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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befestigen eines Trägerelements an der Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein in die Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs einbaubares Trägerelement ist beispielsweise ein mit der Türstruktur einer Kraftfahrzeugtür verbindbarer Aggregateträger, auf dem Funktionskomponenten einer Kraftfahrzeugtür, wie z. B. ein Fensterheber, eine Schlossbaugruppe, ein Airbagmodul, ein Lautsprecher und dergleichen, vormontiert sind, so dass der Aggregateträger zusammen mit den vormontierten Funktionskomponenten als komplettes und gegebenenfalls vorgeprüftes Türmodul in die Türstruktur eingebaut werden kann.
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Eine zum Einbau eines Trägerelements vorgesehene Karosseriestruktur kann beispielsweise aus einer Türinnenhaut mit einem großflächigen Ausschnitt bestehen, welcher vom Trägerelement im eingebauten Zustand überdeckt wird. Das Trägerelement liegt dann mit seiner einen, türstrukturseitigen Oberfläche entlang des Randes des großflächigen Ausschnittes an der Türinnenhaut an und ist über Befestigungselemente, die von der karosseriestrukturseitigen Oberfläche des Trägerelements abstehen und in zugeordnete Befestigungsöffnungen am Rand des großflächigen Ausschnittes der Karosseriestruktur eingreifen, an der Karosseriestruktur festgelegt.
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Hierzu werden einander zugeordnete Durchtrittsöffnungen am Trägerelement einerseits und an der Karosseriestruktur andererseits zur Deckung gebracht und anschließend das Trägerelement mittels Befestigungselementen, die die einander zugeordnete Befestigungsöffnungen am Trägerelement und an der Karosseriestruktur durchgreifen, mit der Karosseriestruktur verbunden, wobei als Befestigungselemente Befestigungsschrauben, Nieten, Clipselemente oder Spreizelemente, insbesondere in Form von Spreizdübeln, eingesetzt werden.
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Wenn als Befestigungselemente Befestigungsschrauben eingesetzt werden, muss die zugehörige Mutter an der Karosseriestruktur vorbefestigt werden, was sich aber oft aus fertigungstechnischen oder wirtschaftlichen Gründen nicht umsetzen lässt. Hierdurch werden ein erheblicher Montageaufwand und entsprechende Kosten verursacht.
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Beim Einsatz von Bajonettverbindungen zum Befestigen eines Trägerelements an einer Karosseriestruktur tritt das Problem auf, dass zum Schließen der Bajonettverbindung eine Drehung des Befestigungselements von maximal 90° möglich ist, was eine Ganghöhe oder Gewindesteigung von maximal 3 mm zulässt, die somit das maximale Spaltmaß zwischen dem Trägerelement und der Karosseriestruktur bei der Montage des Trägerelements bestimmt. Aufgrund einer zwischen dem Trägerelement und der Karosseriestruktur vorgesehenen Dichtung ist aber ein größeres Spaltmaß von ca. 5 bis 7 mm erforderlich, das von dem Befestigungselement beim Befestigen des Trägerelements an der Karosseriestruktur zu überbrücken ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die einfach aufgebaut ist, eine feste, bei Bedarf lösbare Verbindung zwischen dem Trägerelement und der Karosseriestruktur gewährleistet und eine leichte Montage des Trägerelements an der Karosseriestruktur auch bei größeren Spaltmaßen zwischen dem Trägerelement und der Karosseriestruktur ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Lösung stellt eine Vorrichtung zum Befestigen eines Trägerelements an der Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs bereit, die bei einfachem Aufbau eine feste, bei Bedarf lösbare Verbindung zwischen dem Trägerelement und der Karosseriestruktur gewährleistet und eine leichte Montage des Trägerelements an der Karosseriestruktur auch bei größeren Spaltmaßen zwischen dem Trägerelement und der Karosseriestruktur ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Lösung, das Befestigungselement als Schraubbolzen mit einem Schraubbolzenkopf, der eine Schnittstelle für ein Schraubwerkzeug ausbildet, und einem Schraubbolzengewinde und die Befestigungsaufnahme als Muttergewinde auszubilden, das in die Karosseriestruktur eingeformt wird und der Kontur des Schraubbolzengewindes angepasst ist, ermöglicht ein umlaufendes Gewinde mit mehreren Windungen bzw. einer größeren Windungszahl bei wählbarer Ganghöhe bzw. Gewindesteigung des Schraubbolzengewindes, so dass gegenüber einer Bajonettbefestigung mit einer Drehung von maximal 90° und einer daraus resultierenden Begrenzung des Spaltmaßes zwischen dem Trägerelement und der Karosseriestruktur eine größere axiale Länge des Schraubbolzengewindes zur Überbrückung eines größeren Spaltmaßes bereitgestellt wird.
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Dabei bestimmt die Ganghöhe oder Gewindesteigung die zum Verspannen des Trägerelements mit der Karosseriestruktur erforderliche Verspannkraft und damit die hierfür erforderlichen Betätigungskräfte.
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Durch die Einprägung des Muttergewindes in die Karosseriestruktur werden die Herstellung der Verbindungsvorrichtung und die Montage vereinfacht, da kein zusätzliches vorheriges Befestigen einer Mutter auf der dem Trägerelement abgewandten Oberfläche der Karosseriestruktur zur Aufnahme des Schraubbolzens erforderlich ist.
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Zu diesem Zweck weist das Muttergewinde einen aus der Karosseriestruktur heraus geformten Muttergewindegang auf, der von der dem Trägerelement abgewandten Oberfläche der Karosseriestruktur absteht, so dass eine bündige Anlage des Trägerelements an der Karosseriestruktur unter Einbeziehung einer Dichtung gewährleistet ist.
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Um das Muttergewinde im Stanz-Prägeverfahren aus der Karosseriestruktur herauszuformen, weist der Muttergewindegang eine Bogenlänge von ≤ 360° auf.
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Die Bogenlänge des Schraubbolzengewindes und die Ganghöhe oder Gewindesteigung des Bolzen- und Muttergewindes werden vorzugsweise derart bemessen, dass über ein Spaltmaß zwischen dem Trägerelement und der Karosseriestruktur von ≥ 4 mm eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Bolzen- und Muttergewinde besteht, so dass einerseits eine leichte Montage durch Verdrehen des Schraubbolzens und andererseits eine feste, form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Trägerelement und der Karosseriestruktur gewährleistet sind.
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Zur Überbrückung eines größeren Spaltmaßes zwischen dem Trägerelement und der Karosseriestruktur weist das Schraubbolzengewinde bei vorgegebener Gewindesteigung eine dem Spaltmaß entsprechende Windungszahl oder bei vorgegebener Windungszahl eine dem Spaltmaß entsprechende Gewindesteigung auf.
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Da die Gewindesteigung die erforderliche Betätigungskraft zum Verspannen des Trägerelements mit der Karosseriestruktur bestimmt, wobei bei Verwendung eines Steilgewindes größere Betätigungskräfte als bei Verwendung eines Feingewindes erforderlich sind, kann somit unter Zugrundelegung eines zu überbrückenden Spaltmaßes die Gewindesteigung in Abhängigkeit von der Windungszahl und umgekehrt bestimmt werden.
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Eine große Form- und Kraftschlussfläche zwischen dem Schraubbolzengewinde und dem Muttergewinde wird dadurch gewährleistet, dass der Nenndurchmesser des Schraubbolzengewindes gleich dem 1,5- bis 2-Fachen des Kerndurchmessers des Schraubbolzengewindes ist.
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Das Schraubbolzengewinde kann sich mit einer beliebigen Gewindeflankenform als Spitz-, Trapez-, Rund-, Säge-, Whitworth- oder Flachgewinde um einen Schraubbolzenschaft winden und sich vom Schraubbolzenkopf über mindestens einen Teil der Länge des Schraubbolzenschaftes erstrecken.
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Alternativ kann das Schraubbolzengewinde als Helix oder Wendel nach Art eines Korkenziehers mit entsprechendem Muttergewinde zur Aufnahme des Schraubbolzengewindes ausgebildet werden.
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Zwischen dem Schraubbolzenkopf und dem Schraubbolzengewinde kann eine kreisförmige Abdeckscheibe angeordnet sein, auf deren dem Schraubbolzenkopf abgewandten Unterseite eine Dichtung angeordnet ist.
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Die einstückig am Schraubbolzen angeordnete Abdeckscheibe deckt somit vorzugsweise dichtend die Durchtrittsöffnung des Trägerelements ab, so dass eine gegebenenfalls vorzusehende Nass-Trockenraumtrennung durch das Trägerelement, beispielsweise in der Struktur einer Kraftfahrzeugtür, gewährleistet ist.
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Zur Sicherung der Verbindung zwischen dem Schraubbolzen und dem Muttergewinde auch gegenüber Vibrationen ist ein Form- und/oder Kraftschluss zwischen dem Schraubbolzen und dem Muttergewinde vorgesehen.
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Insbesondere bei mit geringem Spiel in den Gewindegang des Muttergewindes einschraubbarem Schraubbolzengewinde, was sowohl die Montage erleichtert als auch aufgrund geringerer Festigkeitsanforderungen die Herstellung des Schraubbolzens aus einem kostengünstigen Material, insbesondere aus Kunststoff, ermöglicht, ist eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Schraubbolzen und dem Trägerelement vorteilhaft. Zu diesem Zweck sind auf der dem Schraubbolzenkopf abgewandten Unterseite der Abdeckscheibe Rastelemente angeordnet, die bei in den Gewindegang des Muttergewindes eingedrehtem Schraubbolzengewinde in Rastausnehmungen der von der Karosseriestruktur abgewandten Oberfläche des Trägerelements eingreifen und dadurch den Schraubbolzen in der Verspannungsposition sichern.
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Alternativ kann das Schraubbolzengewinde zur Erhöhung der Selbsthemmung des Schraubbolzens schwergängig in das Muttergewinde einschraubbar gestaltet werden. Dies kann beispielsweise mittels einer entsprechenden Übergangspassung oder Übermaßpassung zwischen dem Gewindegang des Muttergewindes und dem Schraubbolzengewinde, durch unterschiedliche Gewindesteigungen des Schraubbolzengewindes und des Muttergewindes oder durch unterschiedliche Zahnformen von Schraubbolzengewinde und des Muttergewinde realisiert werden.
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Vorzugsweise weist der Schraubbolzenkopf eine Außen- und/oder Innen-Formschlusskontur zur formschlüssigen Verbindung des Schraubbolzenkopfes mit einem Schraubwerkzeug auf.
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Die Außen- oder Innen-Formschlusskontur des Bolzenkopfes kann beispielsweise aus einem Außensechskant und/oder Innensechskant zur Verbindung mit einem Sechskantschlüssel bzw. Sechskant-Imbusschlüssel oder einem Schlitz oder Kreuzschlitz zur Aufnahme eines Schraubendrehers bestehen.
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Durch seitlich versetzt zur Durchtrittsöffnung des Trägerelements angeordnete Positionierungssegmente auf der von der Karosseriestruktur abgewandten Oberfläche des Trägerelements oder alternativ eines Positionierungsrings auf der von der Karosseriestrukturabgewandten Oberfläche des Trägerelements, der im montierten Zustand des Trägerelements die Abdeckscheibe des Schraubbolzens umschließt, ist eine einfache Positionierung des Schraubbolzens gewährleistet, wobei die Positionierungssegmente bzw. der Positionierungsring so bemessen sein können, dass eine Klemmung der einstückig am Schraubbolzen ausgebildeten Abdeckscheibe zwischen den Positionierungssegmenten bzw. innerhalb des Positionierungsringes zur Vormontage und Verliersicherung des Schraubbolzens möglich ist.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 und 2 schematisch-perspektivische Explosionsdarstellungen eines als Schraubbolzen ausgebildeten Befestigungselements, eines Trägerelements mit einer Durchtrittsöffnung und einer Karosseriestruktur mit einer ein Muttergewinde ausbildenden Befestigungsaufnahme aus unterschiedlichen Blickrichtungen und
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3 und 4 schematisch-perspektivische Darstellungen des mittels des Schraubbolzens und Muttergewindes mit der Karosseriestruktur verbundenen Trägerelements aus unterschiedlichen Blickrichtungen.
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Die in den 1 und 2 dargestellten perspektivischen Explosionszeichnungen zeigen ein schematisch dargestelltes Trägerelement 1, das beispielsweise aus einem Aggregateträger besteht, auf dem verschiedene Funktionskomponenten einer Kraftfahrzeugtür, wie beispielsweise ein Fensterheber, eine Schlossbaugruppe, ein Airbagmodul, ein Lautsprecher und dergleichen, vormontiert sind und der zur Aufnahme dieser Funktionskomponenten als strukturierte Trägerplatte ausgebildet ist.
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Zum Einbau in ein Kraftfahrzeug wird das Trägerelement 1 mit der Karosseriestruktur 2, im Falle einer Kraftfahrzeugtür mit einer Türstruktur, verbunden, die eine Türinnenhaut mit einem großflächigen Ausschnitt enthält, der im montierten Zustand vom Trägerelement 1 abgedeckt wird. Das Trägerelement 1 liegt im montierten Zustand mit seiner der Karosseriestruktur 2 zugewandten Oberfläche 11 am Rand des großflächigen Ausschnitts an dessen dem Trägerelement 1 zugewandten Oberfläche 21 an und wird mittels mehrerer verteilt angeordneter, durch Durchtrittsöffnungen 10 des Trägerelements 1 gesteckter Befestigungselemente mit entsprechenden Befestigungsaufnahmen der Karosseriestruktur 2 verbunden, so dass das Trägerelement 1 an der Karosseriestruktur 2 festgelegt ist.
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Das Befestigungselement besteht aus einem Schraubbolzen 3 mit einem Schraubbolzenkopf 5, einer Abdeckscheibe 6, einem Schraubbolzenschaft 7 und einem Schraubbolzengewinde 8, das als Spitz-, Trapez-, Rund-, Säge-, Whitworth- oder Flachgewinde ausgebildet sein kann und sich um den Schraubbolzenschaft 7 windend vom Schraubbolzenkopf 5 über mindestens einen Teil der Länge des Schraubbolzenschaftes 7 erstreckt.
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Anstelle eines sich um den Schraubbolzenschaft 7 windenden Schraubbolzengewindes 8 kann ein als Helix oder Wendel nach Art eines Korkenziehers ausgebildetes Schraubbolzengewinde vorgesehen werden.
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Die Befestigungsaufnahme besteht aus einem Muttergewinde 4 mit einem in die Karosseriestruktur 2 eingeprägten Muttergewindegang 40, der über einen Umfangswinkel von kleiner oder gleich 360° von der dem Trägerelement 1 abgewandten Oberfläche 22 der Karosseriestruktur 2 absteht, während das Muttergewinde 4 bündig mit der dem Trägerelement 1 zugewandten Oberfläche 21 der Karosseriestruktur 2 abschließt.
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Der Schraubbolzenkopf 5 des Schraubbolzens 3 weist eine oder mehrere Schnittstellen für ein Schraubwerkzeug auf, beispielsweise einen Außensechskant 50 und einen Innensechskant 51, die mit einem Schraubenschlüssel oder mit einem Imbusschlüssel zum Eindrehen des Schraubbolzens 3 in das Muttergewinde 4 verbindbar sind. Das Schraubbolzengewinde 8 verläuft schraubenlinienförmig um den Schraubbolzenschaft 7 über eine Bogenlänge, die beispielsweise zwei Windungen umfasst. Das als Spitzgewinde ausgebildete Schraubbolzengewinde 8 weist in Verbindung mit der Bogenlänge des Schraubbolzengewindes 8 eine Ganghöhe oder Gewindesteigung h auf, die derart bemessen ist, dass der Schraubbolzen 3 in der Vormontagestellung des von der Karosseriestruktur 2 abstehenden Trägerelements 1 ein Spaltmaß von mehr als 4 mm überbrückt.
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Um eine hinreichend große Verspannung des Trägerelements 1 mit der Karosseriestruktur 2 zu gewährleisten, sind das Schraubbolzengewinde 8 und der Muttergewindegang 40 derart bemessen, dass der Nenndurchmesser der Gewinde etwa dem 1,5- bis 2-fachen des Kerndurchmessers der Gewinde beträgt, wobei das Schraubbolzengewinde 8 mit geringem Spiel in das Muttergewinde 4 einschraubbar ist, d. h., dass die Kontur des Muttergewindes 4 weitgehend der Kontur des Schraubbolzengewindes 8 angepasst ist.
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Infolge der großflächigen Verbindung des Schraubbolzengewindes 8 mit dem Muttergewindegang 40 kann der Schraubbolzen 3 aus einem Werkstoff geringerer Festigkeit, beispielsweise aus einem Kunststoff, auch zur Übertragung größerer Spannkräfte hergestellt werden, ohne dass die Gefahr einer Beschädigung oder Zerstörung des Schraubbolzens 3 beim Verspannen des Trägerelements 1 mit der Karosseriestruktur 2 besteht.
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Die Abdeckscheibe 6 ist so bemessen, dass sie die Durchtrittsöffnung 10 im Trägerelement 1 abdeckt und ihr äußerer Rand, an dem eine Dichtung 9 angeordnet ist, auf dem die Durchtrittsöffnung 10 umgebenden Rand der von der Karosseriestruktur 2 abgewandten Oberfläche 12 des Trägerelements 1 dichtend anliegt.
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Zur Erleichterung der Positionierung des Schraubbolzens 3 in Bezug auf die Durchtrittsöffnung 10 des Trägerelements 1 sind zwei diametral zueinander angeordnete Positionierungssegmente 13, 14 vorgesehen, die alternativ auch ringförmig geschlossen einen Positionierungsring ausbilden können. Die Positionierungssegmente 13, 14 können in Bezug auf die Abdeckscheibe 6 derart ausgebildet und zueinander beabstandet sein bzw. der Positionierungsring einen dem Außendurchmesser der Abdeckscheibe 6 entsprechenden Innendurchmesser aufweisen, dass der Schraubbolzen 5 klemmend in die Positionierungssegmente 13, 14 bzw. den Positionierungsring eingesetzt werden kann. Dies gewährleistet eine Verliersicherung und Vormontagepositionierung des Schraubbolzens 3 am Trägerelement 1, so dass das Trägerelement 1 mit dem vorpositionierten Schraubbolzen 3 an die Karosseriestruktur 2 derart angesetzt werden kann, dass der Schraubbolzenschaft 7 in den Kern des Muttergewindes 4 hineinragt.
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Durch Drehen eines an den Schnittstellen des Schraubbolzenkopfes 5 angesetzten Schraubwerkzeugs im Uhrzeigersinn werden die Schraubbolzengewinde 8 der am Rand des Trägerelements 1 angeordneten Schraubbolzen 3 in die Muttergewindegänge 40 der in der Karosseriestruktur 2 eingeprägten Muttergewinde 4 eingedreht und dadurch das zuvor bestehende Spaltmaß zwischen dem Trägerelement 1 und der Karosseriestruktur 2 verringert wird bis das Trägerelement 1 gemäß den 3 und 4 fest mit der Karosseriestruktur 2 verspannt ist.
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Zur Sicherung der Verbindung des Schraubbolzens 3 mit dem Muttergewinde 4 bei mit der Karosseriestruktur 2 verspanntem Trägerelement 1 ist eine formschlüssige Verbindung des Schraubbolzens 3 mit dem Trägerelement 1 vorgesehen. Zu diesem Zweck sind auf der dem Schraubbolzenkopf 5 abgewandten Unterseite der Abdeckscheibe 6 Rastelemente 15, 16 in Form von Rastrippen angeordnet, die bei in den Gewindegang 40 des Muttergewindes 4 eingedrehtem Schraubbolzengewinde 8 in Rastausnehmungen 17, 18 der von der Karosseriestruktur 2 abgewandten Oberfläche 12 des Trägerelements 1 eingreifen und dadurch den Schraubbolzen 3 in der Verspannungsposition sichern. Dadurch kann ein geringes Spiel zwischen dem Schraubbolzengewinde 8 und dem Gewindegang 40 des Muttergewindes 4 vorgesehen werden, was sowohl die Montage erleichtert als auch aufgrund geringerer Festigkeitsanforderungen die Herstellung des Schraubbolzens 3 aus einem kostengünstigen Material, insbesondere aus Kunststoff, ermöglicht.
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Alternativ kann das Schraubbolzengewinde 8 zur Erhöhung der Selbsthemmung des Schraubbolzens 3 schwergängig in den Gewindegang 40 des Muttergewindes 4 einschraubbar gestaltet werden. Zu diesem Zweck können beispielsweise eine entsprechende Übergangspassung oder Übermaßpassung zwischen dem Gewindegang 40 des Muttergewindes 4 und dem Schraubbolzengewinde 8, unterschiedliche Gewindesteigungen von Schraubbolzengewinde 8 und Gewindegang 40 des Muttergewindes 4 oder unterschiedliche Zahnformen von Schraubbolzengewinde 8 und Gewindegang 40 des Muttergewindes 4 vorgesehen werden.
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Die 3 und 4 zeigen aus unterschiedlichen Ansichten das fest mit der Karosseriestruktur 2 verspannte Trägerelement 1 bei in den Muttergewindegang 40 eingedrehtem Schraubbolzengewinde 8, wobei der Schraubbolzenschaft 7 und ein Teil des Schraubbolzengewindes 8 über den Muttergewindegang 40 des in die Karosseriestruktur 2 eingeprägten Muttergewindes 4 hinausragt. Die Abdeckscheibe 6 bzw. die an der Unterseite der Abdeckscheibe 6 angeordnete Dichtung 9 liegt dabei bündig am Rand der Durchtrittsöffnung 10 des Trägerelements 1 an und dichtet damit die Durchtrittsöffnung 10 ab, so dass die von der Karosseriestruktur 2 abgewandte Oberfläche 12 des Trägerelements 1, das in den 1 bis 4 aus Darstellungsgründen nur als radial abstehende Stege dargestellt ist, einer Trockenraumseite der Karosseriestruktur 2 zugewandt ist, während die Unterseite 22 der Karosseriestruktur 2 einer Nassraumseite zugewandt ist.
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Durch Drehen der verteilt am Trägerelement 1 und der Karosseriestruktur 2 angeordneten Schraubbolzen 3 entgegen dem Uhrzeigersinn kann die Verspannung zwischen dem Trägerelement 1 und der Karosseriestruktur 2 gelöst und das Trägerelement 1 mit den darauf montierten Funktionskomponenten beispielsweise für Reparaturzwecke von der Karosseriestruktur 2 abgenommen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Trägerelement
- 2
- Karosseriestruktur
- 3
- Schraubbolzen
- 4
- Muttergewinde
- 5
- Schraubbolzenkopf
- 6
- Abdeckscheibe
- 7
- Schraubbolzenschaft
- 8
- Schraubbolzengewinde
- 9
- Dichtung
- 10
- Durchtrittsöffnung
- 11
- der Karosseriestruktur zugewandte Oberfläche des Trägerelements
- 12
- Von der Karosseriestruktur abgewandte Oberfläche des Trägerelements
- 13, 14
- Positionierungssegmente
- 15, 16
- Rastelemente
- 17, 18
- Rastaufnahmen
- 21
- dem Trägerelement zugewandte Oberfläche der Karosseriestruktur
- 22
- vom Trägerelement abgewandte Oberfläche der Karosseriestruktur
- 40
- Muttergewindegang
- 50
- Außensechskant
- 51
- Innensechskant
