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Die Erfindung betrifft ein zweiteiliges Verbindungselement zur Verbindung eines ersten und eines zweiten Bauteils, mit zumindest einem von dem ersten Bauteil vorragenden, konischen Gratfederkopf und zumindest einer in dem zweiten Bauteil ausgenommenen Gratnut, in welche der Gratfederkopf des ersten Bauteils einsetzbar ist, welche Gratnut einen Einsetzabschnitt und einen daran in Längsrichtung anschliessenden, hinterschnittenen linearen Abschnitt zur Sicherung des in die Gratnut einsetzbaren Gratfederkopfes aufweist, wobei der Gratlederkopf nach dem Einsetzen in den Einsetzabschnitt durch Verschieben in den Sicherungsabsschnitt gesichert wird.
Verbindungselemente zur Verbindung von Bauteilen sind zu einem unverzichtbaren Bestandteil in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen der Fertigungstechnik geworden.
Eine mehrteilige, einlegbare und demontierbare Schwalbenschwanz-Gratleistenverbindung für den Gestell- und Möbelbau geht aus der DE 42 38 680 A1 hervor, die so gestaltet ist, dass das Gratbauteil nicht in die Schwalbenschwanznut von einer Seite geschoben oder geschlagen wird, sondern es wird das vom zu verbindenden Bauteil getrennte Gratbauteil längsseitig in die Schwalbenschwanznut eingebracht und durch eine Schraubenverbindung an den Innenflanken der Schwalbenschwanznut festgezogen. Die dabei angewandte Schraubenverbindung neigt dazu, sich nach einiger Zeit zu lockern und hat einen erhöhten fertigungstechnischen Aufwand zur Folge, da sie innerhalb des zu verbindenden Bauteils - möglichst von aussen nicht erkennbar - vorgesehen sein muss.
Die in der WO 87/07339 A1 angegebene Verbindung sieht neben einer SchwalbenschwanzNut und einer gegenüber dieser mit einem kleineren Querschnitt ausgestatteten Schwalbenschwanz-Feder eine zusätzliche Klemmleiste vor, mit der durch stirnseitiges Einschlagen die Feder in der Nut fixiert wird. Die Schwalbenschwanz-Feder kann auf diese Weise längsseitig in die Schwalbenschwanz-Feder eingebracht werden, wodurch der Zusammenbau von Gehäusen erleichtert wird. Dies setzt aber immer die stirnseitige Zugänglichkeit des Nutquerschnitts für das Einschlagen der Klemmleiste oder eine flexible Gestaltung der Klemmleiste voraus. Eine Verschiebung der Schwalbenschwanz-Feder in Längsrichtung der Schwalbenschwanz-Nut wird dadurch nicht unterbunden, was bei vielen Verbindungen aber funktionswesentlich ist.
Bei Vorsehen einer flexiblen Klemmleiste können wiederum nur sehr geringe Haltekräfte aufgebracht werden, die z.B. für die Verbindung von grösseren Holzteilen nicht ausreichend sind.
Weiters ist aus der WO 90/00656 A1 ein Verbindungssystem für Bodenelemente beschrieben, bei dem in den zu verbindenden Teilen geeignete männliche und gegengleiche weibliche Verschlusselemente eingelassen sind, die unter anderem federnd gelagerte Haltestifte umfassen, über welche die eingeschobenen männlichen Verschlusselemente in den weiblichen Verschlusselementen gehalten werden Eine Verbindung dieser Art ist derart aufwendig, dass sie nur für Spezialanwendungen in Frage kommt, zudem erfordert sie produktionstechnische Anlagen, über die z. B. die meisten Tischlereibetriebe nicht verfügen.
Bekannte Verbindungselemente der eingangs genannten Art sind insbesondere in der Holzverbindungstechnik weit verbreitet und ermöglichen den Zusammenbau von verschiedenen Bauteilen ohne den Einsatz von zusätzlichen Stahlverbindungsteilen.
Aus der DE 87 08 112 U ist eine Gratfederdübel-Verbindung, insbesondere für eine bündige Eckverbindung zweier Bauteile, bekanntgeworden, bei der ein mit einem zylindrischen Schaft in eine Bohrung des einen Bauteils eingeleimter, im Querschnitt runder Gratfederdübel mit konischem Gratfederkopf in eine in das andere Bauteil gefräste Gratnut einsetzbar ist, in die der Gratfederkopf passend eingeführt und gesichert werden kann. Es können dabei auch mehrere voneinander beabstandet angeordnete Gratnuten vorgesehen sein, in welche mehrere Gratfederköpfe passend einsetzbar sind, wobei allerdings eine sehr präzise Ausführung der Bohrungen für die Gratfederdübel Voraussetzung für die einwandfreie Funktion dieser Verbindung ist. Die für die Holzbearbeitung üblichen Toleranzen sind für eine solche Gratfederdübel-Verbindung nicht ausreichend.
Daher lässt sich nach einiger Zeit eine Lockerung der Verbindung nicht vermeiden.
Ein Nachteil dieser bekannten Verbindung besteht darin, dass die Gratfederdübel-Schäfte in die dafür ausgebildeten Löcher in passender Tiefe eingeleimt werden müssen, damit der Gratfederkopf in der gefrästen Gratnut mit ausreichender Haftreibung sitzt. Bei mehreren voneinander beabstandeten Gratfederdübeln und Gratnuten besteht zudem das Erfordernis, alle Gratfederdübeln in gleicher Lage auszurichten, um eine auf alle Gratfederdübeln gleichmässig verteilte Haftwirkung zu erzielen. Des weiteren ist eine automatisierte Herstellung einer solchen Verbindung, beispielsweise
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mit Hilfe von CNC-Fräsmaschinen, nur in sehr vielen Arbeitsgängen durchführbar.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verbindungselement der eingangs genannten Art zu schaffen, weiches eine lange haltbare Verbindung ohne zusätzliche Hilfsmittel ermöglicht und wel- ches einen geringen arbeitstechnischen Herstellungsaufwand erfordert.
Weitere Aufgabe ist es, die effiziente Produktion solcher Verbindungsmittel mittels automatisierter Herstellungsanlagen zu ermöglichen.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der zumindest eine Gratfederkopf an dem ersten Bauteil angeformt bzw. einstückig mit diesem verbunden ist, und dass der lineare Abschnitt der zumindest einen Gratnut zumindest eine gegen die seitliche Nutwandung geneigte, diese im Querschnitt verjüngende Zugfläche aufweist, an welcher Zugflache der zumindest eine Gratfederkopf innerhalb des linearen Nutabschnitts festziehbar ist.
Durch die einstückige Ausbildung von Gratfederkopf und erstem Bauteil ist eine Ausrichtung des Gratfederkopfes auf dem Bauteil nicht mehr erforderlich, wodurch die Haltbarkeit der Verbindung erhöht und bei mehreren Gratfederköpfen eine sichere Haftwirkung aller beteiligter Gratfederköpfe erzielt werden kann. Mittels der geneigten Zugflächen werden die Gratfederköpfe innerhalb der Gratnuten dermassen fest angezogen, dass eine Lockerung der Verbindung auch nach langer Verwendungszeit der Verbindung nicht auftritt. Bei geeignet gewählter Belastung der Zugflächen durch die Gratfederköpfe des ersten Bauteils tritt sogar eine dauernd die Gratfederköpfe gegen die Zugflächen drückende Kraft auf, die ein Lockerwerden der Verbindung unmöglich macht.
Der bei vielen aus dem Stand der Technik bekannten Verbindungselemente auftretende Nachteil der nur begrenzt dauernden Haltbarkeit wird dadurch behoben, was zudem eine lange Beständigkeit der solcherart miteinander verbundenen Bauteile zur Folge hat.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können zwei oder mehrere zueinander beabstandete Gratfederköpfe auf dem ersten Bauteil angeformt bzw. mit diesem einstückig verbunden und entsprechende Gratnuten in dem zweiten Bauteil ausgenommen sein, wobei die Gratfederköpfe durch Verbindungsstege einstückig miteinander verbunden sind, und die linearen Nutabschnitte der Gratnuten können sich jeweils durchgehend zwischen zwei benachbarten Einsetzabschnitten erstrecken.
Mehrere in gegenseitigem Abstand angeordnete Gratfederköpfe erhöhen die Festigkeit und die Verwindungssicherheit des erfindungsgemässen Verbindungselements.
In weiterer Ausbildung der Erfindung können die zwei oder mehreren über Verbindungsstege einstückig miteinander verbundenen Gratfederköpfe jeweils einen von der ersten Bauteiloberfläche trapezförmig vorspringenden Querschnitt aufweisen, wobei die jeweils endseitig angeordneten Gratfederköpfe kegelstumpfförmig ausgebildet sind und die zwischen den Gratfederköpfen liegenden Verbindungsstege Querschnittverengungen aufweisen.
Dadurch ist eine entsprechende Vereinfachung der Herstellung des erfindungsgemässen Verbindungsmittels erreichbar.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Einsetzabschnitte und die Querschnittverengungen Hohlzylindermantelsegmente aufweisen.
Eine derartige geometrische Gestaltung der Einsetzabschnitte und der Querschnittverengungen ermöglicht die Verwendung von kegelstumpfförmigen Fräsköpfen.
Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemässen zweiteiligen Verbindungselements, bei dem die Gratfederköpfe und die Gratnuten mittels eines kegelstumpfförmigen Fräskopfes aus dem ersten und dem zweiten Bauteil gefräst werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein derartiges Verfahren anzugeben, mit dem die Herstellung des erfindungsgemässen Verbindungselements auf einer rechnergesteuerten Werkzeugmaschine mit möglichst geringem Aufwand ermöglicht wird.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass zur Herstellung der Gratfederköpfe an gegenüberliegenden, jeweils gleich beabstandeten Positionen der kegelstumpfförmige Fräskopf in das erste Bauteil normal zur Bauteiloberfläche abgesenkt wird, sodass Hohlzylindermantelsegmente entstehen, welche die Querschnittsverengungen der Verbindungsstege ausbilden, und dass zwischen den Positionen der Querschnittsverengungen der Fräskopf linear in abgesenkter Position bewegt wird, wobei die endseitigen Gratfederköpfe durch eine halbkreisförmige Bewegung in abgesenkter Position des Fräskopfes ausgebildet werden, und dass zur Herstellung der Gratnuten der kegelstumpfförmige Fräskopf normal zur Oberfläche des zweiten Bauteils an gleich beabstandeten,
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die Einsetzbereiche ausbildenden Positionen abgesenkt und danach bei Vorschub parallel zur
Bauteiloberfläche jeweils der hinterschnittene, lineare Abschnitt durch Anheben des Fräskopfes ausgenommen wird, wobei den Nutquerschnitt verjüngende Zugflächen entstehen.
Die Herstellungsschritte können dabei ohne Werkzeugwechsel in einem Durchgang und vollautomatisch durchgeführt werden, wobei das fertiggestellte Verbindungsmittel ohne zusätzliche Arbeitsschritte sofort verwendbar ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele eingehend erläutert. Es zeigt dabei
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen zweiten Bauteil mit Gratnuten einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verbindungselements;
Fig. 2 einen Schnitt AA durch die Gratnut gemäss Fig. 1;
Fig 3 einen Schnitt BB durch die Gratnut gemäss Fig. 1;
Fig. 4 einen teilweisen Schrägriss einer Gratnut nach Fig. 1,
Fig. 5 ein Detail der Darstellung gemäss Fig. 4;
Fig. 6 einen Schnitt CC durch die Gratnut gemäss Fig. 5;
Fig. 7 einen Schnitt DD durch die Gratnut gemäss Fig. 5 ;
Fig. 8 einen Schnitt EE durch die Gratnut gemäss Fig. 5;
Fig. 9 eine Draufsicht auf einen ersten Bauteil mit Gratfederköpfen einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verbindungselements;
Fig. 10 eine Seitenansicht des ersten Bauteils gemäss Fig. 9;
Fig. 11 eine Stirnansicht des ersten Bauteils gemäss Fig. 9;
Fig. 12 einen Schrägriss eines zweiten Bauteils mit einer Gratnut einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verbindungselements;
Fig. 13 einen Schrägriss eines ersten Bauteils mit Gratfederköpfen einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verbindungselements und
Fig. 14 eine Schrägriss-Gesamtdarstellung eines ersten und eines zweiten Bauteils einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 bis 11 sowie Fig. 14 in einer Gesamtdarstellung zeigen ein zweiteiliges Verbindungselement zur Verbindung eines beliebigen ersten und zweiten Bauteils 10,1, wobei das die Bauteile 10,1 ausbildende Material und die Formgebung bzw. der Verwendungszweck dieser Bauteile 10,1 im Rahmen der Erfindung keiner Einschränkung unterworfen sind. Beispielsweise kann ein derartiges Verbindungselement zur Verbindung der Längs- und Querträger eines Holz-Bettrahmens dienen. In gleicher Weise können damit aber beliebige Teile aus anderen oder unterschiedlichen Materialien, z. B. Kunststoff, Metall od. dgl. miteinander verbunden werden, wobei diese Art der Verbindung nicht nur im Möbelbau sondern auf vielen anderen, dem Fachmann dafür bekannten, technischen Gebieten Anwendung finden kann.
Das erste Bauteil 10 (Fig 9,10 und 11) weist zumindest einen von diesem vorragenden, konischen Gratfederkopf 13 auf, der in zumindest eine in dem zweiten Bauteil 1 (Fig. 1 bis 8) ausgenommene Gratnut 20 einsetzbar ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind jeweils mehrere Gratfederköpfe 13 und entsprechend ausgebildete Gratnuten 20 ausgebildet, es kann aber auch nur ein Gratfederkopf 13 mit nur einer Gratnut 20 zu einem erfindungsgemässen Verbindungselement zusammengesetzt sein.
Jede Gratnut 20 weist gemäss Fig. 1 bis 3 einen vorzugsweise hohlzylindrischen Einsetzabschnitt 2 und einen daran anschliessenden, hinterschnittenen linearen Abschnitt 3 zur Sicherung des in die Gratnut 20 einsetzbaren Gratfederkopfes 13 auf. Der Einsetzabschnitt 2 bildet dabei an den Nutflanken jeweils ein Hohlzylindermantelsegment 4 aus (Fig. 4), an das jeweils ein linearer Abschnitt 3 mit geraden Begrenzungslinien 5 anschliesst.
Erfindungsgemäss ist nun vorgesehen, dass der zumindest eine Gratfederkopf 13 an dem ersten Bauteil 10 angeformt bzw. einstückig mit diesem verbunden ist und der lineare Abschnitt 3 der zumindest einen Gratnut 20 zumindest eine gegen die Nutwandung geneigte, diese im Querschnitt verjüngende Zugfläche 6 aufweist, an welcher der zumindest eine Gratfederkopf 13 innerhalb des linearen Nutabschnitts 3 festziehbar ist (Fig. 5).
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 9,10 und 11 sind mehrere, insgesamt vier zueinander beabstandete Gratfederköpfe 13 auf dem ersten Bauteil 10 angeformt bzw. mit diesem einstückig verbunden und eine entsprechende Anzahl von Gratnuten 20 in dem zweiten Bauteil 1 ausgenom-
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men, das in den Fig. 1 bis 8 näher dargestellt ist. Die Gratfederköpfe 13 (Fig. 9) sind durch Verbin- dungsstege 11 einstückig miteinander verbunden. Dementsprechend erstrecken sich die den Grat- federköpfen 13 entsprechenden linearen Nutabschnitte 3 jeweils durchgehend zwischen zwei be- nachbarten Einsetzabschnitten 2.
Die jeweils endseitig angeordneten Gratfederköpfe 13 (Fig. 9,10) sind kegelstumpfförmig aus- gebildet. Um das gleichzeitige Einsetzen der Gratfederköpfe 13 in die Einsetzabschnitte 2 zu er- möglichen, weisen die zwischen den Gratfederköpfen 13 liegenden Verbindungsstege 11 Quer- schnittverengungen auf, die in ihren Abmessungen auf die Öffnungsweite der linearen Nutabschnitte 3 abgestimmt sind.
Das Bauteil 10 kann somit mit seinen Gratfederköpfen 13 und den dazwischen liegenden Ver- bindungsstegen 11 in die entsprechend angeordneten Einsetzabschnitte 2 und die linearen Nutabschnitte 3 eingesetzt werden und die eingesetzten Gratfederköpfe 13 können in die hinterschnitte- nen, linearen Nutabschnitte 3 der Gratnuten 20 in Pfeilrichtung 30 (Fig. 5) eingeschoben und damit gegen ein Herausfallen gesichert werden. Die gegenseitige Verschiebung des ersten und des zweiten Bauteils 10,1 geschieht dabei entlang der Fläche 40 des ersten Bauteils 10 und der Fläche 41 des zweiten Bauteils 1, die nach dem Einsetzen der Gratfederköpfe 13 in die Gratnuten 20 aufeinanderliegen.
Die konischen Gratfederköpfe 13 kommen während des Verschiebungsweges in Kontakt mit den Zugflächen 6 und werden bei weiterer Verschiebung der Gratfederköpfe 13 an diesen festgezogen.
Die beiden Bauteile 10 und 1 bleiben in diesem gegenseitigen Klemmzustand miteinander verbunden, können durch eine entgegengesetzt wirkende Kraft aber wieder voneinander gelöst werden.
Insbesondere kann das zweite Bauteil 1 ein Quersteher und das erste Bauteil 10 ein Längsbalken eines Holzbettes sein. Sobald der Längsbalken mit den Gratfederköpfen 13 an seiner Stirnseite in die Gratnuten 20 des Querstehers eingesetzt und festgezogen ist, ist dieser durch sein Eigengewicht in den Gratnuten 20 festgeklemmt. Wie bereits vorstehend erwähnt besteht aber hinsichtlich des Verwendungszweckes des erfindungsgemässen Verbindungselements keinerlei Einschränkung.
Zur Erhöhung der Haftungswirkung sind die Zugflächen 6 nicht nur zur Normalen auf den Boden der Gratnut 20 schräg verlaufend sondern auch gegen die Pfeilrichtung 30 (Fig. 5) schräg angestellt, sodass sich in dieser Richtung längs der Gratnut 20 eine Verjüngung des Querschnitts bis zum jeweils nächsten Hohlzylindermantelsegment 4 ergibt. In Fig. 6,7 und 8 ist diese Verjüngung durch eine Abfolge von Schnittdarstellungen dargestellt.
Wie aus Fig. 11 ersichtlich weisen die vier über die Verbindungsstege 11 einstückig miteinander verbundenen Gratfederköpfe 13 jeweils einen von der ersten Bauteiloberfläche trapezförmig vorspringenden Querschnitt mit konischen Flächen 12 auf.
Wird das zweite Bauteil 10 in Pfeilrichtung 30 innerhalb des ersten Bauteils 1 verschoben, so verklemmen die konischen Flächen 12 der Gratfederköpfe 13 und die Zugflächen 6 miteinander und es entsteht eine sehr stabile, lösbare Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil 10,1. Durch die Anordnung mehrerer Zugflächen 6 in Längsrichtung der hintereinander angeordneten Gratnuten 20 ist auch Sicherheit gegen Verdrehen der Bauteile 10,1 gegeben. Das erfindungsgemässe Verbindungselement ergibt somit eine wieder lösbare, aber dennoch feste Verbindung, die aufgrund der ausgebildeten Zugflächen 6 gegen ein Lockern der Bauteile 10,1 gesichert ist. Damit besteht nicht wie bei aus dem Stand der Technik bekannten Verbindungselementen die Gefahr einer Lockerung nach einiger Zeit.
Durch die besondere Gestaltung des erfindungsgemässen zweiteiligen Verbindungselements ist die Produktion eines solchen Elements ausserordentlich einfach. Insbesondere kann sowohl die Anordnung der Gratfederköpfe 13 als auch der Gratnut 20 ohne Werkzeugwechsel in einem Arbeitsgang aus dem ersten und dem zweiten Bauteil 10,1 gefräst werden.
Die für die Herstellung anzuwendenden Verfahrensschritte werden nachfolgend anhand der Darstellung gemäss Fig. 12 und 13 erläutert.
Für die Herstellung der Gratnuten 20 wird zunächst ein nicht dargestellter, kegelstumpfförmiger Fräskopf in Pfeilrichtung 50 in das Bauteil 1 soweit abgesenkt, dass an einem Ende des Bauteils 1 ein hohlzylindrischer Einsetzabschnitt 2 ausgebildet wird.
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Zur Ausbildung des dem Einsetzabschnitt 2 zugehörigen linearen Abschnitts 3 wird der kegelstumpfförmige Fräskopf bei Vorschub parallel zur Bauteiloberfläche 41 angehoben und entsprechend den in Fig. 12 gezeigten Pfeilen bei Erreichen der Position des nachfolgenden Einsetzabschnitts 2 wieder abgesenkt. Durch das Anheben während des Parallelvorschubs bilden sich die in Fig. 12 nicht dargestellten Zugflächen 6 aus, die für einen sicheren Halt des erfindungsgemässen Verbindungselements sorgen.
Dieser Vorgang wird in Abhängigkeit von der gewünschten Anzahl von Einsetzabschnitten 2 entsprechend oft wiederholt. Am Ende der Gratnuten 20 angelangt, wird der Fräskopf noch über eine kurze Distanz in abgesenkter Stellung weitergefahren, um einen kegelstumpfartigen Endabschnitt zu erzeugen. Für einen glatten Abschluss des Bodens der Gratnuten 20 kann der Fräskopf nochmals in der abgesenkten Stellung zurückgefahren und erst beim Anfangs-Einsetzabschnitt 20 wieder angehoben werden.
In Fig. 13 sind die Verfahrensschritte zur Herstellung von über Verbindungsstege 11 miteinander verbundene Gratfederköpfe 13 angedeutet. An den gegenüberliegenden, jeweils gleich beabstandeten Positionen 60,61, 62,63 wird ein nicht dargestellter, kegelstumpfförmiger Fräskopf abgesenkt und wieder angehoben, sodass Hohlzylindermantelsegmente 70 entstehen, welche die Querschnittsverengungen der Verbindungsstege 11 ausbilden. Zwischen den Positionen 60,61, 62,63 wird der Fräskopf linear in abgesenkter Position bewegt, wobei die endseitigen Gratfederköpfe 13 durch eine halbkreisförmige Bewegung in abgesenkter Position des Fräskopfes ausgebildet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zweiteiliges Verbindungselement zur Verbindung eines ersten und eines zweiten Bauteils, mit zumindest einem von dem ersten Bauteil vorragenden, konischen Gratfederkopf und zumindest einer in dem zweiten Bauteil ausgenommenen Gratnut, in welche der Grat- federkopf des ersten Bauteils einsetzbar ist, welche Gratnut einen Einsetzabschnitt und einen daran in Längsrichtung anschliessenden, hinterschnittenen linearen Abschnitt zur
Sicherung des in die Gratnut einsetzbaren Gratfederkopfes aufweist, wobei der Gratfeder- kopf nach dem Einsetzen in den Einsetzabschnitt durch Verschieben in den Sicherungsab- schnitt gesichert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Gratfederkopf (13) an dem ersten Bauteil (10) angeformt bzw.
einstückig mit diesem verbunden ist, und dass der lineare Abschnitt (3) der zumindest einen Gratnut (20) zumindest eine gegen die seitliche Nutwandung geneigte, diese im Querschnitt verjüngende Zugfläche (6) aufweist, an welcher Zugfläche (6) der zumindest eine Gratfederkopf (13) innerhalb des linearen
Nutabschnitts (3) festziehbar ist.