DE19734539A1 - Bauteilverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindung zwischen zwei Bautei­ len nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Bauteilverbindung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung sind aus der DE 44 17 279 A1 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt ein Verfahren zum formschlüssigen Verbinden zweier Bauteile von Verstelleinrichtungen für Kraftfahrzeuge. Ein erstes Bauteil weist dabei einen rohr­ förmigen Abschnitt auf, der in einem ersten Arbeitsschritt mit einem ersten Werkzeug von einer Seite in eine dafür vorgesehene Öffnung des zweiten Bauteils eingeführt wird.

In einem zweiten Arbeitsschritt wird mittels eines zweiten Werkzeugs von der anderen Seite auf den rohrförmigen Ab­ schnitt eine Kraft in axialer Richtung ausgeübt, durch die der rohrförmige Abschnitt zumindest in einem Teilbereich umgeformt wird. Der durch Stauchen umgeformte Werkstoffbe­ reich des rohrförmigen Abschnitts des ersten Bauteils stellt eine formschlüssige Verbindung mit dem zweiten Bauteil her. Das zweite Bauteil wird dabei zwischen einem Anlagebund und dem gestauchten Werkstoffbereich des ersten Bauteils eingeklemmt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bauteilver­ bindung der eingangs genannten Art zu schaffen, die in einfacher Weise mit geringem Arbeits- und Energieaufwand herstellbar ist und eine hochbelastbare Verbindung gewähr­ leistet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Bauteilverbindung ermöglicht es, mit geringem Arbeits- und Energieaufwand und in nur einem Ar­ beitsgang ein erstes Bauteil mit einem zweiten Bauteil mit hohem Kraft- und Formschluß zu verbinden. Dabei ist ohne einen Werkzeugwechsel mittels eines Folgewerkzeugs sowohl das Zuführen eines ersten Bauteils von einer ersten Seite an einen Bord eines zweiten Bauteils, als auch das Umformen und damit das Verbinden der beiden Bauteile von der glei­ chen Seite möglich.

Die erfindungsgemäße Verbindung der beiden Bauteile erfolgt nur auf einer Seite des zweiten Bauteils durch einen Form­ schluß zwischen dem Bord des zweiten Bauteils und einem Kopfbereich des ersten Bauteils. Die gegenüberliegenden Rückseite des zweiten Bauteils bleibt von dem ersten Bau­ teil unbeeinflußt und kann beispielsweise als eine ebene An­ lagefläche ohne störenden Anlagebund oder gestauchten Werk­ stoffbereich und ohne Veränderung und Beschädigung der Oberfläche verwendet werden. Durch die einseitig durchführ­ bare Verbindung ist z. B. auch eine Befestigung des ersten Bauteils an einer mit einem Bord versehenen Oberfläche eines gegenüber dem ersten Bauteil wesentlich größer und dicker ausgestalteten zweiten Bauteils denkbar.

Vorzugsweise verfügt das zweite Bauteil über eine Ausneh­ mung, die der Bord auf einer Seite des zweiten Bauteils ganz oder teilweise umsäumt. Das erste Bauteil weist dabei einen Teilabschnitt auf, der beim Zusammenfügen der beiden Bauteile in oder durch diese Ausnehmung des zweiten Bau­ teils zu stecken ist. Dadurch wird ein paßgenaues Zusammen­ führen der beiden Bauteile ermöglicht. Zudem ergibt sich bei einer Biegebeanspruchung der fertig montierten Bauteil­ verbindung durch den in oder durch die Ausnehmung gesteck­ ten Teilabschnitt eine zusätzliche Stützwirkung.

In einer Ausführungsform ist die Ausnehmung des zweiten Bau­ teils im Querschnitt kreisförmig und der daran anschließen­ de Bord rohrförmig und hohlzylinderisch ausgeführt. Der in dieser Ausnehmung zu steckender Teilabschnitt des ersten Bauteils ist dementsprechend rotationssymmetrisch bezüglich der Längsachse der Ausnehmung ausgebildet. Dadurch wird eine symmetrische Gestaltung der Bauteilverbindung ermög­ licht, so daß Belastungen gleichmäßig aufgenommen werden können.

Die Erfindung schließt auch Varianten ein, bei denen die Ausnehmung des zweiten Bauteils im Querschnitt eine von der Kreisform abweichende Form, wie z. B. einen quadratischen oder achteckigen Querschnitt aufweist. Durch eine derartige Ausgestaltung der Ausnehmung und einer entsprechenden Ausgestaltung des in diese Ausnehmung zu steckenden Teilab­ schnitts des ersten Bauteils ist bereits vor der eigentli­ chen, durch lokales Umformen herzustellenden Bauteilverbin­ dung eine drehfeste Verbindung zwischen den beiden Bautei­ len möglich.

Weiterhin sind Varianten enthalten, bei denen der Bord die Ausnehmung nicht vollständig umsäumt. So sind beispielswei­ se Ausführungsvarianten denkbar, bei denen nur auf zwei ge­ genüberliegenden Seiten einer quadratischen oder rechtecki­ gen Ausnehmung ein Bord vorhanden ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste Bau­ teil in einem Kopfbereich eine Kehle auf, die an einer dem Bord in Montagestellung zugewandten Stirnseite des Kopfbe­ reichs angebracht ist. Diese Kehle kann umlaufend ausge­ führt und entlang einer geschlossenen Kontur angeordnet werden, die konzentrisch zur Querschnittskontur des Bordes ist. Die Anordnung der Kehle im Kopfbereich des ersten Bauteils entspricht somit der Anordnung des Bordes am zweiten Bauteil. Die Ausmaße der beiden Konturen, wie z. B. der Durchmesser bei einer Kreiskontur oder die Kantenlänge einer quadratischen Kontur können sich, je nach Eindringtie­ fe des Bordes in die Kehle, leicht voneinander unterschei­ den.

In einer anderen Variante besteht die Kehle aus mehreren, insbesondere aus vier durch Stege getrennte Teilbereiche, die auf einer Kontur angeordnet sind, welche konzentrisch zur Querschnittskontur des Bordes ist. Die einzelnen Teilbe­ reiche der Kehle bestehen dabei vorzugsweise aus Rändel­ zacken, die aus dem Kopfbereich des ersten Bauteils durch Rändeln ausgepreßt sind.

Beim Eindringen des Bordes in die aus Teilbereichen beste­ hende Kehle wird eine nicht rotationssymmetrische und da­ durch drehfeste Verbindung zwischen den Bauteilen herge­ stellt. Der Bord kann dabei entweder eine geschlossene Kontur aufweisen oder wie die Kehle aus mehreren voneinan­ der beabstandeten Teilbereichen bestehen. Im ersten Fall wird er beim Eingreifen in die Kehle nicht rotationssymme­ trisch verformt, während er im zweiten Fall wie eine Verzah­ nung in die entsprechenden Abschnitte der Kehle eingreifen kann. In beiden Fällen läßt sich ein höheres Drehmoment übertragen, als bei einer rotationssymmetrisch umlaufenden Bauteilverbindung.

Die Kehle ist vorzugsweise V- oder U-förmig ausgeführt und verfügt über eine innere Mantelfläche, die zum Grund der Kehle konisch oder schräg in Richtung des äußeren Randes der Kehle verläuft. Bei einem kreisförmigen oder teilkreis­ förmigen Verlauf der Kehle weist die innere Mantelfläche mit zunehmender Tiefe der Kehle im Querschnitt einen zuneh­ menden Durchmesser bzw. einen zunehmenden Krümmungsradius auf.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Bord des zweiten Bauteils durch den konusförmigen oder schrägen Verlauf der inneren Mantelfläche der Kehle derart umzubie­ gen oder auf zuweiten, daß am äußeren Umfang des Bordes eine kehlförmige Nut formbar ist. Dies kann durch plastische und/oder elastische Verformung des Bordes erfolgen. Bei einer elastischen Verformung des Bordes kann sich aufgrund einer Rückstellkraft neben einer formschlüssigen Verbindung auch zusätzlich eine kraftschlüssige Verbindung der beiden Bauteile ergeben.

In einer anderen Variante verfügt der Bord bereits vor dem Zusammenbau der beiden Bauteile über eine vorgeformte kehl­ förmige Nut.

Vorzugsweise ist in beiden Fällen der Werkstoff des Kopfbe­ reichs, durch eine axiale Krafteinwirkung in einem mit dem Fließpressen vergleichbaren Umformvorgang plastisch zu verformen. Dabei ist mittels umgeformter fließfähiger Werk­ stoffanteile innerhalb der kehlförmigen Nut am äußeren Umfang des Bordes ein Hinterschnitt herstellbar. Durch diesen Hinterschnitt ist das erste Bauteil axial in beide Richtungen gegenüber dem zweiten Bauteil fixiert.

Das erste Bauteil kann als Bolzen, insbesondere als Stufen­ bolzen ausgebildet sein. Wenn dieser Bolzen einen Gewinde­ zapfen mit einem Außengewinde aufweist, können daran mit­ tels einer Schraubverbindung zusätzliche Bauteile befestigt werden. Es ist in diesem Fall auch möglich das erste Bau­ teil als Gewindebolzen auszuführen. Ebenso ist es möglich daß der Stufenbolzen zur Befestigung oder Lagerung zusätzli­ cher Teile eine sich axial erstreckende Sacklochbohrung aufweist.

Für viele Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn das erste Bauteil einen Durchgangskanal aufweist, der konzentrisch zu der Ausnehmung des zweiten Bauteils verläuft. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß das erste Bauteil als Buchse und insbesondere als Stufenbuchse ausgebildet ist. Ebenso kann das erste Bauteil mit einem Innengewinde verse­ hen werden, so daß es die Funktion einer Mutter übernehmen kann.

Durch derartige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Bauteilverbindung ist es möglich, eine aus dem ersten und dem zweiten Bauteil bestehende Baugruppe mit einem entspre­ chenden Befestigungsmittel, wie z. B. einer Schraube, einer Mutter oder einem Niet an einem die Baugruppe tragenden Teil zu befestigen.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den im folgenden, anhand der in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1a zwei Bauteile einer Bauteilverbindung im Schnitt vor dem Zusammenfügen der Bauteile,

Fig. 1b die zwei Bauteile aus Fig. 1b im teilweise verform­ ten Zustand, während des Fügevorgangs,

Fig. 1c eine fertiggestellte Verbindung der Bauteile aus

Fig. 1a und 1b im Schnitt,

Fig. 2a eine Ausführungsform eines ersten Bauteils der Bauteilverbindung in einer Unterseitenansicht,

Fig. 2b das erste Bauteil gemäß Fig. 2a in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht,

Fig. 3a ein Ausführungsbeispiel einer Bauteilverbindung mit einer Durchgangsbohrung,

Fig. 3b ein Ausführungsbeispiel einer Bauteilverbindung mit einer Durchgangsbohrung und einem Innengewinde,

Fig. 3c ein Ausführungsbeispiel einer Bauteilverbindung mit einem Lagersitz und einer darauf gelagerten und axial festgelegten Seilrolle.

In den Fig. 1a, 1b und 1c wird an einem Ausführungsbei­ spiel die Verbindung eines ersten Bauteils 1 mit einem zweiten Bauteil 2 dargestellt.

Fig. 1a zeigt wie das erste Bauteil 1 mittels eines Setzkop­ fes 3 dem zweiten Bauteil 2 zugeführt wird. Das über einen Kopfbereich 5 verfügende erste Bauteil 1, das die Form eines zylindrischen Bolzens aufweist, enthält einen Teilab­ schnitt 4, der in eine Ausnehmung 7 des zweiten Bauteils 2 zu stecken ist. An einer dem zweiten Bauteil 2 zugewandten Stirnseite 50 des Kopfbereichs 5 des ersten Bauteils 1 ist eine V-förmige Kehle 6 vorgesehen. Diese Kehle 6 weist eine innere Mantelfläche 60 auf, die zum Grund der Kehle 6 konisch in Richtung des äußeren Randes 61 der Kehle 6 ver­ läuft. Ausgehend vom Querschnittsdurchmesser des zylindri­ schen Teilabschnitts 4 im Bereich der Stirnseite 50 des Kopfbereichs 5 vergrößert sich der Innendurchmesser der Kehle 6 an der inneren Mantelfläche 60 mit zunehmender Tiefe der Kehle 6.

Das zweite Bauteil 2 weist einen Bord 9 auf, der die Ausneh­ mung 7 auf einer ersten Seite 8a vollständig umsäumt. An einer zweiten Seite 8b des zweiten Bauteils 2 liegt ein Ge­ genhalter 10 an.

Mittels des Setzkopfes 3 wird das erste Bauteil 1 in Rich­ tung der mit dem Bord 9 versehenen ersten Seite 8a des zwei­ ten Bauteils 2 bewegt. Der zylindrische Teilabschnitt 4 ist dabei koaxial zur Ausnehmung 7 angeordnet und läßt sich paßgenau in die Ausnehmung 7 einführen.

In Fig. 1b ist der zylindrische Teilabschnitt 4 des ersten Bauteils 1 mit Hilfe einer zwischen dem Setzkopf 3 und dem Gegenhalter 10 wirkenden axiale Druckkraft bereits so weit in die Ausnehmung 7 eingeführt worden, daß der Bord 9 durch die konisch verlaufende innere Mantelfläche 60 der Kehle 6 nach außen umgebogen und aufgeweitet worden ist. Die axial gerichteten Kräfte sind in Fig. 1b durch Pfeile angedeutet.

Durch das Umbiegen und Aufweiten des Bordes 9 wird am äußeren Umfang des Bordes 9 eine kehlförmige Nut 11 er­ zeugt.

Im weiteren Verlauf des Fügevorgangs wird der Werkstoff des Kopfbereichs 5 durch Druckspannungen lokal in einem mit dem Fließpressen vergleichbaren Umformverfahren verformt. Die Kehle 6 umschließt dabei den umgebogenen Bord 9 von allen Seiten, wobei der aufgrund der Druckspannungen fließfähige Werkstoff des Kopfbereichs 5 auch in die kehlförmige Nut 11 am äußeren Umfang des Bordes 9 fließt.

In Fig. 1c ist zu erkennen, daß nach Beendigung des Fügevor­ gangs die umgeformten Werkstoffanteile innerhalb der kehl­ förmigen Nut 11 am äußeren Umfang des Bordes 9 einen Hinter­ schnitt 12 erzeugt haben. Durch diesen Hinterschnitt 12 ist das erste Bauteil 1 axial in beiden Richtungen gegenüber dem zweiten Bauteil 2 fixiert. Auf der zweiten Seite 8b des zweiten Bauteils 2 ist eine ebene Anlagefläche ohne einen störenden Anlagebund und ohne störendes gestauchtes Materi­ al vorhanden. Der auf dieser Seite aus der Ausnehmung 7 des zweiten Bauteils 2 herausragende Teilabschnitt 4 des ersten Bauteils 1 kann deshalb z. B. als Lagerstelle für ein weite­ res Bauteil verwendet werden.

In den Fig. 2a und 2b ist eine weitere Ausführungsform des ersten Bauteils 1a in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht und einer Unterseitenansicht dargestellt.

Ein ebenfalls bolzenförmiger und in eine Ausnehmung eines in dieser Figur nicht dargestellten zweiten Bauteils steck­ barer Teilabschnitt 4a des ersten Bauteils 1a verfügt über ein Außengewinde 13. Ein Kopfbereich 5a weist eine Kehle auf, die aus vier durch Stege 66 getrennte Teilbereiche 6a besteht. Die einzelnen auf einer kreisförmigen Kontur angeordneten Teilbereiche 6a werden durch Rändeln in den Kopfbereich 5a eingeformt.

Durch die Stege 66 wird eine nicht rotationssymmetrische Verformung eines Bordes eines zweiten Bauteils ermöglicht. Dadurch wird neben der notwendigen axialen Fixierung auch eine radiale Fixierung und somit eine ausreichende Übertra­ gung von Drehmomenten zwischen dem ersten Bauteil 1a und einem zweiten Bauteil gewährleistet.

In Fig. 3a ist eine Bauteilverbindung dargestellt, bei der ein erstes Bauteil 1b formschlüssig mit einem zweiten Bau­ teil 2 verbunden ist. Das erste Bauteil 1b weist in dieser Ausführungsform eine Durchgangsbohrung 14 auf und kann beispielsweise als Lagerbuchse verwendet werden.

In Fig. 3b ist eine Bauteilverbindung dargestellt, bei der ein erstes Bauteil 1c mit einem zweiten Bauteil 2 verbunden ist und bei der das erste Bauteil 1c eine Durchgangsbohrung mit einem Innengewinde 15 aufweist. Das erste Bauteil 1c kann somit die Funktion einer Mutter übernehmen.

Fig. 3c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Ver­ bindung zwischen einem ersten Bauteil 1d und einem zweiten Bauteil 2. Das erste Bauteil 1d weist einen Gewindezap­ fen 16 und einen Lagersitz 17 auf. Mittels einer Mutter 18 und einer Scheibe 19 ist eine drehbar auf dem Lagersitz 17 gelagerte Seilrolle 20 axial fixiert.

Claims (19)

1. Verbindung zwischen zwei Bauteilen, die durch Umformen zumindest eines der beiden Bauteile formschlüssig miteinander verbindbar sind, insbesondere für Verstell­ einrichtungen in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (1, 1a, 1b, 1c, 1d) einen Kopfbe­ reich (5, 5a) mit einer Kehle (6) aufweist, in die ein Bord (9) des zweiten Bauteils (2) beim Zusammenfügen der beiden Bauteile (1, 2) mittels einer im wesentli­ chen axial gerichteten Kraft eingreift.

2. Bauteilverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß

• - das zweite Bauteil (2) eine Ausnehmung (7) aufweist, die der Bord (9) auf einer Seite (8a) des zweiten Bauteils (2) ganz oder teilweise umsäumt und daß
• - das erste Bauteil (1, 1a, 1b, 1c, 1d) einen Teilab­ schnitt (4, 4a) aufweist, der beim Zusammenfügen der beiden Bauteile in oder durch die Ausnehmung (7) des zweiten Bauteils (2) zu stecken ist.

3. Bauteilverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ausnehmung (7) des zweiten Bauteils (2) im Querschnitt kreisförmig, der daran anschließende Bord (9) hohlzylinderisch und der durch die Ausnehmung (7) zu steckende Teilabschnitt (4, 4a) des ersten Bauteils (1, 1a, 1b, 1c, 1d) rotationssymmetrisch bezüglich der Längsachse der Ausnehmung (7) ausgebildet sind.

4. Bauteilverbindung mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kehle (6) des ersten Bauteils (1, 1a, 1b, 1c, 1d) an einer dem Bord (9) in Montagestellung zugewandten Stirnseite (50) des Kopfbe­ reichs (5, 5a) angebracht ist.

5. Bauteilverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kehle (6) entlang einer geschlossenen um­ laufenden Kontur angeordnet ist, die konzentrisch zur Querschnittskontur des Bordes (9) ist.

6. Bauteilverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kehle (6) aus mehreren, insbesondere aus vier voneinander durch Stege (66) getrennten Teilberei­ chen (6a) besteht, die auf einer Kontur angeordnet sind, die konzentrisch zur Querschnittskontur des Bordes (9) ist.

7. Bauteilverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Teilbereiche (6a) der Kehle (6) aus Rändel­ zacken bestehen, die aus dem Kopfbereich (5, 5a) des ersten Bauteils (1, 1a, 1b, 1c, 1d) durch Rändeln ausge­ preßt sind.

8. Bauteilverbindung nach mindestens einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kehle (6) oder deren Teilbereiche (6a) V- oder U-förmig ausge­ führt sind und über eine innere Mantelfläche (60) ver­ fügt, die zum Grund der Kehle (6) konisch oder schräg in Richtung des äußeren Randes (61) der Kehle (6) oder deren Teilbereiche (6a) verläuft.

9. Bauteilverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bord (9) des zweiten Bauteils (2) durch den konusförmigen oder schrägen Verlauf der inneren Man­ telfläche (60) der Kehle (6) derart umzubiegen oder auf zuweiten ist, daß am äußeren Umfang des Bordes (9) eine kehlförmige Nut (11) formbar ist.

10. Bauteilverbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bord (9) beim Einführen in die Kehle (6) zumindestens teilweise elastisch verformbar ist.

11. Bauteilverbindung nach mindestens einem Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bord (9) über eine vorgeformte, kehlförmige Nut (11) verfügt.

12. Bauteilverbindung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Kopfbe­ reichs (5, 5a) durch die axiale Krafteinwirkung derart plastisch verformbar ist, daß mittels umgeformter fließfähiger Werkstoffanteile innerhalb der kehlförmi­ ge Nut (11) am äußeren Umfang des Bordes (9) ein Hin­ terschnitt (12) herstellbar ist.

13. Bauteilverbindung nach mindestens einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (1, 1a, 1b, 1c, 1d) als Bolzen, insbesondere als Stufenbolzen, ausgebildet ist.

14. Bauteilverbindung nach mindestens einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (1, 1a, 1b, 1c, 1d) einen Gewindezapfen (16) mit einem Außengewinde (13) aufweist.

15. Bauteilverbindung nach mindestens einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (1, 1a, 1b, 1c, 1d) eine sich axial erstrecken­ de Sacklochbohrung aufweist.

16. Bauteilverbindung nach mindestens einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (1, 1a, 1b, 1c, 1d) einen zu der Ausneh­ mung (7) des zweiten Bauteils (2) konzentrischen Durch­ gangskanal (14) aufweist.

17. Bauteilverbindung nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste Bauteil (1, 1a, 1b, 1c, 1d) als Buchse, insbesondere als Stufenbuchse, ausgebildet ist.

18. Bauteilverbindung nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bau­ teil (1, 1a, 1b, 1c, 1d) ein Innengewinde (15) auf­ weist.

19. Bauteilverbindung mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem ersten Bauteil (1, 1a, 1b, 1c, 1d) und dem zweiten Bauteil (2) bestehende Baugruppe mit einem Befesti­ gungsmittel an einem die Baugruppe tragenden Teil zu befestigen ist.