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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Verbindungsrahmen zur Verbindung
zweier Bauteile in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus
der
DE 10 2004
058 481 A1 ist die Verbindung einer Zylinderkopfhaube mit
einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Verbindung
erfolgt über ein umlaufendes Rahmenelement an der Außenkante
der Zylinderkopfhaube, das auf einen Vorsprung auf der Zylinderkopfoberseite
aufgesteckt wird und das von einem Dichtungsmaterial umspritzt ist, über
das das Rahmenelement an der Zylinderkopfhaube gehalten ist. Hierdurch
wird eine wirksame Schwingungsentkopplung zwischen Zylinderkopf
und Zylinderkopfhaube erzielt, da kein unmittelbarer Kontakt zwischen
der Zylinderkopfhaube und dem Zylinderkopf besteht, sondern die
Anbindung allein über das Dichtungsmaterial erfolgt. Gemäß einer
in der
DE 10 2004
058 481 A1 aufgeführten Ausführungsvariante
ist vorgesehen, dass das Rahmenelement als umlaufender, geschlossener Ring
ausgeführt ist, der gegebenenfalls eine oder mehrere Durchbrechungen
aufweist, welche vom Dichtungsmaterial überbrückt
werden.
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Von
diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, mit einfachen Maßnahmen eine Verbindung zwischen
zwei zu einander feststehenden Bauteilen in einem Kraftfahrzeug zu
schaffen, die in einfacher Weise herzustellen ist und zugleich einen
Schwingungs- und Toleranzausgleich zwischen den Bauteilen ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben
zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Verbindungsrahmen dient zur Verbindung
von zwei zueinander feststehenden Bauteilen in einem Kraftfahrzeug,
wobei zur Schwingungsentkopplung bzw. -dämpfung der zwischen
den Bauteilen liegende Verbindungsrahmen zumindest teilweise von
Dichtungsmaterial umgeben ist. Über den Verbindungsrahmen
bzw. das am Verbindungsrahmen angespritzte Dichtungsmaterial, bei dem
es sich bevorzugt um ein spritzgussfähiges Elastomer handelt,
wird bevorzugt eine ausschließliche Kopplung zu beiden
zu verbindenden Bauteilen durchgeführt, was eine bestmögliche
Schwingungsdämpfung sowie einen optimalen Toleranzausgleich bei
der Relativpositionierung der beiden Bauteile zueinander erlaubt.
Der Rahmen dient in diesem Fall als Trägerelement für
das Dichtungsmaterial, das dem eigentlichen Stütz- und
Haltekräfte zwischen den Bauteilen überträgt.
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Gemäß einer
alternativen Ausführung kann es aber auch zweckmäßig
sein, die Verbindung zwischen dem Verbindungsrahmen und einem der
beiden Bauteile oder zu beiden Bauteilen über eine weitere
Verbindungs einrichtung herzustellen, bei der es sich insbesondere
um ein Verbindungselement aus festem bzw. hartem Material wie beispielsweise Kunststoff
handelt.
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Der
Verbindungsrahmen ist bei der erfindungsgemäßen
Ausführung in einzelne Rahmensegmente unterteilt, die untereinander über
flexible Koppelteile verbunden sind. Die flexiblen Koppelteile zwischen
den Rahmensegmenten erlauben eine relative Bewegung zweier unmittelbar
benachbarter Rahmensegmente in mindestens einer Raumrichtung, insbesondere
in Längsrichtung der Rahmensegmente. Zusätzlich
oder alternativ kommt aber auch eine Relativbewegung in eine oder
in beide Querrichtungen – quer zur Längsachse
der Rahmensegmente – in Betracht sowie gegebenenfalls auch
Verdrehungen um die Achsen. Diese relative Bewegungsmöglichkeit
zwischen benachbarten Rahmensegmenten verbessert in signifikanter
Weise den Toleranzausgleich zwischen den miteinander zu verbindenden Bauteilen
und erleichtert außerdem den Herstellungsprozess. Durch
die Segmentierung des Verbindungsrahmens können die einzelnen
Rahmensegmente in die gewünschte Relativposition zwischen den
zu verbindenden Bauteilen gebracht und dort fixiert werden. Das
flexible Koppelteil zwischen zwei Rahmensegmenten ermöglicht
hierbei Verschiebungen und gegebenenfalls auch Verdrehungen zwischen
den Segmenten, ohne die Stabilität zu beeinträchtigen.
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In
einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist
vorgesehen, dass das Koppelteil als flexibler Verbindungssteg ausgebildet
ist, der einteilig mit den Rahmensegmenten ausgebildet ist und zwischen zwei
benachbarten Rahmensegmenten verläuft. Die Rahmensegmente
weisen zueinander einen Mindestabstand auf, wobei die Lücke
zwischen den Rahmensegmenten von dem Koppelteil überbrückt
wird, das in der Ausführung als flexibler Verbindungssteg bevorzugt
als gemeinsames Spritzgussteil im gleichen Verfahrensschritt wie
die Rahmensegmente im Spritzgussverfahren hergestellt wird und somit
aus dem gleichen Material wie die Rahmensegmente besteht. Der Verbindungssteg
erlaubt eine relative Bewegung zwischen benachbarten Rahmensegmenten in
mindestens einer Richtung, wobei sowohl eine translatorische als
auch eine rotatorische Relativbewegungsmöglichkeit um eine,
um zwei oder um drei Achsen in Betracht kommt. Grundsätzlich
sind alle sechs translatorischen und rotatorischen Freiheitsgrade
in der Relativbewegung zwischen zwei Rahmensegmenten möglich,
wobei die Bewegung gegebenenfalls konstruktiv auf eine geringere
Anzahl an Freiheitsgraden eingeschränkt sein kann. Die
flexiblen Verbindungsstege erlauben aber zumindest in Achslängsrichtung
der Rahmensegmente eine Relativverschiebemöglichkeit, wobei
gegebenenfalls zusätzlich eine Relativverdrehung um die
Längsachse möglich ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen,
dass der Verbindungssteg einen Ausgleichsabschnitt aufweist, der
mit einer Kompo nente quer zu der gemeinsamen Längsachse
der Rahmensegmente verläuft. Konstruktiv kann dies beispielsweise
dadurch realisiert werden, dass der Ausgleichsabschnitt zwei zusammenhängende
Schenkel aufweist, die in V-Form angeordnet sind, wobei die freien
Enden der Schenkel mit den jeweiligen Rahmensegmenten einteilig
verbunden sind. Die zusammenlaufende Spitze der beiden Schenkel
liegt mit Querabstand zur Längsachse der Rahmensegmente,
jeder Schenkel schließt mit der Längsachse einen Winkel
größer als Null und kleiner als 90° ein.
Da der Verbindungssteg ebenso wie die Rahmensegmente üblicherweise
aus Kunststoff besteht, ist in der V-förmigen Ausführung
bei einer entsprechend geringen Wandstärke des Verbindungsstegs
eine hinreichend große Relativbewegungsmöglichkeit
zwischen den Rahmensegmenten und damit einhergehend ein ausreichender
Toleranzausgleich gegeben.
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Die
Rahmensegmente selbst können einen U-förmigen
Querschnitt aufweisen, was den Vorteil hat, dass bei der Umspritzung
mit dem Dichtungsmaterial, insbesondere dem Elastomer, eine bessere Anhaftung
an die Rahmensegmente gegeben ist. In das U-Profil kann ein Vorsprung
an einem der zu verbindenden Bauteile eingesteckt werden.
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Bei
den beiden Bauteilen, die über den Verbindungsrahmen miteinander
zu verbinden sind, handelt es sich beispielsweise um eine Zylinderkopfhaube,
die auf einem Zylinderkopf zu befestigen ist. In Betracht kommt
aber auch die Anbindung einer Ölwanne an den Motorblock
einer Brenn kraftmaschine. In beiden Fällen handelt es sich
um im Wesentlichen relativ zueinander feststehende Bauteile, die
zueinander keine Arbeitsbewegung ausführen, jedoch aufgrund
der im Betrieb entstehenden Vibrationen relativ zueinander kleine
Schwingungen ausführen. Diese Schwingungen werden über
die Verbindungseinrichtung mithilfe des mit Dichtmaterial umspritzten
Verbindungsrahmens wirksam gedämpft bzw. es findet ein
Toleranzausgleich statt.
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Das
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, beispielsweise einer Zylinderkopfhaube
oder einer Ölwanne, einschließlich eines erfindungsgemäßen
Verbindungsrahmens erfolgt in einem mehrstufigen Prozess, bei dem
zunächst das Bauteil einschließlich der Rahmensegmente
des Verbindungsrahmens im Kunststoff-Spritzgießverfahren
hergestellt wird, wobei die Rahmensegmente über Sollbruchstellen
mit dem Bauteil verbunden sind. Anschließend werden die
Rahmensegmente mit einem Elastomer umspritzt, das sowohl zwischen
benachbarte Rahmensegmente als auch zwischen das Bauteil und die
Rahmensegmente eingebracht wird. Durch das Ausfüllen der
Zwischenräume, welche zwischen benachbarten Rahmensegmenten
angeordnet sind, wird eine weitere, wirkungsvolle Schwingungsdämpfung
erreicht. Die Sollbruchstellen zwischen den Rahmensegmenten und
dem Bauteil werden zweckmäßigerweise vor dem Umspritzen
der Rahmensegmente mit dem Elastomer gelöst, was zur Schwingungsentkopplung
beiträgt, weil dann die alleinige Kraftübertragung
zwischen den er Rahmensegmenten und mindestens einem Bauteil über
das Elastomer erfolgt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und
den Zeichnungen zu entnehmen.
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Es
zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf eine Zylinderkopfhaube für den Zylinderkopf
einer Brennkraftmaschine, mit an der Außenkante der Zylinderkopfhaube über
kleine Stege, die als Sollbruchstelle fungieren, gehaltenen Rahmensegmenten,
wobei benachbarte Rahmensegmente auf Abstand zueinander liegen,
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2 einen
Schnitt durch ein Rahmensegment des Verbindungsrahmens, dargestellt
mit umspritztem Elastomer, über das die Anbindung an die Zylinderkopfhaube
und an ein Bauteil des Zylinderkopfes erfolgt,
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3 in
perspektivischer Einzeldarstellung einen Verbindungsrahmen, bestehend
aus einzelnen Rahmensegmenten,
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4 zwei
benachbarte Rahmensegmente, die über einen flexiblen Verbindungssteg
miteinander verbunden sind, welcher einteilig mit den Rahmensegmenten
ausgebildet ist,
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5 eine
Ausschnittvergrößerung aus dem Bereich der Anbindung
eines Rahmensegments an die Zylinderkopfhaube in einer Phase während
des Herstellungsprozesses.
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist
eine Zylinderkopfhaube 1 für den Zylinderkopf
einer Brennkraftmaschine dargestellt, die aus einem Kunststoffmaterial
hergestellt ist und im Wege des Kunststoff-Spritzgussverfahrens
produziert wird. An der Außenkante der Zylinderkopfhaube 1 befindet
sich ein Verbindungsrahmen 2, der sich über den
gesamten Umfang der Zylinderkopfhaube 1 erstreckt und in
einzelne Rahmensegmente 3 unterteilt ist, wobei zwischen
benachbarten Rahmensegmenten 3 jeweils eine Lücke 4 klafft.
Jedes Rahmensegment ist über einen kleinen Steg 9,
der als Sollbruchstelle fungiert, mit der Zylinderkopfhaube 1 verbunden.
Der Verbindungsrahmen 2 mit den Rahmensegmenten 3 wird
in einem gemeinsamen Verfahrensschritt im Spritzgussverfahren mit
der Zylinderkopfhaube 1 produziert. Im Anschluss hieran
erfolgt eine Umspritzung der Rahmensegmente 3 mit einem Dichtmaterial,
insbesondere einem spritzgussfähigen Elastomer, das sowohl
in die Lücken 4 eingespritzt wird als auch zwischen
die Rahmensegmente 3 und die Außenkante der Zylinderkopfhaube 1.
Vor dem Umspritzen mit Elastomer werden die Rahmensegmente 3 durch
Brechen der Sollbruchstellen von der Zylinderkopfhaube 1 gelöst,
anschließend werden die Rahmensegmente 3 mit Hilfsmitteln
relativ zur Zylinderkopfhaube fixiert, woraufhin das Umspritzen
mit dem Elastomer stattfinden kann. Da nach werden die Hilfsmittel
zum Fixieren der Rahmensegmente wieder entfernt, so dass die Rahmenelemente
ausschließlich über das Elastomer mit der Zylinderkopfhaube 1 verbunden
sind.
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Bevorzugt
befindet sich in jeder Lücke 4 ein Verbindungssteg 5,
der unmittelbar benachbarte Rahmensegmente 3 miteinander
verbindet und eine Relativbewegung zwischen den benachbarten Rahmensegmenten
ermöglicht. Der Verbindungssteg 5 weist eine geringere
Wandstärke auf und eine geringere Erstreckung in Querrichtung
und ist darüber hinaus insbesondere konstruktiv so ausgelegt,
dass eine Relativbewegung zwischen benachbarten Rahmensegmenten
möglich ist. Zugleich sorgt der Verbindungssteg 5 für
eine Stabilisierung der Position der Rahmensegmente 3 relativ
zueinander bzw. zur Zylinderkopfhaube und auch zum Zylinderkopf.
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Gegebenenfalls
ist in den Lücken 4 zwischen benachbarten Rahmensegmenten
nur zum Teil ein Verbindungssteg 5 angeordnet. In diesem
Fall kann die Verbindung zwischen benachbarten Rahmensegmenten über
das eingespritzte Elastomer erfolgen oder die Lücke bleibt
frei, so dass die betreffenden Rahmensegmente nicht miteinander
verbunden sind.
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Wie
der Schnittdarstellung durch ein Rahmensegment 3 gemäß 2 zu
entnehmen, ist das Rahmensegment 3 U-förmig ausgebildet
und vollständig von dem Dichtungsmaterial 7 umspritzt.
In die U-Form des Rahmensegments 3 ist ein Vorsprung 6 eingeführt,
der einteilig mit dem Zylinderkopf ausgebildet ist und sich über
die Oberseite des Zylinderkopfes er hebt. Aufgrund der Tatsache,
dass die U-Form des Rahmensegments 3 vollständig
mit dem Dichtungsmaterial 7 ausgefüllt ist, ist
der im Querschnitt rechteckförmige Vorsprung 6 des
Zylinderkopfes in der U-Form festgeklemmt, wodurch eine hinreichend
feste Verbindung zwischen dem Rahmensegment 3 und dem Zylinderkopf 6 gegeben
ist.
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Das
Dichtungsmaterial 7 ist außerdem an die Außenkante 1a der
Zylinderkopfhaube 1 angespritzt, so dass auch zwischen
dem Rahmensegment 3 und der Zylinderkopfhaube 1 eine
hinreichend feste Verbindung gegeben ist. Auf diese Weise sorgt
das Rahmensegment 3 einschließlich des Dichtungsmaterials 7 für
die Anbindung der Zylinderkopfhaube 1 am Zylinderkopf.
Da der Vorsprung 6 an der Zylinderkopfhaube lediglich in
das U-förmige Rahmensegment 3 eingesteckt ist,
kann die Zylinderkopfhaube 1 durch Aufstecken mit dem Zylinderkopf
verbunden bzw. durch Herausziehen wieder vom Zylinderkopf gelöst
werden.
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Wie 3 zu
entnehmen, ist der Verbindungsrahmen 2 rechteckförmig
aufgebaut und als umlaufender Rahmen ausgebildet, der in die einzelnen
Rahmensegmente 3 unterteilt ist, wobei zwischen zwei benachbarten
Rahmensegmenten eine Lücke 4 klafft. Die Lücke 4 ist,
wie der vergrößerten Darstellung nach 4 zu
entnehmen, von dem Verbindungssteg 5 überbrückt,
der ein einteiliges Bauteil mit den Rahmensegmenten 3 bildet
und wie diese im Spritzgussverfahren hergestellt wird. Der Verbindungssteg 5 ist
V-förmig aufgebaut und besitzt zwei Schenkel 8,
die winklig zu einander angeordnet sind und gegenüber der
Längsachse der Rahmensegmente 3 einen Winkel einschließen,
der größer als Null und kleiner als 90° ist.
Hierdurch wird in Achslängsrichtung der Rahmensegmente
eine axiale Relativverschiebemöglichkeit zwischen den beiden Rahmensegmenten 3 geschaffen.
Darüber hinaus kommt auch eine Relativverschiebemöglichkeit
in beide Querrichtungen in Betracht sowie eine Verdrehmöglichkeit
um eine oder um mehrere Achsen.
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Wie 5 zu
entnehmen, ist jedes Rahmensegment 3 über einen
schmalen Steg 9 mit der Außenkante der Zylinderkopfhaube 1 verbunden
(siehe auch 1). Der Steg 9 bildet
eine Sollbruchstelle, die nach der Herstellung der Zylinderkopfhaube
und der Rahmensegmente im Wege des Spritzgussverfahrens durchtrennt
wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004058481
A1 [0002, 0002]