Gewinde
beschrieben, die sich durch vergleichsweise niedrige Gewindezähne auszeichnet.
Die Befestigungsschraube verfügt über einen
im wesentlichen durchgehend zylindrischen Gewindegrund und Gewindezähne, die
einen durchgehend gleich hohen Scheitel aufweisen, so dass die Schraube
in dem Kunststoffmaterial mit relativ geringer Eindringtiefe sitzt.
Damit trotz der geringen Eindringtiefe auch große Kräfte an der Schraube angreifen
können,
ohne dass die Gefahr des Ausreißens
besteht, weist das Gewinde eine geringe Steigung auf, so dass sich
eine große Anzahl
von Gewindegängen
im Kunststoffmaterial im Eingriff befindet.
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Neben
den Schrauben, die bei einer Direktverschraubung in einem plastischen
Werkstoff, wie etwa Kunstsoff eingesetzt werden, ist die Gestaltung
des Schraubdoms, also des Bereichs, in den die Schraube eingeschraubt
wird, von großer
Bedeutung. Schraubdome werden entweder als Sack- oder als Durchgangsloch ausgeführt und
sollen eine sichere und gleichzeitig effiziente Herstellung einer
Direktverschraubung sicherstellen. Bis auf den besseren Korrosionsschutz
bei der Sacklochvariante sind beide Lösungen gleichwertig. Je nach
Bauteilauslegung, Werkzeugauslegung, vorhandenem Bauraum und erforderlicher
Einschraublänge
wird die jeweilige Variante ausgewählt. Für jeden Kunststoff, in dem
die Verschraubung vorgenommen weren soll variiert die erforderliche
Einschraublänge
und damit die Gestaltung des Schraubdomes.
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Zur
Herstellung eines Schraubdomes sind im Wesentlichen zwei Varianten
bekannt. Eine Möglichkeit besteht
darin, an dem formgebenden Werkzeug, mit dem das Bauteil geformt
wird, Werkzeugbolzen vorzusehen, um die herum sich bei der Herstellung
Kunststoffmaterial ansammelt und so ein Sackloch erzeugt wird. Nachteilig
hierbei ist, dass zusätzliche
werkzeugtechnische Maßnahmen
vorzusehen sind und dass kein exaktes Lochbild für die Verschraubungen erzeugt
wird, da die Fertigungstoleranzen je nach Verfahren sehr groß sind.
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Eine
zweite Fertigungsvariante sieht daher vor, keine Werkzeuge mit entsprechenden
Werkzeugbolzen zu verwenden, sondern die Bauteile mit einer Bauteilwand,
die eine einheitliche Wanddicke aufweist, auszuführen und nachträglich Durchgangslöcher in
die Bauteilwand einzubringen, die als Schraubdom nutzbar sind. Bei
diesem Verfahren handelt es sich somit um ein zweistufiges Fertigungsverfahren,
bei dem nach Beendigung des ersten Verfahrensschrittes, also der
eigentlichen Herstellung des Bauteils, die Bauteiloberfläche geschlossen
ist. Erst in dem zweiten Fertigungsschritt wird der vorher durch
einen Werkzeugbolzen gebildete Schraubdom durch ein einfaches Durchbohren
der Materialdicke an der entsprechenden Bauteilstelle erzeugt. Diese
Vorgehensweise hat den Vorteil, dass die Lochbildtoleranzen sehr
genau eingehalten werden, andererseits aber den Nachteil, dass die
effektive Einschraublänge
der Verschraubung nur der Bauteildicke entspricht, die wiederum
relativ großen
Schwankungen unterliegt. Die Herstellung einer funktionssicheren,
zuverlässigen Verschraubung
ist daher mit dem letztgenannten Verfahren nicht möglich. Ein
weiteres Problem, das sich auf Grund der geringen Einschraublänge in der
Bauteilwand ergibt, ist, dass die für die Verschraubung notwendigen,
sehr geringen Einschraubmomente nicht prozessicher beherrschbar
sind.
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Ausgehend
von dem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zu Grunde, eine Bauteilverschraubung anzugeben, die eine sichere
und fertigungstechnisch effektive Direktverschraubung von Bauteilen
aus plastischen Werkstoffen ermöglicht.
Insbesondere soll die Direktverschraubung auch die sichere Befestigung
von Bauteilen komplizierter Geometrie ermöglichen. Ferner besteht die
Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem sicher,
zuverlässig
und kostengünstig
ein Schraubdom herzustellen ist, der die einfache Realisierung einer
Direktverschraubung ermöglicht.
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Die
der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird mit einer Bauteilverschraubung,
die die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, gelöst. Außerdem wird
im Anspruch 7 ein Verfahren zur Herstellung eines Schraubbdoms,
mit dem die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe lösbar ist,
angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie
der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist eine
Bauteilverschraubung in einem zumindest teilweise einen plastischen
Werkstoff aufweisenden Bauteil mit einem als sackförmiges oder
als durchgängiges
Kernloch ausgeführten Schraubdom,
der eine hohlzylinderförmige
Kernlochwandfläche
aufweist, und mit einer Schraube, die über ein Außengewinde mit wenigstens einem
Gewindegang verfügt
und die unter Ausbildung einer schraubenförmigen Kontaktfläche zwischen
der Schraube und dem Werkstoff in den Schraubdom einschraubbar ist,
derart weitergebildet, dass die hohlzylinderförmige Kernlochwandfläche des
Schraubdoms wenigstens zwei, zumindest teilweise in Längsrichtung
des Schraubdoms von einander räumlich
beabstandete Kernlochwandflächenbereiche
aufweist.
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Die
Bauteilverschraubung mit den vorgenannten Merkmalen zeichnet sich
somit dadurch aus, dass die mit der Schraube im Eingriff befindliche
Fläche
des Schraubdomes nicht zusammenhängend
sondern mit zwei zumindest teilweise in Längsrichtung des Schraubdomes
von einander räumlich
beabstandeten Flächenbereichen
ausgeführt
ist. Auf diese Weise ist der während
der Herstellung einer Direktverschraubung effektiv im Eingriff befindliche
Gewindebereich, der ein Ausreißen
der Schraube aus dem plastischen Werkstoff verhindern soll, auf
wenigstens zwei Bereiche verteilt. Die für die jeweilige Direktverschraubung
erforderliche Einschraublänge
ist somit auch bei komplizierter Bauteilgeometrie zu erreichen,
indem die jeweils für
den Eingriff mit der Schraube vorgesehenen Bereiche des Schraubdomes
in separate, räumlich
von einander beabstandete Abschnitte aufgeteilt werden. Hierbei
ist es unerheblich, ob der Bereich des Schraubdoms, der mit dem Außengewinde
der Schraube in Kontakt gebracht wird, in zwei oder noch mehr Teilbereiche
aufgeteilt ist. Wesentlich ist lediglich, dass die verschiedenen
Teilbereiche in Längsrichtung
des Schraubdomes zumindest teilweise beabstandet angeordnet sind.
Die Festlegung der Anzahl und Größe der jeweiligen
Teilbereiche und damit der Einschraublänge bzw. der Aufteilung der
Einschraublänge
erfolgt in Abhängigkeit
der Bauteilauslegung, der Werkzeugauslegung sowie des vorhandenen
Bauraums.
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Eine
besondere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Bauteilverschraubung
sieht vor, dass das zu verschraubende Bauteil eine Bauteilwand aufweist,
die wenigstens abschnittsweise wellen- und/oder faltenförmig ausgeführt ist,
wobei die einzelnen Wellen bzw. Falten jeweils über Durchgangslöcher verfügen, deren
Mittenachsen zumindest annähernd
zusammenfallen. Vorzugsweise ist die Bauteilwand aus einem thermoplastischen
Kunststoff gefertigt. Je nach den Anforderungen an die Einschraublänge, die
für die
Herstellung einer gegen Ausreißen
sicheren Direktverschraubung erforderlich ist, wird die Bauteilwand
in den für
die Verschraubung vorgesehenen Bereichen so oft gewellt und/oder
gefaltet sowie in die Bereiche Durchgangslöcher eingebracht, dass die
Summe der Wandstärken
der einzelnen gewölbten
und/oder gefalteten Abschnitte der Bauteilwand mindestens genauso
groß,
wie die erforderliche Einschraublänge ist. Vorzugsweise sind
die Wandstärken
der einzelnen Abschnitte der Bauteilwand gleich groß. Es ist
aber auch denkbar, die Bauteilwand derart zu wellen und/oder zu
falten, dass die Wandstärken
der einzelnen Abschnitte ungleich groß sind.
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Da
es sich bei dem Bauteil, in dem die Direktverschraubung eingebracht
werden soll, vorzugsweise um ein Bauteil handelt, das eine überwiegend
geschlossene Oberfläche aufweist,
stellen die im gewellten bzw. im gefalteten Bereich vorgesehenen
Durchgangslöcher
zunächst
offene Verbindungen zwischen dem Außenbereich des Bauteils und
dem Bauteilinnenraum dar. Vorzugsweise wird der gewindeformende
Schraubvorgang daher derart gestaltet, dass diese, zum Außenbereich
des Bauteils offenen Bereiche, durch die Verschraubung wieder geschlossen
werden, so dass keine Medien über
die Durchgangslöcher
in das geschlossene Bauteil eindringen können.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird eine zulässige
Mittentoleranz des Schraubdoms, die ein Maß für den Abstand zwischen einer
in Längsrichtung
des Schraubdomes verlaufenden Ist-Mittenachse zur Soll-Mittenachse
ist, in Abhängigkeit
der Größe des Bauteils,
das den Schraubdom aufweist, gewählt.
Bei Bauteilen mit einer Größe von bis
zu 1200 × 300 × 300 mm
wird für
die zulässige
Mittentoleranz vorzugsweise ein Wert von 5 mm gewählt. Bei
größeren Bauteilen,
bspw. Des sog. Aeropakets bei Nutzfahrzeugen, ist es allerdings
auch denkbar, dass die zulässige
Mittentoleranz bauteilangepasst größer gewählt wird.
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Alternativ
zur bereits erläuterten
wellen- bzw. faltenförmigen
Ausgestaltung der Bauteilwand ist es ebenfalls denkbar, an der Bauteilwand
Rippen vorzusehen, die derart mit entsprechenden Löchern versehen werden,
dass sich die Lochöffnungen
der verschiedenen Löcher
wenigstens teilweise überdecken,
so dass eine Schraube in den aus den gelochten Rippen gebildeten
Schraubdom einschraubbar ist. Auch bei dieser Ausführungsvariante
ist es vorteilhaft, die Lagetoleranz der Löcher derart zu wählen, dass
die Ist-Mittenachsen der Löcher
in den einzelnen Rippen nicht mehr als 5 mm von der Lage der Soll-Mittenachse
abweichen.
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Um
die erfindungsgemäße Bauteilverschraubung
in einer Bauteilwand eines Kunststoffbauteils verwirklichen zu können ist
vorzugsweise ein Schraubdom vorzusehen, der mit einem Verfahren
hergestellt wird, bei dem das Kunststoffbauteil mittels eines Rotationsschmelzverfahrens
erzeugt wird, und das sich dadurch auszeichnet, dass in einen ersten
Wandabschnitt der Bauteilwand ein Durchgangsloch mit zwei in gegenüberliegenden
Oberflächenbereichen
des ersten Wandabschnitts befindlichen Lochöffnungen eingebracht wird und in
wenigstens einen zweiten Wandbschnitt der Bauteilwand ein Durchgangs-
oder ein Sackloch mit wenigstens einer in einem Oberflächenbereich
des zweiten Wandabschnittes befindlichen Lochöffnung eingebracht wird und
dass die Bauteilwand derart geformt wird, dass sich die Lochöffnungen
des ersten und des zweiten Wandabschnitts räumlich beabstandet wenigstens
teilweise überdecken.
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Genauso
ist es allerdings auch denkbar, das Kunststoffbauteil mit Hilfe
eines Blasverfahrens, Thermoplastspritzgießens, Heißpressens, Thermoformens, Handlaminierens,
mittels eines spanenden Fertigungsverfahrens oder eines anderen
Verfahrens, das üblicherweise
zur Herstellung von Kunststoffbauteilen eingesetzt wird, zu erzeugen.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird zunächst
entweder mit einem Verfahren, das nur mit einer bauteilformenden
Werkzeughälfte
arbeitet, wie etwa das Rotationsschmelzverfahren, mit einem urformenden Herstellverfahren,
wie etwa Thermoplastspritzgießen
bzw. Heißpressen
(SMC) oder mit einem spanenden Herstellungsverfahren ein Kunststoffbauteil
mit einer zumindest weitgehend geschlossenen Oberfläche hergestellt.
Die urformenden Herstellverfahren zeichnen sich hierbei durch besonders
geringe Herstelltoleranzen aus, so dass die für die Erzeugung von Schraubdomen
erforderlichen Lochbilder vorzugsweise mit der Herstellung des Bauteils
in die Bauteilwand eingebracht werden. In diesem Fall wird das gesamte
Kunststoffbauteil mit den Schraubdomen in einem Verfahrensschritt
gefertigt.
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Beim
Rotationsschmelzverfahren ist es hingegen vorteilhaft, die für die Herstellung
der Schraubdome benötigten
Löcher
in einem zweiten Verfahrensschritt in die Bauteilwand einzubringen.
Hierbei wird nach der Herstellung eines geschlossenen Kunststoffbauteils
das erforderliche Lochbild mit Hilfe eines Fräs- und/oder eines Bohrvorgangs
in die Bauteilwand eingebracht.
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In
einer weiteren, besonders geeigneten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
fräßt ein Fräser ausgehend
von einem Bauteilreferenzpunkt das entsprechende Lochbild derart,
dass die erzeugten Schraubdome aus wenigstens zwei in Längsrichtung
der Schraubdome räumlich
zumindest teilweise beabstandeten Durchgangs- und oder Sacklöchern gebildet
werden. Vorzugsweise ist die Bauteilwand wellen- und/oder faltenförmig ausgeführt, so
dass mit einem Fräsvorgang
ein Schraubdom mit wenigstens zwei räumlich von einander beabstandeten
Bereichen gebildet werden, die während
des Verschraubungsvorgangs mit dem Gewinde der Schraube in Kontakt
gebracht werden. Auf Grund der zumindest abschnittsweise wellen- bzw.
faltenförmigen
Gestaltung der Bauteilwand werden für den Schraubdom zwei oder
mehr hintereinander liegende Wandbereiche mit der entsprechenden
Materialdicke für
die Direktverschraubung genutzt. Die Größe der zu realisierenden Einschraublänge wird
hierbei durch die Anzahl der von einer Schraube durchörterten, hintereinander
liegenden Wandabschnitte bestimmt.
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Im
Folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels ohne Beschränkung des
allgemeinen Erfindungsgedankens unter Zugrundelegung der Figuren
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 Darstellung
eines Schraubdomes in einer wellenförmig ausgebildeten Bauteilwand
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2 Draufsicht
auf einen Schraubdom
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3 Luftansaugschacht
eines Lastkraftwagens
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4 Darstellung von nach dem Stand der Technik
als sackförmige
bzw. als durchgängige
Kernlöcher ausgeführten Schraubdomen
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5 Darstellung
der Bemassung von Einschraub- bzw. Durchgangslöchern
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1 zeigt
ein Bauteil 1, das über
einen Schraubdom 3 verfügt,
der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellt worden ist. Der Schraubdom 3 ermöglicht ferner
den Einsatz der erfindungsgemäßen Bauteilverschraubung,
mit der ein Deckel 8 mittels einer Direktverschraubung
am Bauteil 1 befestigt wird. Da die äußere Oberfläche der Bauteilwand 7 eine
hohe Güte
aufweist, kann der Deckel 8 sehr genau mit dem Bauteil 1 verfügt werden.
Demgegenüber
ist die innere Oberfläche
der Bauteilwand 6, die für die Befestigung des Deckels 8 unbedeutend
ist, verhälnismäßig rauh.
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Die
Bauteilwand 2 ist wellenförmig gestaltet und verfügt im Bereich
der wellenförmigen
Abschnitte 13 über
drei durchgängig
ausgeführte
Kernlöcher 12,
die gemeinsam einen Schraubdom 3 bilden und die in Längsrichtung
des Schraubdomes 3 räumlich
beabstandet zueinander angeordnet sind. Der Durchmesser der Kernlöcher 12 ist
hierbei derart dimensioniert, dass der während des Schraubvorgangs verdrängte Werkstoff die
Freiräume
zwischen den Gewindegängen
zumindest nahezu vollständig
ausfüllt.
Ferner verfügt
der aus den drei Durchgangslöchern 12 gebildete
Schraubdom 3 über
eine hohlzylinderförmige
Kernlochwandfläche 4,
die aus drei Kernlochwandflächenbereichen 5,
nämlich
den Mantelflächen
der Durchgangslöcher 12,
gebildet wird und die während
des Schraubvorgangs vom Außengewinde
der Schraube durchschnitten wird. Die Einschraublänge des
Schraubdomes 3 entspricht somit der Summe der Lochtiefen
der drei Durchgangslöcher 12.
Da die Lochtiefen wiederum der jeweiligen Wandstärke der Bauteilwand 2 entsprechen,
wird durch die wellenförmige
Ausbildung der Bauteilwand 2 sowie das Vorsehen entsprechender
Durchgangsbohrungen 12 in diesem Bereich die für eine zuverlässige Direktverschraubung
erforderliche Einschraublänge
realisiert, ohne dass an der Bauteilwand 2 spezielle Verstärkungen
vorgesehen werden müssen.
Bei der Auslegung der wellenförmigen
Abschnitte 13 wird eine Herstellungstoleranz berücksichtigt,
bei der die Istlage des Bohrungsmittelpunktes um bis zu 5 mm um
die Sollage schwanken darf.
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Die
Abdichtung des Bauteils 1 nach außen erfolgt auf Grund des gewindeformenden
Schraubvorgangs, durch den die drei Durchgangsbohrungen 12 wieder
geschlossen werden. Auf diese Weise wird sicher verhindert, dass
fremde Medien, wie etwa Luft oder Wasser, von außen in das geschlossene Bauteil 1 eindringen
können.
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Die
Einschraublänge,
also die Tiefe des Schraubdoms 3 und damit der Bereich
in dem eine Schraube bei einer Direktverschraubung mit dem Schraubdom 3 in
Kontakt gebracht wird, hängt
im Wesentlichen von der konstruktiven Gestaltung des Bauteils 1 sowie
des für
das Bauteil gewählten
Werkstoffs ab. Als Werkstoffe kommen sowohl thermoplastische als
duroplastische Kunststoffe in Frage. Mit Hilfe der folgenden Tabelle
lassen sich die optimalen Einschraublängen für drei besonders geeignete
thermoplastische Kunststoffe, nämlich für Acryl
Butadien Styrol/Polycarbonat-Blend (ABS/PC-Blend), für glasfaserverstärktes Polyamid
(PA 6.6-GF 30) und für
hartes Polyethylen (PE hart), ermitteln. Die zeichnerische Darstellung
der in der Tabelle angegebenen Größen dK,
damin, d1 und temin ist der 5 zu entnehmen.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf einen Schraubdom 3, der in einem wellenförmigen Abschnitt 13 der Bauteilwand 2 angeordnet
ist. Weiterhin ist eine in einem Abstand „r" zum Schraubdom 3 verlaufende,
gestrichelte Linie dargestellt, die den maximal zulässigen Abstand
eines Ist-Mittelpunktes des Schraubdoms 3 vom Soll-Mittelpunkt
repräsentiert.
Der Abstand „r" wird als zulässige Mittentoleranz
bezeichnet, die ein Maß für den Abstand
zwischen einer in Längsrichtung
des Schraubdomes verlaufenden Ist-Mittenachse zur Soll-Mittenachse ist.
Die Größe der jeweils
zulässigen
Mittentoleranz „r" wird in Abhängigkeit
der Größe eines
Bauteils, das den Schraubdom 3 aufweist, gewählt. Ein
mittlerer Wert für
die zulässige
Mittentoleranz „r", wie er etwa bei
der Herstellung eines Luftansaugschachts für ein Nutzfahrzeug verwendet
wird, liegt bei ca. 5 mm. Bei größeren Bauteilen,
wie etwa den seitlichen Windabweisern eines Lastkraftwagens, wird
die zulässige
Mindesttoleranz „r" in Abhängigkeit
der Bauteilgröße teilweise
auch erheblich größer gewählt.
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In 3 ist
ein Luftansaugschacht 9 abgebildet, der die, wie vorbeschrieben
ausgeführten
Schraubdome aufweist, und der bei Nutzfahrzeugen der Anmelderin
zum Einsatz kommt. Der Luftansaugschacht 9, über den
dem Motor Verbrennungsluft zugeführt
wird, wird hinter dem Fahrerhaus angeordnet und stehend, also in „hochgezogener" Ausführung, am
Fahrerhaus befestigt. Der Luftansaugschacht 9 weist im
seitlichen Bereich eine Lufteintrittsöffnung 10 und an der
Unterseite eine Luftaustrittsöffnung 11 auf.
Um zu verhindern, dass Gegenstände
in den Luftansaugschacht 9 gelangen, ist ein Schutzgitter
(nicht dargestellt) vorgesehen, das in Strömungsrichtung vor der Lufteintrittsöffnung 11 angeordnet
und mittels Direktverschraubungen am Luftansaugschacht 9 befestigt
wird.
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Um
das Schutzgitter befestigen zu können,
verfügt
der Luftansaugschacht über
acht Schraubdome 3 die über
den Umfang der Lufteintrittsöffnung
verteilt sind. Das Schutzgitter weist an den bei der Montage diesen
Schraubdomen 3 gegenüberliegenden
Stellen Durchgangslöcher
auf, durch die eine Befestigungsschraube gesteckt und beim Schraubvorgang
gewindeformend in die Schraubdome eingeschraubt wird. Die Bauteilwand
des Luftansaugschachts 9 ist an den für die Verschraubung vorgesehenen
Bereichen derart wellenförmig
ausgeführt
und mit Durchgangslöchern
versehen, dass die Schraubdome 3 drei in Längsichtung
der Schraubdome räumlich
von einander beabstandete Bereiche aufweisen, die das Gewinde der
Befestigungsschraube aufnehmen.
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Auf
Grund der Ausnutzung des Erfindungsgedankens bei der Herstellung
eines Luftansaugschachtes 9 wird somit eine sichere, auch
bei dynamischer Belastung geeignete Befestigung des Schutzgitters
am Luftansaugschacht 9 zur Verfügung gestellt, die einfach
und schnell zu montieren ist. Insbesondere werden für die vorbeschriebene
Bauteilverschraubung bei Kunststoffbauteilen keine zusätzlichen
Aufsteckmuttern oder ähnliche
Befestigungsmittel benötigt.
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Zum
Vergleich sind in 4 Kunststoffbauteile
dargestellt, die die aus dem Stand der Technik bekannten Schraubdome
aufweisen. 2a zeigt ein Kunststoffbauteil 1 mit
einer Bauteilwand 2, in der zwei Schraubdome 3 vorgesehen
sind. Die Schraubdome 3 dienen als Einschraublöcher für die Herstellung
einer Direktverschraubung im Kunststoffbauteil 1.
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Das
in 4a dargestellte Bauteil 1 ist mit Hilfe
des Rotationsschmelzverfahrens hergestellt worden. Beim Rotationschmelzverfahren
wird in den Innenraum eines Formwerkzeugs, das bei einer Temperatur
von ca. 200°C
in einem geheizten Ofen aufgeheizt wird, zunächst ein Kunststoff in pulverförmigem Zustand
eingebracht. Anschließend
wird das Formwerkzeug derart in eine "taumelnde" Bewegung versetzt, dass der Kunststoff
an der heißen
Werkzeugwand aufschmilzt und auf diese Weise in die gewünschte Form
gebracht wird. Da dieses Herstellungsverfahren mit nur einer bauteilformenden
Werkzeughälfte
arbeitet, erhält
die Außenseite
des Bauteils 1 eine definierte Form und Oberfläche während die
Innenfläche
eine weitgehend "unbearbeitete" Oberfläche aufweist.
Die Herstellung der Schraubdome 3 erfolgt bei Einsatz des
Rotationsschmelzverfahrens mit Hilfe von entsprechend ausgebildeten
Stiften, die auf der formgebenden Werkzeughälfte angebracht sind.
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Da
das Rotationsschmelzverfahren mit deutlich höheren Herstelltoleranzen als
urformende Herstellverfahren arbeitet und daher auch die Lochbildtoleranzen
in einer relativ großen
Bandbreite schwanken, kommt es während
der Direktverschraubung von Bauteilen in der Montage häufig zu
Schwierigkeiten. Aus diesem Grund ist aus dem Stand der Technik
ein weiteres Verfahren bekannt, bei dem das Lochbild mit Hilfe eines nachträglichen
Fräsvorgangs
hergestellt wird. Mit einem derartigen, quasi zweistufigen Verfahren
ist das in 4b dargestellte Bauteil 1 hergestellt
worden.
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Bei
dem in 4b dargestellten Bauteil 1 ist
die Oberfläche
der Bauteilwand 2 nach Abschluss des eigentlichen Bauteilformungsprozesses
zunächst
geschlossen und der Schraubdom 3 wird in einem zweiten Schritt
durch einfaches Durchbohren der Bauteilwand 2 an der entsprechenden
Bauteilstelle hergestellt. Da der Fräsvorgang ausgehend von einem
Bauteilreferenzpunkt durchgeführt
wird, werden bei diesem Herstellungsverfahren Lochbildtoleranzen
hoher Güte
für die
Schraubdome 3 eingehalten. Nachteilig ist allerdings, dass
der Schraubdom 3 in diesem Fall lediglich eine Schraubdomtiefe
und damit eine Einschraublänge
aufweist, die der Wandstärke
der Bauteilwand 2 entspricht. Da Kunststoffbauteile, wie
sie etwa im Fahrzeugbau verwendet werden, Materialdicken von etwa
3 bis 6 mm, die darüber
hinaus großen
Schwankungen unterliegen, aufweisen, sind die mit dem vorbeschriebenen
Verfahren hergestellten Schraubdome für eine funktionssichere Verschraubung
nicht geeignet.
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- 1
- Bauteil
- 2
- Bauteilwand
- 3
- Schraubdom
- 4
- Kernlochwandfläche
- 5
- Kerlochwandflächenbereich
- 6
- äußere Oberfläche der
Bauteilwand
- 7
- innere
Oberfläche
der Bauteilwand
- 8
- Deckel
- 9
- Luftansaugschacht
- 10
- Lufteintrittsöffnung
- 11
- Luftaustrittsöffnung
- 12
- Durchgangsloch
- 13
- wellenförmiger Abschnitt
- r
- zulässige Mittenabweichung
