DE102008030048A1

DE102008030048A1 - Verbindungselement

Info

Publication number: DE102008030048A1
Application number: DE102008030048A
Authority: DE
Inventors: Peter Haas; Andrea Schüch
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2009-12-31
Also published as: US20090324360A1; US8511962B2

Abstract

Verbindungselement für zwei Teile, welches eine erste Hälfte (2) und eine zweite Hälfte (3) aufweist, die an einer Mitte (M) des Verbindungselements (1) zusammentreffen. Die erste Hälfte (2) weist in axialer Richtung (X) eine erste Reihe von sich zur Mitte (M) hin aufweitenden Rampenabschnitten (41-45) auf, und die zweite Hälfte (3) weist in axialer Richtung (X) eine zweite Reihe von sich zur Mitte (M) hin aufweitenden Rampenabschnitten (51-55) auf, so dass die erste Hälfte (2) und die zweite Hälfte (3) eine gegenläufige Verzahnung aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement für Teile, insbesondere für Kunststoffteile eines Gurtschlosses, und ein Verfahren zum Verbinden zweier Teile mit einem Verbindungselement.
Um zwei Teile, beispielsweise zwei Schalen eines Kunststoffgehäuses, zu verbinden, werden die unterschiedlichsten Verbindungstechniken angewandt. Bekannt sind beispielsweise Ultraschalltechniken oder Reibschweißverfahren. Diese Verfahren sind jedoch relativ aufwendig und erfordern eine umfangreiche Technik sowie Ausstattung, um die gewünschte Verbindung herstellen zu können.
Die vorliegenden Erfindung stellt sich zur Aufgabe, eine vereinfachte Verbindung zweier zu verbindender Teile bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verbindungselement für Teile, insbesondere Kunststoffteile, bereit, welches eine einfache und sichere Befestigung zweier Teile ermöglicht. Das Verbindungselement weist hierfür eine erste Hälfte und eine zweite Hälfte auf, die an einer Mitte des Verbindungselements zusammentreffen. Die erste Hälfte umfaßt in axialer Richtung eine erste Reihe von sich zur Mitte hin aufweitenden Rampenabschnitten. Die zweite Hälfte umfaßt eine zweite Reihe von sich zur Mitte hin aufweitenden Rampenabschnitten. Dadurch weisen die erste und die zweite Hälfte eine gegenläufige Verzahnung auf. Das Verbindungselement ermöglicht durch Einfügen des Verbindungselements in Ausnehmungen der Teile eine einfache aber sichere Verbindung. Die Ausnehmungen sind dabei vorzugsweise so angeordnet, daß das Verbindungselement auf der einen Seite in eine Ausnehmung eines Teils und auf der anderen Seite in eine korrespondierende Ausnehmung eines anderen Teils eingeführt werden kann. Durch Zusammenpressen der Teile wird die Verbindung hergestellt und ist im Idealfall nicht mehr zu lösen, ohne das Verbindungselement zu zerstören. Die Rampenabschnitte sind dafür so ausgestaltet, daß sie sich zur Mitte hin, also dort, wo sich die beiden Hälften des Verbindungselements treffen, aufweiten. Gleichzeitig kann sich die Mitte des Verbindungselements innerhalb einer damit geschaffenen Verbindung vorteilhaft dort befinden, wo die beiden Teile, die mittels des Verbindungselements verbunden werden sollen, zusammentreffen. Die Mitte des Verbindungselements bezeichnet im vorliegenden Kontext nicht etwa eine strikte geometrische Mitte bezüglich der Enden des Verbindungselements, sondern den Bereich an dem die beiden Hälften zusammentreffen. Die Hälften müssen also nicht gleich lang sein. Aufgrund der mittels der Rampenabschnitte erzeugten gegenläufigen Verzahnung entsteht eine Rückhaltekraft, welche die zu verbindenden Teile zusammenhält. Die angrenzenden Rampenflächen sind voneinander getrennt, stellen also kein Gewinde dar.
Die Rampenabschnitte der beiden Hälften können im Allgemeinen gleich ausgeführt sein, insbesondere können sie spiegelsymmetrisch zur Mitte sein. Ein Außendurchmesser der ersten Hälfte ist dann gleich groß wie ein entsprechender Außendurchmesser der zweiten Hälfte. Um den unterschiedlichen Anforderungen der Verbindung und den unterschiedlichen Eigenschaften der zu verbindenden Teile Rechnung zu tragen, können die Rampenabschnitte der beiden Hälften aber auch vorteilhaft unterschiedlich stark aufgeweitet werden. Dies bedeutet, daß der Durchmesser der ersten Hälfte beispielsweise größer sein kann als der Durchmesser der zweiten Hälfte des Verbindungselements. Die beiden Hälften können in axialer Richtung gleich lang, vorteilhaft aber auch unterschiedlich lang sein.
Die Querschnittsfläche der ersten oder der zweiten Hälfte des Verbindungselements kann rechteckförmig oder rund, insbesondere kreisrund, sein.
Bei einer kreisrunden Ausgestaltung kann das Verbindungselement insgesamt stiftförmig ausgestaltet sein und sich beispielsweise in Form eines Zapfens, der die erfindungsgemäßen widerhakenartigen Rampenabschnitte aufweist, in axialer Richtung erstrecken.
Vorzugsweise weisen entweder die erste oder die zweite Hälfte oder beide Hälften ein konisches freies Ende auf. Dabei ist das freie Ende konisch abgerundet, so daß es sich leichter in die Ausnehmung eines zu verbindenden Teils einführen bzw. einpressen läßt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann mindestens die erste Hälfte oder die zweite Hälfte zur Mitte des Verbindungselements hin eine Abflachung aufweisen. Dadurch kann die jeweilige Hälfte in die Ausnehmung eines zu verbindenden Teils eingeführt werden und einen glatten und ggf. dichten Abschluß an der Mitte des Verbindungselements bilden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung können der letzte Rampenabschnitt der ersten Hälfte und der letzte Rampenabschnitt der zweiten Hälfte, also diejenigen, die an der Mitte des Verbindungselementes zusammentreffen, zur Mitte hin unterschiedlich stark aufgeweitet sein. Dadurch bildet sich ein Absatz zwischen den beiden Rampenabschnitten genau an der Mitte. Wird nun das Verbindungselement zuerst mit der dünneren Seite in die Ausnehmung eines zu verbindenden Teils eingeführt, kann es nur bis zu dem Absatz eingeführt werden, wodurch praktisch eine Selbstjustierung des Verbindungselements und damit der Verbindung genau entlang der Mitte erreicht werden kann.
Die Rampenabschnitte des Verbindungselements sind vorzugsweise so ausgestaltet, daß sie beim Einführen in eine Ausnehmung eines zu verbindenden Teils zusammengepreßt werden können. Dadurch baut sich eine noch stärkere Rückhaltekraft auf.
Das Verbindungselement kann je nach Bedarf aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein, wie zum Beispiel Kunstoffe, Keramiken, Metalle, Nichteisenmaterialien etc. Vorteilhaft kann es auch aus Stahl bestehen, was eine vereinfachte Herstellung ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Gurtschloß, in welchem ein Verbindungselement gemäß den vorstehenden Aspekten verwendet wird. Beispielsweise wird mittels eines erfindungsgemäßen Verbindungselements eine erste Schale und eine zweite Schale des Gurtschlosses verbunden. Die Verbindungstechnik mittels eines erfindungsgemäßen Verbindungselements läßt sich besonders vorteilhaft auf Gurtschlösser anwenden, die typischerweise aus zwei oder mehr Kunststoffschalen bestehen, welche verbunden werden müssen, um ein Gehäuse des Gurtschlosses zu bilden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Verbinden zweier Teile. Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem ersten Teil eine erste Ausnehmung erstellt. Eine zweite Ausnehmung wird in einem zweiten Teil erstellt. Das Verbindungselement gemäß den vorstehend erläuterten Aspekten der Erfindung wird sodann in die erste Ausnehmung eingeführt, oder ggf. eingepreßt. Sodann wird das zweite Teil positioniert und an das erste Teil herangeführt, so daß das Verbindungselement ebenfalls in die zweite Ausnehmung eingeführt oder ggf. gepreßt wird. Hierdurch entsteht eine feste Verbindung zwischen den beiden Teilen. Die Ausnehmungen können vorteilhaft etwas kleiner als ein maximaler Außendurchmesser oder eine maximale Außenabmessung des Verbindungselements ausgeführt sein. Die Enden der Rampenabschnitte dringen in die die Ausnehmungen begrenzenden Wandungen der Gehäuseteile ein, und zwar unter elastischer oder plastischer Verformung der Wandungen.
Es kann vorteilhaft sein, das Verbindungselement vor dem Einführen in die erste oder die zweite Ausnehmung wenigstens teilweise als Einlegeteil zu umspritzen. Dadurch kann die Festigkeit der Verbindung weiter erhöht werden.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figuren und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert, wobei
1 ein Ausführungsbeispiel eines Verbindungselements gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 einen Schnitt durch eine Verbindung mittels eines Verbindungselements gemäß der vorliegenden Erfindung, und
3 ein Gurtschloß, welches zwei Schalen besitzt, die mittels der Verbindungstechnik gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden sind,
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verbindungselements gemäß der vorliegenden Erfindung, und
5 einen Schnitt durch eine Verbindung mittels eines Verbindungselements gemäß des Ausführungsbeispiels der 4 zeigt.
1 zeigt ein Verbindungselement 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verbindungselement 1 ist in axialer Richtung X länglich, quasi zapfenförmig. Außerdem ist es mit einem runden Querschnitt ausgestattet und weist eine erste Hälfte 2 und eine zweite Hälfte 3 auf. Die erste Hälfte 2 umfaßt eine Reihe rampenförmiger Abschnitte 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46. Die rampenförmigen Abschnitte 41 bis 45 sind im vorliegenden Beispiel alle im wesentlichen gleich ausgeführt. In anderen Ausführungsformen können die Rampenabschnitte aber auch deutlich variieren.
Dabei weitet sich jeder rampenförmige Abschnitt 41 bis 45 zur Mitte M des Verbindungselements 1 auf, d. h. sein Durchmesser wird auf die Mitte M zu größer. Die Mitte M des Verbindungselements 1 ist der Bereich, an dem die erste Hälfte 2 und die zweite Hälfte 3 zusammengefügt sind bzw. zusammentreffen. Die Abstände der Mitte M jeweils zu den gegenüberliegenden Enden 6, 7 der beiden Hälften 2, 3 ist daher je nach Ausführung nicht unbedingt gleich groß.
Ebenso wie die erste Hälfte 2 weist auch die zweite Hälfte 3 eine Reihe rampenförmiger Abschnitte 50 bis 56 auf. Auch die Rampenabschnitte 51 bis 55 sind alle im wesentlichen gleich ausgeführt. Sie weiten sich ebenfalls zur Mitte M hin auf. Dadurch ergibt sich eine gegenläufige Verzahnung der beiden Hälften 2, 3 des Verbindungselements 1. Der größte Durchmesser D2 der rampenförmigen Abschnitte 50 bis 56 ist kleiner als der größte Durchmesser D1 der rampenförmigen Abschnitte 40 bis 46 der ersten Hälfte 2.
Das Verbindungselement 1 besitzt ein erstes konisch geformtes freies Ende 6 an der ersten Hälfte 2 und ein zweites konisch geformtes freies Ende 7 am Ende der zweiten Hälfte 3. Die konisch geformten Enden 6, 7 ermöglichen ein leichteres Einführen des Verbindungselements in Ausnehmungen zu verbindender Teile.
Der abschließende bzw. letzte Rampenabschnitt 46 bzw. 56 jeweils der ersten Hälfte 2 und der zweiten Hälfte 3 des Verbindungselements 1 an der Mitte M weisen zusätzlich kleine Abflachungen 8 und 9 auf. Diese Abflachungen 8 und 9 ermöglichen einen sauberen Abschluß und ein Zentrieren beim Einführen des Verbindungselementes 1 in eine Ausnehmung eines zu verbindenden Teils. Wenn die Hälften 2, 3 unterschiedliche Durchmesser D1, D2 besitzen und die letzten Rampenabschnitte 46 bzw. 56 ebenfalls unterschiedlich stark aufgeweitet sind, entsteht ein Absatz 10 genau an der Mitte M. Dadurch kann die Einschubtiefe der jeweiligen dünneren Hälfte (hier 3) des Verbindungselements 1 begrenzt werden, was das Verbinden vereinfacht und eine Selbstjustierung bewirkt. Die zu verbindenden Teile, in welche das Verbindungselement 1 eingeführt wird, treffen unter Ausnutzung des Absatzes 10 immer schlüssig an der Mitte M des Verbindungselements zusammen.
Die Rampenabschnitte des Verbindungselements 1 können vorteilhaft mit zunehmender Steigung zur Mitte M hin ausgeweitet werden. Hierdurch ergibt sich ein „tannenbaumähnliches” Profil des Rampenabschnittes, welches bei einem flexiblen Material für das Verbindungselement 1 ein Zusammenpressen des äußersten Umfangs eines Rampenabschnittes oder das Eingraben des äußeren Umfangs in das zu verbindende Teil ermöglicht und eine Preßverbindung zwischen dem Verbindungselement 1 und dem zu verbindenden Gehäuseteil ermöglicht. Dadurch kann die Festigkeit der Verbindung erhöht werden.
2 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein Gehäuse, welches ein erstes Teil 21 und ein zweites Teil 22 besitzt, die mittels eines erfindungsgemäßen Verbindungselements 1 verbunden sind. Das erste Gehäuseteil 21 weist eine Ausnehmung 23 auf, in welche die erste Hälfte 2 des erfindungsgemäßen Verbindungselements 1 eingeführt ist. Das zweite Gehäuseteil 22 weist eine Ausnehmung 24 auf, in welche die zweite Hälfte 3 des erfindungsgemäßen Verbindungselements 1 eingeführt ist. Bei den Ausnehmungen 23, 24 handelt es sich beispielsweise um Sacklöcher von begrenzter Tiefe, die geeignet sind, die jeweilige Hälfte 2, 3 des Verbindungselements vollständig aufzunehmen. Die Gehäuseteile treffen an der Mitte M des Verbindungselements 1, an welchem auch die beiden Hälften 2, 3 des Verbindungselements 1 zusammentreffen, ebenfalls schlüssig zusammen. Die gegenläufige Verzahnung, die von den Rampenabschnitten der beiden Hälften 2, 3 des Verbindungselements 1 bereitgestellt wird, sorgt für eine kraftschlüssige Verbindung der beiden Gehäuseteile 21 und 22. Vorzugsweise können die eine Hälfte 2 oder die andere Hälfte 3 des Verbindungselements 1 vor dem Einführen in die erste Ausnehmung 23 oder die zweite Ausnehmung 24 (oder beide) mit einem geeigneten Mittel umspritzt werden, so daß sie als Einlegeteil in die Ausnehmung 23, 24 eingeführt werden können. Dadurch können höhere Kräfte beim Einführen bzw. Einpressen vermieden werden. Die Spritzmasse stellt dann eine feste Verbindung zwischen dem Gehäuseteil und der Hälfte des Verbindungselements 1 her. Die Enden der Rampenabschnitte dringen in die die Öffnungen 23, 24 begrenzenden Wandungen der Gehäuseteile 21, 22 ein, und zwar unter elastischer oder plastischer Verformung der Wandungen.
3 zeigt ein Gurtschloß 30, welches zwei Gehäuseteile 31 und 32 aufweist. Im Inneren befindet sich ein weiteres Gehäuseteil 33. Die Gehäuseteile 31 und 32 sind mit Verbindungselementen und mit einer Verbindungstechnik gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden. Insbesondere aufgrund der spezifischen Form eines Gurtschlosses ist die vorliegende Erfindung besonders geeignet, die Gehäuseteile 31 und 32 fest miteinander zu verbinden. Die Stecköffnung 34 ist dabei dafür vorgesehen, die Steckzunge eines Sicherheitsgurts für ein Kraftfahrzeug aufzunehmen.
4 zeigt ein Verbindungselement 1 gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verbindungselement 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist gegenüber der in 1 dargestellten Ausführung leicht abgewandelt. Es ist in axialer Richtung X länglich quasi zapfenförmig. Außerdem ist es mit einem runden Querschnitt ausgestattet und weist eine erste Hälfte 2 und eine zweite Hälfte 3 auf. Die erste Hälfte 2 umfaßt eine Reihe rampenförmiger Abschnitte. Die rampenförmigen Abschnitte sind im vorliegenden Beispiel alle im wesentlichen gleich ausgeführt.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1, sind die größten Durchmesser D2 der rampenförmigen Abschnitte der zweiten Hälfte 3 gleich groß wie der größte Durchmesser D1 der rampenförmigen Abschnitte der ersten Hälfte 2.
Das Verbindungselement 1 besitzt kegelförmig geformte freie Enden, die abgerundete Spitzen aufweisen.
Da die Durchmesser D1, D2 gleich groß sind, entsteht an der Mitte M kein Absatz, sondern ein einheitliches Mittelstück 60. Dieses kann einen größeren Außendurchmesser als die Durchmesser D1 und D2 der Rampenabschnitte der ersten und oder zweiten Hälfte aufweisen und somit als Anschlag zur Einstellung der Einschubtiefe dienen, was das Verbinden vereinfacht und ebenfalls eine Selbstjustierung bewirkt. Die zu verbindenden Teile, in welche das Verbindungselement 1 eingeführt wird, treffen dann unter Ausnutzung des Mittelstücks 60 immer schlüssig am Mittelstück 60 des Verbindungselements zusammen.
Die Rampenabschnitte weiten sich nicht mehr kontinuierlich auf, wie in 1 dargestellt, sondern umfassen zwei Abschnitte, die beispielhaft anhand des Rampenabschnitts 41 als paralleler Abschnitt 41a und aufweitender Abschnitt 41b gekennzeichnet sind. Diese gegenüber der Ausführung der 1 abgeänderte Ausgestaltung, kann die Herstellung erleichtern. Im parallelen Abschnitt 41a erfolgt keine Aufweitung zu Mitte M hin, während sich die Rampenabschnitte im aufweitenden Abschnitt 41b zur Mitte M hin aufweiten. Die Rampenabschnitte weisen also mindestens einen Abschnitt auf, in dem sie sich nicht zur Mitte M hin aufweiten. Im anderen Abschnitt 41b kann eine kontinuierliche Aufweitung erfolgen, so daß diese Abschnitte bei Rundem Querschnitt des Verbindungselements abschnittweise Kegelform aufweisen.
5 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein Gehäuse, welches ein erstes Teil 21 und ein zweites Teil 22 besitzt, die mittels eines erfindungsgemäßen Verbindungselements 1 gemäß dem zweiten in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel verbunden sind. Die Ausgestaltung der Verbindung entspricht im Wesentlichen der der 2, wobei das Verbindungselement 1 nun gleiche Außendurchmesser D1 und D2 (vgl. 4) aufweist. Als Anschlag eines oder beider Gehäuseteile 21 und 22 dient nun das Mittelstück 60. Um eine schlüssige Verbindung zu erreichen ist deshalb eine Ausnehmung 61 in mindestens einem Gehäuseteil 21, 22 vorgesehen, die mindestens tief genug ist, um das Mittelstück zur Hälfte aufzunehmen. Die Ausnehmung 61 kann vorteilhaft einseitig oder beidseitig (d. h. entweder im Gehäuseteil 21 oder Gehäuseteil 22 oder beiden Gehäuseteilen) auch etwas tiefer sein als die halbe oder die ganze Stärke des Mittelstücks 60.

Claims

Verbindungselement für zwei Teile, welches eine erste Hälfte (2) und eine zweite Hälfte (3) aufweist, die an einer Mitte (M) des Verbindungselements (1) zusammentreffen, wobei die erste Hälfte (2) in axialer Richtung (X) eine erste Reihe von sich zur Mitte (M) hin aufweitenden Rampenabschnitten (41–45) aufweist, und die zweite Hälfte (3) in axialer Richtung (X) eine zweite Reihe von sich zur Mitte (M) hin aufweitenden Rampenabschnitten (51–55) aufweist, so das die erste Hälfte (2) und die zweite Hälfte (3) eine gegenläufige Verzahnung aufweisen.
Verbindungselement nach Anspruch 1, wobei die Rampenabschnitte (41–45) der ersten Hälfte (2) sich mindestens teilweise weiter aufweiten als die Rampenabschnitte (51–55) der zweiten Hälfte (3).
Verbindungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Querschnittsfläche der ersten und/oder der zweiten Hälfte (2, 3) rechteckförmig, rund oder kreisrund ist.
Verbindungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es länglich und/oder zapfenförmig ausgeführt ist.
Verbindungselement nach einem der vorstehenden Anspreche, wobei mindestens die erste Hälfte (2) und/oder die zweite Hälfte (3) ein konisches freies Ende (6, 7) aufweist.
Verbindungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens die erste Hälfte (2) und/oder die zweite Hälfte (3) zur Mitte (M) hin eine Abflachung (8, 9) aufweist.
Verbindungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Rampenabschnitt (46) der ersten Hälfte (2) und ein Rampenabschnitt (56) der zweiten Hälfte (3), die jeweils an der Mitte (M) des Verbindurgselements zusammentreffen, zur Mitte (M) hin unterschiedlich stark aufgeweitet sind, so daß sich entlang der Mitte (M) ein Absatz (10) bildet.
Verbindungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Stahl ist.
Gurtschloß, welches ein Verbindungselement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfaßt.
Gurtschloß nach Anspruch 9, wobei das Gurtschloß eine erste Schale (31) und eine zweite Schale (32) umfaßt, die mittels dem Verbindungselement (1) verbunden sind.
Verfahren zum Verbinden zweier Teile (21, 22) mit den Schritten: Erstellen einer ersten Ausnehmung (23) in einem ersten Teil (21), Erstellen einer zweiten Ausnehmung (24) in einem zweiten Teil (22), Einpressen eines Verbindungselementes (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 in die erste Ausnehmung (23), Positionieren des zweiten Teils (22) und Heranführen des zweiten Teils (22) an das erste Teil (21), so daß das Verbindungselement (1) in die zweite Ausnehmung (24) eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Verbindungselement (1) vor dem Einführen in die erste oder die zweite Ausnehmung (23, 24) als Einlegeteil umspritzt wird.