DE10113044C2 - System zur Befestigung eines Bauteils an einem Trägerbauteil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Befestigung eines Bauteils an einem Trägerbauteil nach dem Patentanspruch 1.

Häufig besteht die Aufgabe, ein Bauteil sicher an einem Trägerbauteil zu befestigen und dafür zu sorgen, dass sich das Bauteil durch permanente Vibration des Träger­ bauteils nicht von selbst löst. Darüber hinaus besteht die Aufgabe, das Bauteil abge­ dichtet und gedämpft am Trägerbauteil anzubringen. Ein derartiger Fall liegt zum Bei­ spiel bei der Befestigung einer Haube vor, die als Zylinderkopfabdeckung am Motor­ block zu befestigen ist. Ein ähnlicher Befestigungsfall liegt auch vor bei der Anbrin­ gung von Ansaugrohrsystemen. Am Trägerbauteil sind zumeist sogenannte Stehbolzen angebracht, an denen dann das Bauteil mit Hilfe einer Mutter befestigt wird. Beim Anziehen hat eine übliche Mutter jedoch nur einen geringen Drehwinkel von z. B. 360°, um das notwendige Drehmoment aufzubringen. Es besteht die Gefahr, dass die Mutter sich nach einer gewissen Zeit lockert. Bereits eine geringe Verdrehung der Mutter führt bei einem solchen "harten" Schraubfall zu einer unerwünschten Locke­ rung. Eine Lockerung kann auch dadurch eintreten, dass die gesamte Anordnung auf­ grund der aufgebrachten Zug- bzw. Presskräfte einer bleibenden Verformung unter­ liegt, die auch als Setzung bezeichnet wird. Bereits ein geringes Nachgeben hebt die Vorspannung auf.

Aus DE 196 34 292 C2 ist eine aufprallaufnehmende Halterung bekannt, die zwischen einem Trägerbauteil und einem am Trägerbauteil anzubringenden Bauteil angeordnet ist. Zwei elastische Bauteile wirken auf gegenüberliegenden Seiten mit dem blechartigen Trägerbauteil im Bereich einer Öffnung zusammen. Die elastischen Bauteile werden von entgegengesetzten Seiten mit Hilfe eines Schraubenbolzens ge­ spannt. Der Schraubenbolzen durchsetzt eine Hülse, die ihrerseits die elastischen Bauteile durchsetzt, wobei die Hülse an dem dem Bauteil zugekehrten Ende einen Flansch aufweist, der gegen die Unterseite des Bauteils anliegt. Auf der dem Träger­ bauteil gegenüberliegenden Seite ist eine Platte angebracht, die mit Hilfe des Schrau­ benbolzens gespannt werden kann. Mit der Platte ist eine Kunststoffhülse verbunden, die sich in die metallische Hülse hineinerstreckt und eine Schwingungsentkopplung zwischen der Platte und der metallischen Hülse bewirkt.

Aus DE 198 06 210 ist eine Schwingungsentkopplungseinrichtung bekannt geworden zur Reduzierung der während des Betriebs einer Brennkraftmaschine entstehenden Geräusche. Ein Anbauteil, das am Motorblock zu befestigen ist, weist Öffnungen auf, durch welche sich eine Hülse hindurcherstreckt, die an einem Ende einen radialen Flansch aufweist und der durch die Öffnung des Bauteils hindurchführbar ist. Durch die Hülse erstreckt sich ein Schraubenbolzen, der in ein Gewindeloch des Motorblocks einschraubbar ist. Zwischen dem anzubringenden Bauteil und dem Flansch der Hülse ist ein Entkopplungselement angeordnet. Zwischen dem anzubringenden Bauteil und dem Motorblock ist außerdem eine Dichtung angebracht.

In der DE 196 54 848 ist ein Montageteil mit schwingungsgedämpften Befestigungs­ loch beschrieben. Das Montageteil weist ein Loch auf, in welches eine metallische Hülse eingeführt ist, wobei die Hülse an einem Ende einen Flansch aufweist, gegen welchen der Flansch eines Schraubenkopfes anliegt, deren Schaft sich durch die Hülse erstreckt und deren Gewindeabschnitt mit einem Gewindeloch eines Trägerbauteils verbindbar ist. Zwischen dem Flansch der Hülse und dem Montageteil ist eine Man­ schette mit schwingungsdämpfenden Eigenschaften vorgesehen. Auf der dem Träger­ bauteil zugekehrten Seite weist das Montageteil eine das Loch des Montageteils um­ gebende Dichtung auf, die mit dem Trägerbauteil in Eingriff tritt.

Aus DE 295 11 400 U1 ist eine ähnliche Vorrichtung wie oben beschrieben bekannt geworden, bei der die Manschette oder das Dämpfungselement formschlüssig mit der Hülse verbindbar ist. Zu diesem Zweck weist die Hülse z. B. Öffnungen auf, in welche Vorsprünge des Dämpfungselements eingreifen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur Befestigung eines Bauteils an einem Trägerbauteil zu schaffen, bei dem trotz Setzungserscheinungen ein selb­ ständiges Lösen der Befestigung vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße System besteht aus drei Komponenten, nämlich einer Hülse, einer Mutteranordnung und einem ringförmigen Dichtungselement. Allerdings ist an­ zumerken, dass das ringförmige Dichtungselement, das vorzugsweise aus einem elastomeren Material besteht, in Fortfall kommen kann, wenn weder ein dichtender Effekt noch eine Vibrationsdämpfung gewünscht ist.

Die Hülse weist einen radialen Flansch auf und hat einen Innendurchmesser, der etwas größer ist als der Außendurchmesser des Stehbolzens. Die Mutteranordnung weist einen Mutternabschnitt auf, der auf den Stehbolzen aufschraubbar ist. Sie weist ferner einen Befestigungsabschnitt auf, der unverlierbar mit dem Flansch der Hülse verbind­ bar ist, wobei jedoch eine Relativdrehung zwischen Hülse und Mutteranordnung möglich ist. Zwischen Mutternabschnitt und Befestigungsabschnitt ist ein elastisch verformbarer Abschnitt vorgesehen, der nachgibt, wenn der Mutternabschnitt unter axialer Pressung gegen die Hülse auf dem Stehbolzen geschraubt wird. Der Befesti­ gungsabschnitt der Mutteranordnung legt sich dabei gegen den radialen Flansch der Hülse an, welche sich ihrerseits am Trägerbauteil oder an einer Anschlagfläche des Stehbolzens des Trägerbauteils abstützt. Gleichzeitig wird über den radialen Flansch der Hülse das zu befestigende Bauteil gegen das Trägerbauteil angedrückt.

Die Mutteranordnung besteht aus Stahl, vorzugsweise einem Federstahl, der zwar ziemlich fest ist, jedoch eine gewisse axiale Verformung im verformbaren Abschnitt ermöglicht. Auf diese Weise kann beim Festziehen des Mutternabschnitts eine Drehung um zwei- oder dreimal 360° stattfinden. Dadurch wird über einen relativ großen Weg eine Vorspannung aufgebaut, die auch dann nicht verloren geht, wenn die Mutteranordnung sich beispielsweise um einen gewissen Drehwinkel löst oder Setzungserscheinungen auftreten.

Die Mutteranordnung weist eine große Härte auf, die im mehrstufigen Vergütungs­ verfahren erreicht wird. Ein derartiges Verfahren ist an sich bekannt. Bei der erfin­ dungsgemäßen Mutteranordnung wird eine Härte von 45 bis 50 HRC (Härte Rock­ well) angestrebt.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind an der Außenseite der Mutteranordnung Schlüsselflächen, vorzugsweise eines Sechskants, geformt. Die Schlüsselflächen liegen vorzugsweise in einem im Durchmesser größeren Abschnitt zwischen dem Mutternabschnitt und dem Befestigungsabschnitt. Dadurch ermöglicht die Mutteranordnung größer dimensionierte Schlüssel, wodurch das Aufbringen eines hohen Drehmoments erleichtert wird.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mutteranord­ nung mit Ausnahme des Befestigungsabschnitts die Form einer gestuften Hülse auf­ weist, wobei der Mutternabschnitt einen ersten Außendurchmesser und der sich anschließende Abschnitt einen zweiten größeren Außendurchmesser aufweist und die gerundete Stufe zwischen den Abschnitten den verformbaren Abschnitt bildet. Die Stufe oder Schulter ist leicht konisch geformt, wobei entsprechend gerundete Über­ gänge zum Befestigungsabschnitt bzw. zum Mutternabschnitt vorgesehen sind, damit unzulässige Materialbeanspruchungen bei der Verformung vermieden werden.

Der Befestigungsabschnitt weist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung einen Flansch auf, der gegen den Flansch der Hülse zur Anlage kommt und am Umfang des radialen Flansches mindestens zwei hakenförmige Greifabschnitte geformt sind, die den Rand des Flansches der Hülse umgreifen. Es ist denkbar, die unverlierbare, jedoch drehbare Verbindung zwischen Mutteranordnung und Hülse auf andere Weise herbeizuführen, insbesondere wenn ausreichend Platz zur Verfügung steht. Die Ausbildung von hakenförmigen Greifabschnitten ist außerordentlich platz­ sparend und völlig ausreichend, um die Unverlierbarkeit bereitzustellen. Besondere Kräfte müssen in diesem Bereich nicht übertragen werden. Vorzugsweise sind drei um jeweils 120° versetzt angeordnete Greifabschnitte vorgesehen.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist am anderen Ende der Hülse eben­ falls ein radialer Flansch angeformt, der sich vorzugsweise nach außen erstreckt. Er kommt mit dem Trägerbauteil oder mit einer Anlagefläche des Stehbolzens zur Anlage. Auf diese Weise wirkt die Hülse als Abstandshalter und verhindert, dass das Dichtungselement einer zu hohen Pressung unterworfen wird. Die Drehbarkeit zwischen Mutteranordnung und Hülse verhindert außerdem, dass das Dichtungs­ element eine Torsion beim Festziehen der Mutteranordnung erleidet.

Die Hülse kann sich, wie bereits erwähnt, an einer Anschlagfläche des Stehbolzens abstützen. Die Anschlagfläche kann von einer Erweiterung des Stehbolzens gebildet sein, die am Umfang Schlüsselflächen aufweist. In Motorblöcken wird zum Beispiel der Stehbolzen in entsprechende Gewindebohrungen eingeschraubt. Damit der Steh­ bolzen wirksam am Motorblock befestigt wird, kann dann mit Hilfe der Schlüssel­ flächen ein entsprechendes Drehmoment aufgebracht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Befestigungssystem nach der Erfindung im Schnitt.

Fig. 2 zeigt in der Untersicht die Mutteranordnung des Befestigungssystems nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Mutteranordnung nach Fig. 2 entlang der Linie 3- 3.

Fig. 4 zeigt die Seitenansicht der Mutteranordnung nach Fig. 2.

Fig. 5 zeigt den Einbau des Befestigungssystems nach Fig. 1 in eine Zylinderkopf­ haube.

Fig. 6 zeigt die Anbringung der Zylinderkopfhaube nach Fig. 5 an einem Motorblock.

Das in Fig. 1 dargestellte Befestigungssystem ist allgemein mit 10 bezeichnet. Es besteht aus einer Mutteranordnung 12, einer Hülse 14 und einem Dichtungselement 16. Die Mutteranordnung geht etwas deutlicher aus den Fig. 2 bis 4 hervor.

Die Mutteranordnung 12 weist einen ringzylindrischen Mutternabschnitt 18 mit einem Innengewinde 20 auf. Sie weist ferner einen außen und innen sechseckförmigen Abschnitt 22 auf, durch den Schlüsselflächen 24 gebildet sind. Die radiale Erstreckung des Abschnitts 22 ist größer als die des Mutternabschnitts 18. Zwischen diesen befin­ det sich ein konisch geformter verformbarer Abschnitt 26, der über gerundete Über­ gänge mit dem Mutternabschnitt 18 und dem Abschnitt 22 verbunden ist. An den Abschnitt 22 schließt sich ein radialer Flansch 28 an. Am Umfang des radialen Flan­ sches 28 sind drei Greifabschnitte 30 angeordnet, die im Schnitt hakenförmig aus­ gebildet sind, wie sich aus den Fig. 1, 3 und 4 ergibt. In Fig. 4 ist aus Darstellungs­ gründen ein Greifabschnitt nicht dargestellt.

Wie aus Fig. 1 zu erkennen, weist die Hülse 14 einen radialen Flansch 32 auf. Er wird von den Greifabschnitten 30 an seinem Rand umfasst, sodass Mutteranordnung 12 und Hülse 14 unverlierbar miteinander verbunden sind. Gleichwohl ist eine Relativdrehung zwischen diesen Teilen möglich. Bei der Verbindung dieser beiden Teile werden die Greifabschnitte 30 zunächst so geformt, dass der radiale Flansch 32 ohne weiteres gegen den radialen Flansch 28 der Mutteranordnung gelegt werden kann. Anschließend werden die Greifabschnitte gebogen, bis sie den Rand des radialen Flansches 32 umgreifen, wie dies in Fig. 1 zu erkennen ist.

Das Dichtungselement 16 aus elastomerem Material ist allgemein ringförmig und liegt mit der einen Stirnseite an der Unterseite des radialen Flansches 32 an, wie aus Fig. 1 zu erkennen. Die Innenwandung des ringförmigen Dichtungselements 16 liegt unter Pressung gegen die Außenseite der Hülse 16 an. Ein axialer ringförmiger Abschnitt 34 des Dichtungselements 16 erstreckt sich nach unten in Anlage an der Außenseite der Hülse 14. Sein Außendurchmesser ist relativ klein. Die Hülse 14 weist am anderen Ende einen radialen Flansch 38 auf, der, wie bei 40 zu erkennen, eine Stauchung auf­ weist.

In Fig. 5 ist ein Abschnitt 42 einer Haube zur Abdeckung der Zylinderköpfe bei einem Motor angedeutet. Die Haube 42 weist eine gestufte Bohrung auf mit einem ersten Bohrungsabschnitt 44 und einem zweiten Bohrungsabschnitt 46 von größerem Durch­ messer. Der Dichtungsring 16 sitzt unter leichter Pressung in dem Bohrungsabschnitt 46, wobei sich die Hülse 14 mit dem Flansch 38 durch den Bohrungsabschnitt 44 hin­ durch nach unten erstreckt. Haube 42 und Befestigungssystem 10 bilden eine vor­ montierte Einheit, die, wie in Fig. 6 zu erkennen, mit einem Motorblock 50 verbunden werden kann. Der Motorblock 50 ist nur andeutungsweise gezeigt mit einer Gewinde­ bohrung 52, welche einen Gewindeschaft eines Stehbolzens 54 aufnimmt. Der Steh­ bolzen 54 hat einen radial erweiterten Abschnitt 56, der Schlüsselflächen 58 in Form eines Sechskants aufweist. Zwischen der Erweiterung 58 und der zugekehrten Fläche des Motorblocks 50 ist ein plattenförmiges Bauteil 60 angeordnet. In der Haube 42 ist umlaufend eine Dichtung 62 eingelassen, welche mit der zugekehrten Fläche des Motorblocks 50 in Eingriff ist. Der obere Gewindeabschnitt 64 des Stehbolzens 54 erstreckt sich durch die Hülse 14 hindurch und die Mutteranordnung 12 wird auf den Schaftabschnitt 64 aufgeschraubt. Zur endgültigen Befestigung der Haube 42 wird die Mutteranordnung 12 auf dem Schaftabschnitt 64 festgezogen. Dabei dreht sich die Mutteranordnung 12 gegenüber der Hülse 14 und dem Dichtungselement 16, welche stationär an der Haube 42 verbleiben. Nach zwei bis drei Umdrehungen ist die Anord­ nung festgezogen. Dabei stützt sich der radiale Flanschabschnitt 28 der Mutteranord­ nung 12 auf dem radialen Flansch 32 der Hülse 14 und der radiale Flansch 38 der Hülse 14 stützt sich seinerseits auf die zugekehrte Seite der radialen Erweiterung 56 des Stehbolzens 54. Die Hülse 14 dient daher zur Begrenzung der Pressung des Dich­ tungselements 46. Das Dichtungselement wird seinerseits nicht durch Torsion bean­ sprucht, da, wie schon erwähnt, bei der Befestigung nur die Mutteranordnung 12 gedreht wird. Bei dem Aufbringen der erforderlichen Zugkraft auf den Stehbolzen 54 findet eine gewisse Verformung des Abschnitts 26 statt, sodass die Mutteranordnung 12 zwei, drei oder mehr Umdrehungen machen kann, bevor die gewünschte Zugkraft bzw. das erforderliche Drehmoment erreicht ist. Die Greifabschnitte behalten einen ausreichenden Abstand zur Fläche der Haube 42.

Claims (8)

1. System zur Befestigung eines Bauteils an einem Trägerbauteil, das mindestens einen Stehbolzen aufweist, der sich durch ein Loch des Bauteils hindurch erstreckt, mit den folgenden Merkmalen:

• - eine Hülse (14) die an einem Ende einen radialen Flansch (32) aufweist und in das Loch (44, 46) einführbar ausgebildet ist
• - ein ringförmiges Dichtungselement (16), das auf der Hülse (14) angeordnet und mit der zugekehrten Fläche des Bauteils (42) in Anlage bringbar ist
• - eine einteilige Mutteranordnung (12), vorzugsweise aus Federstahl, mit einem Mutternabschnitt (18), der auf den Stehbolzen (54) aufschraubbar ist
• - einem Befestigungsabschnitt (28, 30), der unverlierbar, aber drehbar mit dem Flansch (32) verbindbar und in axialer Anlage an den radialen Flansch (32) der Hülse (14) bringbar ist und
• - einem verformbaren Abschnitt (26) zwischen dem Mutternabschnitt (18) und dem Befestigungsabschnitt (28, 30), der eine gewisse axiale Verformung zulässt, wenn die Mutternanordnung (10) mit einem vorgegebenen Dreh­ moment auf den Stehbolzen (54) aufgeschraubt wird in Anlage an den radialen Flansch (32), wobei der verformbare Abschnitt (26) und der Befestigungs­ abschnitt (28, 30) einen Durchgang für den Stehbolzen (54) bereitstellen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenseite der Mutteranordnung (12) Schlüsselflächen (24), vorzugsweise eines Sechskants, geformt sind.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutteranord­ nung (12) mit Ausnahme des Befestigungsabschnitts (28, 30) die Form einer gestuften Hülse aufweist, wobei der Mutternabschnitt (18) einen ersten Außen­ durchmesser und der sich anschließende Abschnitt (22) einen zweiten größeren Außendurchmesser aufweist und die gerundete Stufe zwischen den Abschnitten den verformbaren Abschnitt (26) bildet.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt einen radialen Flansch (28) aufweist, der gegen den Flansch (32) der Hülse (14) zur Anlage kommt und am Umfang des radialen Flansches (28) mindestens zwei hakenförmige Greifabschnitte (30) geformt sind, die den Rand des Flansches (32) umgreifen.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am ande­ ren Ende der Hülse (14) ebenfalls ein radialer Flansch (38) geformt ist.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steh­ bolzen (54) eine radiale Anschlagfläche aufweist, auf der das andere Ende der Hülse (14) zur Anlage kommt.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche an einer radialen Erweiterung (56) des Stehbolzens (54) ausgebildet ist, die am Umfang Schlüsselflächen (58) aufweist.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutteranordnung (12) eine Härte von 45 bis 50 HRC aufweist.