DE19654947A1 - Verbindungsverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbindungsverfahren eines Treib­ nagels mit einem eine Bohrung aufweisenden, mindestens teil­ weise elastischen Körper.

Verbindungsverfahren durch Verschrauben oder Vernieten sind bekannt. Niet- und Schraubverfahren sind jedoch technologisch aufwendig und insbesondere beim Nieten von bestimmten Mate­ rialeigenschaften oder Materialkombinationen abhängig.

Beide Varianten haben den Nachteil, daß sie bei der Endmontage relativ viel Zeit erfordern. Weiterhin besteht bei derartigen Verbindungen stets die Gefahr, daß diese sich im Laufe der Zeit lösen oder lockern.

Es wurden weiterhin bereits Versuche unternommen, längere Bolzen an z. B. Gehäuseteile durch Annieten zu befestigen.

Aufgrund der erforderlichen Stauchschaftlänge im Verhältnis zum Durchmesser wird bekannterweise entweder das Taumelniet­ verfahren oder Warmstauchverfahren angewandt, wobei beide Verfahren jedoch hinsichtlich Fertigungszeit und Ferti­ gungseinrichtungen aufwendig sind.

Derartige Nietverbindungen sind jedoch an sich unlösbar, d. h. sie können nur durch Zerstörung des Nietes oder Abtragen des Nietkopfes wieder getrennt werden.

Insbesondere aus der Kraftfahrzeugtechnik sind rastende Steckverbindungen bekannt, bei denen ein Treibnagel einen Schaft aufweist, der in einen mindestens teilweise elastischen Körper mit einer Bohrung zur Aufnahme des Treibnagels einge­ schoben wird. Durch die Elastizität des Körpers, d. h. ein umfangmäßiges Ausdehnen der Bohrung bei der Aufnahme des Treibnagels wird letzterer im elastischen Körper fixiert. Die Haltekräfte sind jedoch nur gering, so daß diese bekannte Verbindungsart beispielsweise lediglich dazu verwendet werden kann, eine Kofferraumauskleidung an einem Karosserieteil eines Kraftfahrzeuges oder dergleichen zu befestigen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verbindungsverfahren zwischen einem Treibnagel und einem teilweise elastischen Körper mit einer Bohrung zur Aufnahme des Treibnagels anzu­ geben, das es gestattet, in technologisch einfacher Weise sichere, hoch belastbare und kostengünstige Verbindungen zwischen ganz unterschiedlichen konstruktiven Baugruppen auszubilden.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegen­ stand gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei der Unteranspruch mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfaßt.

Ein wesentlicher Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß die Dehn- und Rückdehnbarkeit eines elastischen Körpers, der z. B. aus Kunststoff, Metall oder anderen elastischen Werkstoffen besteht, ausgenutzt wird, um mittels eines spezielle Erhebungen aufweisenden Treibnagels, der als Gegenstück zum elastischen Körper wirkt, eine formschlüssige Verbindung zwischen beiden Bauteilen herzustellen.

Erfindungsgemäß besitzt der Treibnagel einen Schaft, der radial umlaufende Erhebungen aufweist, welche beim Einpressen oder Eindrücken des Treibnagels in die Bohrung des elastischen Körpers an der Bohrungsinnenseite entlanggleiten.

Die Erhebungen wirken beim Einpressen oder Eindrücken mit außen am elastischen Körper radial umlaufenden Rillen oder Hinterschneidungen zusammen.

Dieses Zusammenwirken gestaltet sich derart, daß beim Ein­ drücken oder Einpressen des Treibnagels durch die an diesen befindliche Erhebungen ein elastisches Dehnen des Körpers erfolgt, wobei dann, wenn die Erhebungen des Treibnagels ihre Endposition im wesentlichen entsprechend der Lage der Rillen oder Hinterschneidungen erreicht haben, das elastische Material des Körpers zurückspringt und sich somit eine Arretierungswirkung gegen Herausziehen des Treibnagels einstellt. Im Bereich der Materialschwächungen, d. h. der Rillen oder Hinterschneidungen des elastischen Körpers tritt eine umfangsmäßige elastische Ausdehnung, bedingt durch die Erhebungen des Treibnagels, auf, ohne daß eine irreversible Gefügeveränderung oder Gefügezerstörung des elastischen Körpers die Folge ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung kann der elastische Körper auch als Sandwich-Bauteil mit vorgegebenen, geänderten, elastischen bzw. Materialeigenschaften mindestens im Bereich der Endpositionen der Erhebungen des Treibnagels ausgebildet sein, so daß sich die Herstellung des elastischen Körpers weiter vereinfacht.

Erfindungsgemäß bestimmt die Anzahl, der Durchmesser und der Abstand der Erhebungen des Treibnagels im Zusammenwirken mit den jeweiligen Rillen oder Hinterschneidungen des elastischen Körpers die maximale Belastbarkeit der jeweiligen Verbindung. In vorteilhafter Weise kann ein unterer Abschnitt des Treib­ nagels im Durchmesser abgesetzt sein, so daß sich ein leich­ teres Einführen in die Bohrung des elastischen Körpers ergibt. Alternativ oder ergänzend kann die Bohrung über eine umlau­ fende Fase verfügen, so daß auch hierdurch eine weitere Montagevereinfachung bei der Anwendung der Verbindungsanord­ nung bzw. Verbindungsverfahrens gegeben ist.

Erfindungsgemäß richtet sich die geometrische Gestalt, d. h. die Querschnittsform der Erhebungen, die am Treibnagel ausgebildet sind, nach der Preß- bzw. Eintreibrichtung und der maximalen Elastizität bzw. Dehnbarkeit des elastischen Körpers, in den der Treibnagel eingetrieben wird sowie danach, ob die Füge- bzw. Verbindungsstelle lösbar oder unlösbar ausgebildet sein soll. So ist es in einer Ausführungsform der Erfindung möglich, den Querschnitt der Erhebungen mit einer im wesentlichen Dreiecksform zu versehen, so daß sowohl ein Einpressen oder Eindrücken als auch ein Lösen der Verbindung durch Herausziehen des Treibnagels ohne Zerstörung des elastischen Körpers möglich wird.

Durch das Vorsehen von Rillen oder Hinterschneidungen im elastischen Körper ergibt sich einerseits die erwähnte umfangsmäßige Ausdehnung in einem Abschnitt dieser Rillen oder Erhebungen aufgrund des Eindringens des Treibnagels und zum anderen dehnen sich die den Rillen oder Hinterschneidungen benachbarten Teilbereiche aufgrund ihrer entsprechenden umfangsmäßig größeren Dimensionierung über die Erhebungen des Treibnagels zurück und umschließen diese formschlüssig, wodurch eine ausgezeichnete Stabilität und hohe Belastbarkeit der jeweiligen Verbindung gewährleistet ist.

Es liegt im Sinne der Erfindung, daß mit der beschriebenen Verbindungsanordnung Normteile fertigbar sind, die als formschlüssige Verbindungsmittel für ganz unterschiedliche Verbindungen von verschiedenartigsten Bauteilen eingesetzt werden können.

In vorteilhafter Weise sind die Erhebungen des verwendeten Treibnagels so ausgebildet, daß diese eine in Eindrückrichtung weisende konische Form besitzen. In dem Falle, wenn eine lös­ bare Fügeverbindung gewünscht ist, besitzen die Erhebungen eine Doppelkonus- oder eine im Querschnitt Dreiecksform, so daß ein Herausziehen des Treibnagels aus der Bohrung des elastischen Körpers ohne Zerstörung des letzteren durchführbar ist.

Einem weiteren Grundgedanken der Erfindung folgend ist der verwendete Treibnagel als Gewindebolzen ausgebildet, und kann in einen elastischen Körper eingepreßt oder eingedrückt werden. Der elastische Körper kann in diesem Falle eine mit einer Befestigungsplatte einstückig ausgebildete Buchse sein, so daß die Befestigungsplatte selbst mit Hilfe des Gewinde­ bolzens bzw. des Treibnagels an einem weiteren Bauteil befestigbar ist.

Alternativ kann der Treibnagel als Gewindebuchse ausgebildet sein, welche in einen elastischen Körper eingepreßt oder eingedrückt wird. Der elastische Körper kann in diesem Falle eine mit einer Befestigungsplatte einstückig ausgebildete Buchse sein.

Die vorstehend beschriebenen Varianten mit einem Treibnagel als Gewindebolzen bzw. in Ausbildung als Gewindebuchse können beispielsweise in der Feinmechanik, Elektronik, hier speziell in der Leiterplattentechnik, als Verbindungsvariante Anwendung finden.

Auch ist es möglich, den Treibnagel so auszubilden, daß dieser eine Stehbolzenform aufweist, wobei der Stehbolzen einstückig und einen weiteren Bauteil bildend ausgebildet sein kann. Eine Befestigungsbuchse, die als elastischer Körper wirkt, kann dann zum Befestigen des Bauteiles unter Rückgriff auf die vorstehend beschriebene Verfahrensweise genutzt werden.

Das erfindungsgemäße Verbindungsverfahren greift also demnach auf einen Treibnagel zurück, welcher mit einem eine Bohrung aufweisenden, mindestens teilweise elastischen Körper zusammenwirkt. Hierfür wird zunächst der Treibnagel mit radial umlaufenden Erhebungen bestimmter Art und Konfiguration versehen und es wird der teilweise elastische Körper mit radial außen umlaufenden Rillen oder Hinterschneidungen ausgebildet, die bei mehreren beabstandeten umlaufenden Erhebungen des Treibnagels im wesentlichen den gleichen Längsabstand wie diese Erhebungen aufweisen. Die radial außen umlaufenden Rillen oder Hinterschneidungen besitzen eine Breite, die gleich oder größer der Breite der umlaufenden Erhebungen ist.

Alternativ kann der teilweise elastische Körper als ein Sandwich-Bauteil ausgebildet sein, das abwechselnd hoch elastische und weniger elastische Abschnitte aufweist.

Erfahrungsgemäß erfolgt ein Einpressen oder Eindrücken des Treibnagels in die Bohrung des elastischen Körpers, wobei die Erhebungen des Treibnagels unter Überwindung der Elastizität des Körpers in eine Befestigungs-Endposition gelangen, die der Position der Rillen oder Hinterschneidungen bzw. der höherelastischen Abschnitte bei einer Sandwich-Struktur des elastischen Körpers entspricht. Im Ergebnis des Einpressens hintergreift das elastische Material des Körpers die Bereiche der Erhebungen und es erfolgt ein umfangsmäßiges Ausdehnen des elastischen Körpers in einem Abschnitt der Rillen oder Hinterschneidungen, wodurch ein entsprechender Preßsitz des Treibnagels im elastischen Körper erreicht wird.

Alles in allem gelingt es mit dem vorstehend beschriebenen Verbindungsverfahren, außerordentlich sichere, hoch belast­ bare, formschlüssige Verbindungen auszuführen, die, bezogen auf bekannte Niet-, wie Massiv- oder Popnietverfahren, technologisch und materialseitig deutlich weniger aufwendig realisiert werden können. Durch eine einfache Änderung der Querschnittsform der Erhebungen des Treibnagels lassen sich darüber hinaus auch lösbare Verbindungsanordnungen ausführen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen:

Fig. 1a und b eine erste Ausführungsform der Verbindungsan­ ordnung bestehend aus Treibnagel und elasti­ sche Körper vor und nach dem Zusammenfügen;

Fig. 1c und d Detaildarstellungen der Rillen oder Hinter­ schneidungen des elastischen Körpers vor und nach dem Einpressen des Treibnagels;

Fig. 2a und b eine Ausführungsform der Verbindungsanordnung mit einem Treibnagel als Stehbolzen vor und nach der Herstellung der formschlüssigen Verbindung zwischen Stehbolzen und elastischem Körper in Form einer Buchse;

Fig. 2c und d Details der Rillen bzw. Hinterschneidungen vor und nach dem Einführen des Stehbolzens in die als elastischer Körper wirkende Buchse;

Fig. 3a und b eine Ausführungsform der Verbindungsanordnung mit einem Treibnagel-Gewindebolzen, der in ein Bauteil eingeführt wird, welches einen buchsenartigen elastischen Körper aufweist;

Fig. 3c eine Draufsicht auf die Darstellung gemäß Fig. 3b mit erkennbarer Verdrehsicherung des Treibnagelgewindebolzens im elastischen Körper;

Fig. 4a und b eine Treibnagelgewindebuchse, die in einen buchsenartigen elastischen Körper eingepreßt ist, und

Fig. 4c eine Draufsicht der Treibnagel-Gewindebuchse mit erkennbarer Verdrehsicherung.

Anhand der Fig. 1a bis soll zunächst das grundsätzliche Prinzip eines Ausführungsbeispieles der Verbindungsanordnung näher erläutert werden.

Die Fig. 1a zeigt einen Treibnagel 1 mit radial umlaufenden Erhebungen 2 bis 4. Diese Erhebungen 2 bis 4 haben eine annähernd konische Form, welche in Eindrückrichtung des Treibnagels weist. Die Dimensinierung der Erhebung 4 weist bezogen auf die übrigen Erhebungen 2 und 3 eine geänderte Gestalt auf, welche in Verbindung mit einem durchmesserseitig abgesetzten Einführabschnitt 5 ein leichteres Einführen des Treibnagels in den eine Bohrung 6 aufweisenden elastischen Körper 7 ermöglicht.

Der elastische Körper 7 besitzt über seine Längsachse beab­ standet angeordnete Rillen oder Hinterschneidungen 8, die beim gezeigten Beispiel eine annähernde Halbkreisform im Querschnitt aufweisen.

Die Rillen oder Hinterschneidungen 8 führen zu einer Schwächung der Wandung des elastischen Körpers 7 und wechseln über die Längsachse des elastischen Körpers mit Vorsprüngen 9 ab.

Bei der Montage des Treibnagels 1 wird dieser durch eine eine weitere Bohrung 10 aufweisende Befestigungsfläche 11 geführt und gelangt in die Öffnung bzw. Bohrung 6 des elastischen Körpers 7. Zweckmäßigerweise besitzt die Bohrung bzw. die Öffnung 6 des elastischen Körpers 7 eine konische Fase 60 zum leichteren Einführen und Zentrieren des Treibnagels 1.

Nunmehr wird der Treibnagel 1 unter Krafteinwirkung bis zum Anschlag des Treibnagelkopfes 12 an die Befestigungsfläche 11 in seine Befestigungsendposition verbracht. In dieser Endposition stehen die Erhebungen 2 bis 4 den jeweiligen Rillen bzw. Hinterschneidungen 8 gegenüber.

Das elastische Material des Körpers 7 hintergreift die Erhebungen 2 bis 4. Gleichzeitig bildet sich umfangsmäßig eine Ausdehnung jeweils in einen Abschnitt der Rillen und Hinterschneidungen 8 aus.

Diese Veränderungen im Querschnitt des elastischen Körpers 7 sind im Vergleich der Detaildarstellungen vor und nach dem Einpressen des Treibnagels, illustriert mit den Fig. 1c und 1d, erkennbar. Fig. 1d zeigt mit A gekennzeichnet den Bereich des Hintergreifens durch Rückdehnen des Materials des elastischen Körpers 7 an den entsprechenden Stellen der Erhebungen 2 bis 4. Mit B ist die umfangsmäßige Ausdehnung des elastischen Körpers 7 in einem Abschnitt der Rillen oder Hinterschneidungen 8 illustriert.

Die Verbindungsanordnung gemäß Fig. 1a bis d kann beispielsweise zum Befestigen von Armaturenbrettern in Kraftfahrzeugen, Innenraumverkleidungen, Karosserieteilen oder zur Montage von elektronischen Baugruppen oder Gehäusen verwendet werden. Besondere Vorteile entstehen bei der Anwendung im Elektrotechnik- oder Elektronikbereich dadurch, daß der elastische Körper aus einem Kunststoffmaterial besteht, wodurch sich Isolationsprobleme, wie bei metallischen Nieten oder dergleichen von vornherein vermeiden lassen.

Eine solche Befestigung von elektronischen Baugruppen oder Bauelementen oder auch von Innenverkleidungen, z. B. in Kraft­ fahrzeugen, ist auch mit dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 2a bis b denkbar, bei welchen der Treibnagel die Form eines Stehbolzens aufweist, der z. B. an einer elektronischen Baugruppe 14 befestigt oder mit dieser integral ausgebildet sein kann. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 2a bis d sei hinsichtlich der verwendeten Bezugszeichen auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß es für das Umsetzen des Verbindungsverfahren unerheblich ist, ob der Treibnagel 1 bzw. der Stehbolzen 13 in die Bohrung des elastischen Körpers 7 hineingepreßt wird oder eine umgekehrte Bewegung, d. h. ein quasi Überstülpen des elastischen Körpers 7 bezogen auf z. B. den Stehbolzen 13 erfolgt.

Wenn eine lösbare Verbindung zwischen Treibnagel 1 bzw. Stehbolzen 13 und dem elastischen Körper 7 gewünscht ist, läßt sich diese dadurch erreichen, daß die Erhebungen 2 bis 4 eine Doppelkonusfläche oder eine im Querschnitt Dreiecksform auf­ weisen, wodurch ohne nachteilige irreversible Gefügeverände­ rungen in der Wandung des elastischen Körpers 7 durch Umkehr der Bewegungsrichtung ein Herausziehen bzw. ein Trennen zwischen Stehbolzen 13 und elastischem Körper 7 möglich wird.

Alternativ ist denkbar, die Wandung des elastischen Körpers nicht aus einer im Querschnitt alternierenden Wandung mit Hinterschneidungen und Vorsprüngen 8, 9 auszubilden, sondern eine Wandungs-Sandwichstruktur vorzusehen, so daß sich Abschnitte mit erhöhter und weniger großen Elastizität ergeben, wodurch das gewünschte Hintergreifen und umfangs­ mäßige Ausdehnen, wie vorstehend beschrieben, erreichbar ist.

Wie im dritten Ausführungsbeispiel unter Rückgriff auf die Fig. 3a bis c gezeigt, besteht die Möglichkeit, den Treibnagel mit einem Gewindebolzenfortsatz 15 zu versehen, der in einen buchsenartigen elastischen Körper 16 eingepreßt wird.

Fig. 3a zeigt den Gewindebolzen 15 mit den Erhebungen 2 bis 4, die radial umfangsmäßig ausgebildet sind und mit einem abge­ setztem Abschnitt 5 vor dem Eindrücken oder Einpressen in den buchsenartigen elastischen Körper 16.

Dieser buchsenartige elastische Körper 16 besitzt wie die elastischen Körper der voranstehend geschilderten Ausfüh­ rungsbeispiele umlaufende Rillen oder Hinterschneidungen 8, und es werden, wie dies die Fig. 3b illustriert, nach dem Eindrücken oder Einpressen des Gewindebolzens 15 in den buchsenartigen elastischen Körper 16 dieselben Befestigungs­ wirkungen, wie bereits weiter oben beschrieben, erreicht.

Zusätzlich kann, wie in Fig. 3c gezeigt, eine Verdrehsicherung des Gewindebolzens 15 dadurch erreicht werden, daß dieser einen abgeflachten Abschnitt 17 aufweist, der mit einer ent­ sprechend ausgebildeten Bohrung 8 oder einem oberen Abschnitt der Bohrung 8 des buchsenartigen elastischen Körpers 8 zusam­ menwirkt.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß aufgrund der hohen Kräfte, die durch die Wirkung der Erhebungen 2 bis 4 in Verbindung mit der speziellen Formgebung des elastischen Körpers 16 entstehen auf zusätzliche konstruktive Maßnahmen zur Sicherheit gegen Ver­ drehen eines Bolzens oder einer Buchse gemäß der beschriebenen Verbindungsanordnung verzichtet werden kann.

Mit Hilfe der Fig. 4a und b sei analog, wie im Beispiel zu den Fig. 3a und c beschrieben, auf ein weiteres Ausführungs­ beispiel verwiesen, bei welchem der Treibnagel als Gewinde­ buchse 22 ausgebildet ist, die in eine Bohrung bzw. Ausnehmung 6 eines elastischen Körpers 7 eingepreßt bzw. eingedrückt wird. Die Fig. 4a zeigt hierbei den Zustand vor, die Fig. 4b den Zustand nach dem erfolgten Einpressen der Treib­ nagel-Gewindebuchse 22 in den elastischen Körper 7. Die Fig. 4c zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung der Treib­ nagel-Gewindebuchse 22 im elastischen Körper 7 mit Verdrehsicherung durch einen abgeflachten Abschnitt 17.

Mit Hilfe des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 4a bis c können beispielsweise Kunststoffgehäuseteile 70, die eine Anformung gemäß dem elastischen Körper 7 integral aufweisen, mit einer metallischen Gewindebuchse 22 versehen werden, so daß ein leichtes Montieren mittels üblicher Schraubverbindungen erfolgen kann. Im Gegensatz zu bekannten Anordnungen, bei denen eine Gewindebuchse in der Art eines Hohlnietes verpreßt wird, sind Beschädigungen des betreffenden zu befestigenden Bauteiles nahezu ausgeschlossen.

Alles in allem gelingt es mit der Verbindungsanordnung gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen in beson­ ders einfacher Weise hochfeste und technologisch einfach umzusetzende formschlüssige Fügungen vorzunehmen, wobei die Elemente der Verbindungsanordnung, insbesondere der Treibnagel und der elastische Körper als Normteile ausführbar sind.

Claims (2)

1. Verbindungsverfahren eines Treibnagel mit einem eine Bohrung aufweisenden, mindestens teilweise elastischen Körper mit folgenden Schritten:

• - Versehen des Treibnagels mit radial umlaufenden Erhebungen und Ausbilden von radial außen umlaufenden Rillen oder Hinterschneidungen am elastischen Körper, die bei mehreren beabstandeten umlaufenden Erhebungen den im wesentlichen gleichen Längsabstand wie diese Erhebungen aufweisen;
• - Einpressen oder Eindrücken des Treibnagels in die Bohrung des elastischen Körpers, wobei die Erhebungen unter Über­ windung der Elastizität des Körpers in eine Endposition gebracht werden, die der Position der Rillen oder Hinter­ schneidungen im wesentlichen entspricht und
• - Hintergreifen des elastischen Materials des Körpers im Bereich der Erhebungen und umfangmäßiges Ausdehnen des elastischen Körpers in einem Abschnitt der Rillen oder Hinterschneidungen zum Erhalt eines Preßsitzes des Treibnagels im elastischen Körper.

2. Verwendung des Verbindungsverfahrens nach Anspruch 1 für das Befestigen einer elektronischen Baugruppe oder dergleichen mit integral ausgebildeten Steckbolzen.