DE102004048835B4 - Niet- oder Schraubverbindung eines Kunststoffteils mit einem weiteren Teil - Google Patents

Niet- oder Schraubverbindung eines Kunststoffteils mit einem weiteren Teil Download PDF

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Abstract

Niet- oder Schraubverbindung (1) eines ersten Bauteils (2) mit einem zweiten Bauteil (3), wobei im ersten und im zweiten Bauteil korrespondierende erste (4) und zweite (5) Durchgangsöffnungen angeordnet sind, die vom Schaft (7) einer Niete (6) oder Schraube durchdrungen sind und wobei die Niete (6) oder Schraube beidseits der benachbarten Öffnungen (4, 5) einen Nietkopf (8) bzw. Schraubenkopf bzw. Mutter mit einem Durchmesser größer dem Durchmesser der Öffnungen (4, 5) aufweist, wobei mindestens das erste Bauteil (2) im Bereich der Niete (6) oder Schraube eine topfartige Vertiefung (10) in Richtung des zweiten Bauteils (3) aufweist, auf deren Boden (12) die erste Durchgangsöffnung (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (11) der topfartigen Vertiefung (10) des ersten und/oder zweiten Bauteils, die sich zwischen dem Boden (12) der Vertiefung (10) und dem an die Vertiefung (10) nach außen anschließenden Bereich des jeweiligen ersten oder zweiten Bauteils (2) erstreckt, einen über ihren...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Niet- oder Schraubverbindung zum Verbinden zweier Bauteile. Derartige Verbindungen werden insbesondere im Bereich des Fahrzeugbaus, insbesondere im Kraftfahrzeugbau, verwendet.
  • Zum Verbinden zweier Bauteile eignen sich verschiedene Verbindungsverfahren. Zum einen können die Bauteile an entsprechenden Stellen miteinander verklebt oder verschweißt oder auch verlötet werden. Um eine lösbare Verbindung zu schaffen, werden auch Schraubverbindungen verwendet, bei denen eine Schraube durch zueinander angeordnete Öffnungen in den beiden Bauteilen gesteckt und mit einer Mutter oder einer Nietmutter gekontert wird. Eine weitere Alternative für eine lösbare Verbindung sind Nietverbindungen, bei denen anstelle einer Schraube eine Niete durch die fluchtend angeordneten Durchgangsöffnungen in den beiden zu verbindenden Bauteilen durchgeschoben und anschließend gestaucht wird. Die Niete selbst besitzt an einem ihrer Enden einen Nietkopf, der aufgrund seiner Verbreiterung gegenüber dem Nietschaft und den Bauteilöffnungen die Niete auf einer Seite eines Bauteils festlegt. Durch die Stauchung wird auch am anderen Ende der Niete eine Verbreiterung geschaffen, die hier wie im Folgenden ebenfalls unter Nietkopf zusammenfasst werden soll. Denn prinzipiell ist es möglich, die Niete mit ihrem Schaft von der einen Seite oder auch von der anderen Seite durch die Durchgangsöffnungen in den Bauteilen zu stecken und die Stauchung dann auf der jeweils anderen Seite anzubringen. Entscheidend ist lediglich, dass zuletzt auf beiden Seiten der Durchgangsöffnungen Verbreiterungen vorhanden sind, die die Niete in den Durchgangsöffnungen festlegen.
  • Die Krafteinleitung von jedem Bauteil in die Verbindung erfolgt über den jeweiligen Nietkopf, Schraubenkopf bzw. die Mutter und ist durch die Größe des Kopfes bestimmt.
  • Niet- und Schraubverbindungen werden dabei herkömmlicherweise insbesondere zur Verbindung von Bauteilen aus Metall, insbesondere aus Blech, verwendet.
  • Die Druckschrift DE 23 52 181 A1 offenbart eine Schraubverbindung eines ersten Bauteils und eines zweiten Bauteils, wobei die Schraube am Boden einer tellerartigen Vertiefung des einen Bauteils angeordnet ist und durch zwei fluchtende Öffnungen der beiden Bauteile hindurchtritt.
  • Die Druckschrift CH 610 069 offenbart eine Verbindung von Platten aus Metall oder Kunststoff, wobei zwei aufeinander liegende Platten mittels Schrauben oder Nieten miteinander verklemmt sind, wobei im Bereich um die Schrauben oder Nieten einander zugeordnete, gleichartige, gut ineinander passende, vorfabrizierte Verankerungen in Form von Erhebungen/Senkungen in beiden Platten angeordnet sind, welche die von einer Platte auf die andere in der Plattenebene zu übertragenden Kräfte in Form von Schubkräften aufnehmen.
    •
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Niet- oder Schraubverbindung zur Verfügung zu stellen, die eine gute Krafteinleitung gewährleistet bei gleichzeitig hoher Steifigkeit der Befestigungsstelle.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Niet- oder Schraubverbindung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Niet- oder Schraubverbindung werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Die Erfindung schafft eine Niet- oder Schraubverbindung eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil, wobei im ersten und im zweiten Bauteil korrespondierende erste und zweite Durchgangsöffnungen angeordnet sind, die vom Schaft einer Niete oder Schraube durchdrungen sind und wobei die Niete oder Schraube beidseits der benachbarten Öffnungen einen Nietkopf bzw. Schraubenkopf bzw. Mutter mit einem Durchmesser größer dem Durchmesser der Öffnungen aufweist, wobei mindestens das erste Bauteil im Bereich der Niete oder Schraube eine topfartige Vertiefung in Richtung des zweiten Bauteils aufweist, auf deren Boden die erste Durchgangsöffnung angeordnet ist, wobei die Wand der topfartigen Vertiefung des ersten und/oder zweiten Bauteils, die sich zwischen dem Boden der Vertiefung und dem an die Vertiefung nach außen anschließenden Bereich des jeweiligen ersten oder zweiten Bauteils erstreckt, einen über ihren Umfang variablen Radius aufweist, und/oder die Wand längs ihres Umfangs Ausbuchtungen und/oder Einbuchtungen aufweist.
  • Eine derartige topfartige Vertiefung kann, wenn von der anderen Seite des ersten Bauteils betrachtet, auch als domartige Erhöhung bezeichnet werden, wobei die Öffnung im Dach des Domes angeordnet ist.
  • Durch die topfartige Vertiefung bzw. domartige Erhöhung ergibt sich eine 3D-Struktur, durch die eine Versteifung eines ersten Bauteils im Bereich der Niete bzw. Schraube bewirkt wird. Denn die Seitenwandungen der topfartigen Vertiefung versteifen die Gesamtstruktur, Schwingungen um den Verbindungspunkt werden so verringert oder vermieden.
  • Eine besonders vorteilhafte Verbindung ergibt sich dadurch, dass die Wandung der topfartigen Vertiefung keinen reinen kreisförmigen Querschnitt aufweist, sondern beispielsweise in Sterngeometrie ausgeführt wird. Bei dieser Geometrie wird periodisch der Radius des Umfangs der Wandung längs des Umfangs variiert, so dass sich Aus- und Einbuchtungen der Wandung ergeben. Hierdurch wird eine Anbindungsfläche erzielt, die bei gleicher Größe einem Vielfachen, z.B. dem Eineinhalbfachen, einer kreisrunden Wandung entspricht. Die Kontaktstrecke zur Einleitung von Kräften in die Verbindung aus dem ersten Bauteil erhöht sich also erheblich, so dass weit größere Kräfte übertragen werden können.
  • Ein weiterer Vorteil einer derartigen topfartigen Vertiefung besteht darin, dass zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil ein Abstand entsteht, der der Tiefe der topfartigen Vertiefung entspricht. Sind beispielsweise zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil Dichtungen angeordnet, beispielsweise als Ringdichtung um die topfartige Vertiefung, so kann die Höhe der topfartigen Vertiefung so eingestellt werden, dass die Vertiefung als Stopper (Distanzhalter) wirkt und die Kompression der Dichtung beim Befestigen der beiden Bauteile aneinander limitiert. Dies ermöglicht, die entsprechende Dichtung innerhalb ihres elastischen Bereiches zu komprimieren, so dass eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet ist.
  • Die erfindungsgemäße Verbindung ist sehr rasch und leicht zu montieren und besitzt ein geringes Gewicht. Insbesondere im Vergleich zu im Kunststoffbereich bisher vorherrschenden Schraubverbindungen ergibt sich eine erheblich vereinfachte Montage bei Verwendung einer Nietverbindung nach der vorliegenden Erfindung.
  • Dabei sind die erfindungsgemäßen Verbindungen hinreichend wasserdicht, so dass sie in jeder Hinsicht mit bisherigen Verbindungen konkurrieren können.
  • Die erfindungsgemäße Verbindung wird insbesondere eingesetzt zur Verbindung mindestens eines ersten Bauteils aus Kunststoff mit einem zweiten Bauteil, das aus Metall oder auch ebenfalls aus Kunststoff bestehen oder Kunststoff enthalten kann. Im Bereich der Kunststoffbauteile werden bisher Nietverbindungen wegen technischer Schwierigkeiten nicht eingesetzt.
  • Ist der Durchmesser der topfartigen Vertiefung we sentlich größer als der Durchmesser des Nietkopfes, Schraubkopfes oder der Mutter, so ergibt sich aufgrund des größeren Umfanges der Wandung der Vertiefung verglichen mit dem Umfang des Kopfes eine erheblich längere Linie für die Krafteinleitung aus der Verbindung in das Bauteil bzw. umgekehrt. Zwar findet immer noch die Krafteinleitung vom Nietkopf, der Schraube oder der Mutter in den Boden der Vertiefung lediglich im Bereich des Nietkopfes, der Schraube oder der Mutter statt. Um eine ausreichende Krafteinleitung hier zu erzielen, kann daher der Boden der Vertiefung gegenüber dem restlichen ersten Bauteil verstärkt ausgeführt werden. Dies hat jedoch weiterhin den Vorteil, dass diese Materialdicke lediglich im Bereich des Bodens der Vertiefung erhöht wird, während die Materialstärke im restlichen Bereich des ersten Bauteils gering gehalten werden kann.
  • Insgesamt ergibt sich also aus der Verbindung in das erste Bauteil eine lange Übergangskante mit einer großen Flächenanbindung.
  • Die übertragbaren Kräfte sind dadurch nicht mehr begrenzt, so dass Schwingungen des ersten Bauteils unterdrückt und Risse im ersten Bauteil vermieden werden können. Die erfindungsgemäße Verbindung ist auch bei starken mechanischen Einwirkungen, wie beispielsweise im Falle eines Aufpralls eines Fahrzeugs mit derartigen Verbindungen auf einen Gegenstand sehr stabil.
  • Es ist weiterhin bei dieser Verbindung als Nietverbindung nicht erforderlich, eine Niethülse in die Durchgangsöffnungen einzuführen. Durch derartiges direktes Nieten ergibt sich eine weitere Fertigungsvereinfachung und Kostenersparnis.
  • Die Verbindung kann selbstverständlich nicht nur für das erste Bauteil eine topfartige Vertiefung aufweisen, sondern auch das zweite Bauteil kann in entsprechender Weise ausgeführt sein. Insofern gilt das für das erste Bauteil bisher und im folgenden gesagte ebenso für das zweite Bauteil. Es ist daher auch möglich, dass topfartige Vertiefungen des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils an ihren Böden mit den erfindungsgemäßen Verbindungen verbunden werden.
  • Die erfindungsgemäße Verbindung dient insbesondere der Befestigung von Funktionsmodulen, beispielsweise Fensterheber oder Trennwände zwischen Trockenseite und Nassseite in Kraftfahrzeugen, insbesondere zur Befestigung von Türmodulen an Türinnenblechen. Selbstverständlich ist auch die Befestigung an Türaußenblechen oder anderen Elementen möglich. Bei Türaußenblechen ergibt sich jedoch, dass die erfindungsgemäße Verbindung an nicht sichtbaren bzw. versteckten Bereichen angeordnet werden sollte.
    •
  • Es wird nun ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Nietverbindung gegeben. Es zeigen
  • 1 den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Nietverbindung vor dem Stauchen der Niete;
  • 2 einen weiteren Querschnitt durch eine solche Nietverbindung;
  • 3 eine Aufsicht auf ein erstes Bauteil mit einer erfindungsgemäßen Nietverbindung.
  • Hier wie im Folgenden werden für gleiche oder ähnliche Bauelemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, so dass unter Umständen auf ihre wiederholte Beschreibung verzichtet wird.
  • 1 zeigt den Querschnitt durch eine Nietverbindung 1 zur Verbindung eines ersten Bauteils 2 mit einem zweiten Bauteil 3. Die beiden Bauteile 2 und 3 besitzen zueinander fluchtend angeordnete Durchgangsöffnungen (Nietöffnungen) 4 bzw. 5. Durch diese Nietöffnungen 4 und 5 ist eine Niete 6 gesteckt, die mit ihrem Nietkopf 8 auf der der Verbindung abgewandten Seite des Bauteils 2 anliegt und so das Bauteil 2 in seiner Position festlegt.
  • Die Niete ist in ungestauchtem Zustand gezeigt, so dass die zweite Verbreiterung auf der der Verbindung abgewandten Seite des Bauteils 3 nicht zu sehen ist. Eine solche Verbreiterung kann in Entsprechung zum Nietkopf 8 ebenfalls dann als Nietkopf bezeichnet werden.
  • Die Niete 6 durchdringt folglich mit ihrem Nietschaft 7 die erste Öffnung 4 und die zweite Öffnung 5, wobei im vorliegenden Beispiel die Achse 13 des Nietschaftes 7 senkrecht auf der Verbindungsfläche zwischen den Bauteilen 2 und 3 steht.
  • Das Bauteil 2 weist eine topfartige Vertiefung 10 auf, wobei von dem Bauteil 2 lediglich mit diese Ver tiefung 10 dargestellt ist. Das Bauteil 2 erstreckt sich von der Oberkante dieser topfartigen Vertiefung 10 seitlich, wobei diese Erstreckung nicht weiter dargestellt ist, sondern beispielsweise in 3 gezeigt wird. Die topfartige Vertiefung 10 besitzt eine Wand 11, die um die Achse 13 konisch umläuft. Von dieser Vertiefung 10 ist im Querschnitt der 1 lediglich eine Halbschale dargestellt. Die Vertiefung 10 weist einen ebenen, flachen Boden 12 auf, der flach an dem ebenfalls im Bereich der Nietverbindung flachen Bauteil 3 anliegt und die Verbindungsfläche definiert. Die Wand 11 ist gewellt, so dass sie Ausbuchtungen 15 und Einbuchtungen 16 aufweist. Der Querschnitt der Wand in einer Ebene senkrecht zur Achse 13 besitzt damit eine sternförmige, blumenförmige oder sandkuchenförmige Gestalt. Durch diese sternförmige Gestalt ist die Länge der Wand 11 im Querschnitt wesentlich größer als bei einem kreisrunden Querschnitt. Im vorliegenden Beispiel ist diese Länge um den Faktor 1,8 größer als bei kreisförmigem Querschnitt, so dass sich eine um den Faktor 1,8 verlängerte Kontaktstrecke zwischen dem Boden 12 der Vertiefung und damit der Niete 6 und dem hier nicht dargestellten Rest des Bauteils 1 ergibt. Die Krafteinleitung aus dem Bauteil in die Niete und umgekehrt wird daher erheblich verbessert.
  • In diesem Beispiel eines Türmoduls 2 aus Kunststoff beträgt der Durchmesser der Öffnung 4 7,5 mm, der Durchmesser des Nietschaftes 6,4 mm, die Dicke des Bodens 12 2,5 mm und die Dicke des Bauteils 3 0,8 mm.
  • 2 zeigt dieselbe Nietverbindung, wobei jedoch lediglich die Vertiefung 10 und die ebenfalls noch nicht gestauchte Niete 6 dargestellt sind.
  • 3 zeigt ein Türmodul 2 und ein Lautsprecherelement 3, die miteinander verbunden sind.
  • Das Türmodul 2 weist hier einen Topf 10 auf, der eine erste Nietöffnung 4 besitzt. Diese Nietöffnung 4 befindet sich mittig im Boden 12 des Topfes 10. Die Wand 11 besitzt wiederum Ausbuchtungen 15 und Einbuchtungen 16, so dass sich ein sternförmiger Querschnitt der Wand 11 ergibt. Das Türmodul 2 erstreckt sich von der dem Boden 12 abgewandten Kante der Wand 11 seitlich und parallel zum flachen Boden 12 nach außen. In diesem Bereich sind dann die Funktionselemente des Türmoduls 2, beispielsweise das Lautsprecherelement 3 oder ein Fensterheber, angebracht.
  • In einem weiteren Beispiel entsprechend den 1 bis 3 ist die Niete durch eine Schraube und eine Mutter ersetzt, wobei die Mutter ihrerseits auch am Türinnenblech angeschweißt oder anderweitig befestigt sein kann.

Claims (14)

  1. Niet- oder Schraubverbindung (1) eines ersten Bauteils (2) mit einem zweiten Bauteil (3), wobei im ersten und im zweiten Bauteil korrespondierende erste (4) und zweite (5) Durchgangsöffnungen angeordnet sind, die vom Schaft (7) einer Niete (6) oder Schraube durchdrungen sind und wobei die Niete (6) oder Schraube beidseits der benachbarten Öffnungen (4, 5) einen Nietkopf (8) bzw. Schraubenkopf bzw. Mutter mit einem Durchmesser größer dem Durchmesser der Öffnungen (4, 5) aufweist, wobei mindestens das erste Bauteil (2) im Bereich der Niete (6) oder Schraube eine topfartige Vertiefung (10) in Richtung des zweiten Bauteils (3) aufweist, auf deren Boden (12) die erste Durchgangsöffnung (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (11) der topfartigen Vertiefung (10) des ersten und/oder zweiten Bauteils, die sich zwischen dem Boden (12) der Vertiefung (10) und dem an die Vertiefung (10) nach außen anschließenden Bereich des jeweiligen ersten oder zweiten Bauteils (2) erstreckt, einen über ihren Umfang variablen Radius aufweist, und/oder die Wand (11) längs ihres Umfangs Ausbuchtungen (15) und/oder Einbuchtungen (16) aufweist.
  2. Niet- oder Schraubverbindung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (3) im Bereich der Niete (6) oder Schraube eine topfartige Vertiefung in Richtung des ersten Bauteils (2) aufweist, auf deren Boden die zweite Durchgangsöffnung (5) angeordnet ist.
  3. Niet- oder Schraubverbindung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (10) des ersten und/oder zweiten Bauteils einen Durchmesser aufweist der größer ist als der Durchmesser des auf der Seite des ersten Bauteils (2) angeordneten Nietkopfes (8), Schraubenkopfes oder Mutter.
  4. Niet- oder Schraubverbindung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (10) einen derartigen Durchmesser aufweist, dass die Wandung (11) der Vertiefung (10) vom Nietkopf (8), Schraubkopf oder Mutter beabstandet ist.
  5. Niet- oder Schraubverbindung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass für den Durchmesser d1 der Vertiefung (10) im Bereich ihres Bodens (12) und den Durchmesser d2 des Nietkopfes (8), Schraubkopfes oder Mutter gilt: d1 > 1,5·d2, vorzugsweise d1 > 2·d2.
  6. Niet- oder Schraubverbindung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (11) längs ihres Umfangs in einer Ebene senkrecht zur Achse des Niet- oder Schraubenschaftes (7) einen sternförmigen Querschnitt aufweist.
  7. Niet- oder Schraubverbindung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (11) einen derartigen Querschnitt längs ihres Umfangs aufweist, so dass der Schnitt zwischen der Wand (11) und einer zur Achse (13) des Nietschaftes (7) senkrechten Ebene an mindestens drei ersten Stellen einen lokal minimalen Abstand zur Achse (13) des Nietschaftes (7) und an mindestens drei jeweils zwischen den drei ersten Stellen angeordneten weiteren Stellen einen lokal maximalen Abstand zur Achse (13) des Niet- oder Schraubenschaftes (7) aufweist.
  8. Niet- oder Schraubverbindung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (12) der Vertiefung (10) des ersten und/oder zweiten Bauteils eine größere Dicke aufweist als die außerhalb der Vertiefung (10) sich an die Wand (11) der Vertiefung (10) anschließenden Bereiche des jeweiligen ersten und/oder zweiten Bauelementes (2).
  9. Niet- oder Schraubverbindung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten (4) und/oder zweiten (5) Öffnung keine Niethülse angeordnet ist.
  10. Niet- oder Schraubverbindung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauelement (2) und/oder das zweite Bauelement (3) zumindest teilweise aus Kunststoff besteht oder Kunststoff enthält.
  11. Niet- oder Schraubverbindung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (10) des ersten und/oder zweiten Bauteils zumindest teilweise Kunststoff enthält oder aus Kunststoff besteht.
  12. Niet- oder Schraubverbindung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das zweite Bauelement (3) ein Türinnenblech der Türe eines Fahrzeuges ist.
  13. Niet- oder Schraubverbindung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauelement (2) ein Türmodul, beispielsweise ein Fensterheber oder eine Trennwand zwischen der Nassseite und der Trockenseite einer Tür eines Fahrzeuges ist.
  14. Verwendung einer Niet- oder Schraubverbindung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche im Fahrzeugbau, insbesondere im Kraftfahrzeugbau.
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