DE102005023124A1

DE102005023124A1 - Steck-Dreh-Verbindung

Info

Publication number: DE102005023124A1
Application number: DE200510023124
Authority: DE
Inventors: Rudolf Müller; Gerson Dr. Meschut; Torsten Dr. Draht
Original assignee: Boellhoff Verbindungstechnik GmbH
Current assignee: Boellhoff Verbindungstechnik GmbH
Priority date: 2005-05-19
Filing date: 2005-05-19
Publication date: 2006-11-30

Abstract

Steck-Dreh-Verbindung zwischen einem Funktionselement und einem plattenförmigen Trägerbauteil. Das Trägerbauteil hat eine Aufnahmeöffnung mit mehreren Überlappungssegmenten. Das Funktionselement hat einen Befestigungsabschnitt mit mehreren Befestigungssegmenten. Der Befestigungsabschnitt des Funktionselementes ist in die Aufnahmeöffnung des Trägerbauteils einsteckbar und durch eine begrenzte Drehung um die Längsachse in eine Überlappungsposition bewegbar, in der die Überlappungssegmente des Trägerbauteils die Befestigungssegmente des Funktionselementes überlappen und an diesen anliegen, um das Funktionselement am Trägerbauteil festzulegen, um das Funktionselement am Trägerbauteil form- und kraftschlüssig zu verspannen. Hierdurch kann das Funktionselement dem Trägerbauteil einseitig zugeführt werden, so dass eine Gegenabstützung nicht erforderlich ist. Dazu gehören vorwiegend Trägerbauteile, die als Hohlkörper, z. B. durch Innenhochdruck-Formgebung (IHU-Verfahren), hergestellt sind. Das Funktionselement kann als Bolzen oder Hohlkörper, vorwiegend als Gewindeträger, ausgebildet sein.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steck-Dreh-Verbindung zwischen einem Funktionselement und einem Trägerbauteil.
Unter Funktionselement ist in diesem Zusammenhang ein insbesondere mit Gewinde versehener Bolzen oder Hohlkörper zu verstehen, der an dem Trägerbauteil angebracht wird, um dann die Befestigung eines Anbauteils an dem Trägerbauteil oder eine ähnliche Funktion zu ermöglichen.

Es sind bereits zahlreiche Fügeverfahren wie z.B. Schweißen, Nieten, Einpressen, Stanzen und Einformen zum Anbringen eines Funktionselementes an einem dünnwandigen metallischen Trägerbauteil bekannt. Bei den meisten dieser Fügeverfahren ist eine zweiseitige Zugänglichkeit des Trägerbauteils zwingend erforderlich. Eine einseitige Zugänglichkeit ist im Prinzip nur beim Setzen von als Blindniet ausgebildeten Funktionselementen und beim aufsetzenden Bolzenschweißen möglich. Wenngleich diese Fügeverfahren für bestimmte Anwendungen bestens geeignet sind, haben auch sie bestimmte Nachteile.

Grundsätzliches Problem beim Bolzenschweißen (wie bei allen Schweißoperationen) ist der thermische Einfluss auf die Schweißstelle, der zu einer Schädigung des Oberflächenschutzes, Minderung der Bauteilfestigkeit, Korrosionsschäden über die Zeit, Beeinträchtigung der Gesundheit der Werker u.a. führen kann. Die Verwendung von als Blindniet ausgebildeten Funktionselementen erfordert einen relativ hohen Energieaufwand für die zu erbringende Um- und Einformarbeit. Auch lassen nicht alle Werkstoffkombinationen von Trägerbauteil und Funktionselement einen Verbund durch mechanische Fügeverfahren zu.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steck-Dreh-Verbindung zwischen einem Funktionselement und einem Trägerbauteil zu schaffen, die bei nur einseitiger Zugänglichkeit des Trägerbauteils funktionsfähig ist, keine Wärmeenergie zum Schließen und Lösen der Verbindung erfordert und keinen wesentlichen Beschränkungen hinsichtlich der einsetzbaren Werkstoffe unterliegt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 definierte Erfindung gelöst.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Steck-Dreh-Verbindung hat das Trägerbauteil eine Aufnahmeöffnung mit mehreren über ihren Umfang verteilten, nach innen vorstehenden Überlappungssegmenten und das Funktionselement einen Befestigungsabschnitt mit mehren über seinen Umfang verteilten, nach außen vorstehenden Befestigungssegmenten. Hierbei sind die Befestigungssegmente des Funktionselementes bezüglich einer Längsachse des Funktionselementes so angeordnet und ausgebildet, dass der Befestigungsabschnitt des Funktionselementes von einer Seite des Trägerbauteils aus in die Aufnahmeöffnung des Trägerbauteils einsteckbar und durch eine begrenzte Drehung des Funktionselementes um seine Längsachse in eine Überlappungsposition bringbar ist, in der die Überlappungssegmente und Befestigungssegmente sich überlappen und so aneinander anliegen, dass das Funktionselement entgegen der Einsteckrichtung am Trägerbauteil festgelegt wird. Genauer gesagt, wird das Funktionselement am Trägerbauteil kraft- und formschlüssig verspannt.

Zum Verbinden des Funktionselementes mit dem Trägerbauteil genügt eine einseitige Zugänglichkeit des Trägerbauteils. Eine Gegenabstützung z. B. in Form einer Matrize oder eines Ambosses ist nicht erforderlich. Dies ermöglicht insbesondere den Einsatz von Trägerbauteilen, die als Hohlkörper, z.B. durch Innenhochdruck-Formgebung ausgebildet sind, Trägerbauteile also, bei denen eine Gegenabstützung nicht möglich ist. Da ferner das Schließen und Lösen der Verbindung durch eine einfache Steck- und Drehbewegung zwischen diesen Teilen erfolgt, ist thermische Energie für den Fügevorgang nicht erforderlich.

Als Werkstoff für das Trägerbauteil kommen alle in der Massen- und Serienfertigung heute verwendeten und auch solche, die sich noch in der Entwicklung oder Erprobung befinden, in Betracht. Dazu gehören alle umformfä higen dünnwandigen metallischen Werkstoffe, in einem Gießverfahren hergestellte dünnwandigen metallischen Bauteile z. B. aus Aluminium oder Magnesium-Legierungen, in einem Gieß- oder Formverfahren hergestellte Kunststoffbauteile, insbesondere als karbon- oder glasfaserverstärkte Verbundwerkstoffe, Bauteile aus Metallschäumen (Sandwichbauart) mit ein- oder beidseitigen Deckblechen, Bauteile in Schalenbauweise mit einem einseitig völlig geschlossenen Deckblech und vieles mehr.

Als Werkstoff für das Funktionselement kommen Metalle aller Arten mit duktilen Eigenschaften, Metalle aller Arten ohne duktile Eigenschaften, Kunststoffe, insbesondere Thermo- und Duroplaste und vieles mehr in Frage.

Der Werkstoff des Funktionselementes kann auf den Werkstoff des Trägerbauteiles abgestimmt werden, was Sortenreinheit, Korrosionsausschluss, elektrische Leitfähigkeit, etc. ermöglicht und absichert.

Die Herstellung des Funktionselementes sowie des Trägerbauteils richtet sich nach den verwendeten Werkstoffen.

Besteht das Funktionselement aus Metallen mit duktilen Eigenschaften, so wird es vorzugsweise durch Kaltformen (Kaltschlagen) hergestellt. Besteht es aus Metallen ohne duktile Eigenschaften, so kommt als Herstellverfahren das Urformen oder eine mechanische, insbesondere spanabhebende, Bearbeitung in Frage. Funktionselemente aus Kunststoff, insbesondere aus Thermo- und Duroplasten, werden zweckmäßigerweise durch ein Spritz-/Druckgießverfahren hergestellt.

Die Herstellung der Aufnahmeöffnung zur Aufnahme des Funktionselementes wird bei der Herstellung des Trägerbauteiles erzeugt. Die Herstellung des Trägerbauteiles und somit auch der Aufnahmeöffnung richtet sich wiederum nach dem verwendeten Werkstoff.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Aufnahmeöffnung als Aufnahmenest mit einem Nestboden ausgebildet, der die Einsteckbewegung des Funktionselementes in die Aufnahmeöffnung begrenzt und an dem der Befestigungsabschnitt des Funktionselementes in der Überlappungsposition anliegt. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet für duktile Werkstoffe des Trägerbauteils.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Aufnahmeöffnung des Trägerbauteils als Durchgangsöffnung ohne nestartigen Boden ausgebildet. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet für wenig duktile Werkstoffe des Trägerbauteils.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Steck-Dreh-Verbindung zwischen einem Funktionselement und einem Trägerbauteil;
2 eine Draufsicht auf die Verbindung in 1, wobei die rechte Seite eine teilweise geschnittene Ansicht in Blickrichtung der Pfeile II-II in 1 ist;
3 eine Schnittansicht des Trägerbauteils in 1;
4 eine Draufsicht auf das Trägerbauteil in 3;
5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Funktionselementes in 1;
6 eine Draufsicht auf das Funktionselement in 5;
7 eine andere Ausführungsform des Funktionselementes, wobei die linke Seite eine Seitenansicht und die rechte Seite eine Schnittansicht ist;
8 eine Draufsicht auf das Funktionselement in 7;
9 eine teilweise aufgebrochene und geschnittene Ansicht der Steck-Dreh-Verbindung der 1 in einem Bauteilverbund in Blickrichtung der Pfeile IX-IX in 10;
10 eine teilweise aufgebrochene Draufsicht auf den Beuteilverbund in 9;
11 eine der 9 entsprechende Ansicht eines Bauteilverbundes mit einem Funktionselement der 7 und 8;
12 einen der 9 entsprechenden Bauteilverbund mit einer anderen Ausführungsform des Trägerbauteils und Funktionselementes;
13 eine Schnittansicht des Trägerbauteils der 12;
14 eine Draufsicht auf das Trägerbauteil der 13 mit strichpunktiert angedeutetem Funktionselement;
15 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Funktionselementes der 12;
16 ein Detail Z der 15 in vergrößertem Maßstab vor dem letzten Umformschritt;
17 eine Draufsicht auf das Funktionselement der 15;
18-20 verschiedene Herstellungsstufen beim Verbinden des Funktionselementes mit dem Trägerbauteil der Ausführungsform gemäß 12;
21 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Herstellen der Aufnahmeöffnung des Trägerbauteils in 13;
22 einen Querschnitt durch die Vorrichtung der 21.
Die 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Steck-Dreh-Verbindung zwischen einem Trägerbauteil 4 und einem Funktionselement 6 im geschlossenen Zustand.
Das Trägerbauteil 4 ist ein dünnwandiges plattenförmiges Teil, das mit einer Aufnahmeöffnung 8 versehen ist. Wie zusätzlich aus den 3 und 4 hervorgeht, ist die Aufnahmeöffnung 8 bei diesem Ausführungsbeispiel nestartig ausgebildet und hat einen Nestboden 10, der durch eine ringförmige Seitenwand 12 mit dem übrigen Trägerbauteil 4 verbunden ist. An seiner Oberseite ist die nestartige Aufnahmeöffnung 8 mit mehreren über ihren Umfang verteilten, nach innen vorstehenden Überlappungssegmenten 14 versehen, die von außen nach innen schräg nach unten verlaufen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Überlappungssegmente 14 vorgesehen; je nach Anwendung könnten es jedoch auch mehr oder weniger sein.
Wie bereits eingangs erwähnt, kommen als Werkstoff für das Trägerbauteil praktisch alle in der Massen- und Serienfertigung verwendbaren Werk stoffe in Betracht. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist besonders für duktile metallische Werkstoffe geeignet, welche eine einfache Herstellung der nestartigen Aufnahmeöffnung 8 erlauben.
Die nestartige Aufnahmeöffnung 8 kann beispielsweise durch einen kombinierten Tiefzieh-/Schneidvorgang hergestellt werden, bei dem das „Nest" aus der Ebene des plattenförmigen Trägerbauteils 4 heraus geformt wird. Im Bereich der nach innen vorstehenden Überlappungssegmente 14 entstehen dann Durchbrüche 16 in der ringförmigen Seitenwand 12. Ferner wird im Nestboden 10 eine zentrale Öffnung 18 gebildet.
Die nestartige Aufnahmeöffnung 8 kann jedoch auch auf andere Weise hergestellt werden. Neben Umformverfahren kommen beispielsweise auch Gießverfahren (Druck-, Präzisions- oder Spritzgießverfahren) in Frage.
Das Funktionselement 6 ist einstückig ausgebildet, hat eine Längsachse A und besteht, wie insbesondere aus den 5 und 6 hervorgeht, aus einem Funktionsabschnitt 20 und einem Befestigungsabschnitt 22. Der Funktionsabschnitt 20 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Gewindebolzen.
Der am Funktionsabschnitt 20 angeformte Befestigungsabschnitt 22 weist einen massiven Innenkörper 24 auf, an dem mehrere über den Umfang verteilte, radial nach außen vorstehende Befestigungssegmente 26 angeformt sind. Der Innenkörper 24 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel zylindrisch ausgebildet, kann jedoch auch sich zum freien Ende hin konisch verjüngen. Die Oberseiten 32 der Befestigungssegmente 26 sind entsprechend der Neigung der Überlappungssegmente 14 schräg verlaufend ausgebildet, können jedoch auch senkrecht zur Längsachse A verlaufend ausgebildet werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Befestigungssegmente 26 vorgesehen; es sind jedoch auch mehr oder weniger Befestigungssegmente entsprechend der Anzahl der Überlappungssegmente 14 des Trägerbauteils 4 möglich.
Wie dargestellt, erstrecken sich die Befestigungssegmente 26 im Wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Innenkörpers 24. Der Innenkörper 24 ist mit dem Funktionsabschnitt 20 über einen Zwischenabschnitt 27 verbunden, der mit mehreren über seinen Umfang verteilten wulstartigen Vor sprüngen 28 versehen ist. Wie insbesondere aus 6 hervorgeht, befinden sich die wulstartigen Vorsprünge 28, in Draufsicht in den Bereichen der Befestigungssegmente 26. Hierbei sind die wulstartigen Vorsprünge 28 zu den Oberseiten 32 der Befestigungssegmente 26 axial so beabstandet, dass Nuten 30 zwischen den wulstartigen Vorsprüngen 28 und den Befestigungssegmenten 26 gebildet werden. Die Nuten 30 nehmen in der fertigen Verbindung die Überlappungssegmente 14 des Trägerbauteils 4 auf (s. 1), wie im Folgenden noch genauer erläutert wird.
Wie bereits eingangs erwähnt, kann das Funktionselement 6 aus den gleichen Werkstoffen wie das Trägerbauteil 4 bestehen. Die Herstellung des Funktionselementes 6 richtet sich nach dem verwendeten Werkstoff und kann beispielsweise durch Massivumformen (Kaltschlagen), Urformen, mechanisches (spanabhebendes) Bearbeiten, Spritz-/Druckgießen und dergl. hergestellt werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Befestigungsabschnitt 22 vorzugsweise durch Kaltschlagen hergestellt. Beim letzten Verformungsschritt werden dann die wulstartigen Vorsprünge 28 aus dem Material herausgeformt, wodurch an der Oberseite der wulstartigen Vorsprünge 28 stufenartige Absätze 34 entstehen (siehe hierzu 15, 16 des zweiten Ausführungsbeispiels). An dem zylindrischen Innenkörper 24 des Befestigungsabschnittes 22 ist ferner ein zentraler axialer Vorsprung 36 angeformt.
Es wird nun, insbesondere unter Bezugnahme auf die 1 und 2, das Verbinden des Funktionselementes 6 mit dem Trägerbauteil 4 beschrieben. Hierbei wird davon ausgegangen, dass sowohl das Trägerbauteil 4 mit seiner nestartigen Aufnahmeöffnung 8 wie auch das Funktionselement 6 mit dem Befestigungsabschnitt 24 fertig hergestellt sind. Ferner sei angenommen, dass das Trägerbauteil 4 in einer vorgegebenen Einbauposition festgelegt ist, beispielsweise in einem Fahrzeug, Haushaltsmaschinengerät oder dergl. vor- oder endmontiert ist.
Das Funktionselement 6 wird nun mit Hilfe eines Montagewerkzeuges (nicht gezeigt), das ähnlich wie ein Werkzeug zum Setzen von Blindnieten ei nen Setzkopf mit Aufnahmebacken haben kann, „lagerichtig" oberhalb des Trägerbauteils 4 positioniert. „Lagerichtig" heißt in diesem Zusammenhang, dass die Längsachse A des Funktionselementes 6 mit einer zentralen Achse der nestartigen Aufnahme 8 fluchtet und dass die Befestigungssegmente 26 eine solche Lage einnehmen, dass sie, in Draufsicht gesehen (2), zwischen den Überlappungssegmenten 14 des Trägerbauteils 4 liegen. Die Umrisse der Aufnahmeöffnung 8 mit den Überlappungssegmenten 14 und des Befestigungsabschnittes 24 mit den Befestigungssegmenten 26, in Draufsicht gesehen, passen im Wesentlichen formschlüssig ineinander, wenn das Funktionselement 6 „lagerichtig" bezüglich der Aufnahmeöffnung 8 des Trägerbauteils 4 positioniert ist. Der Befestigungsabschnitt 22 des Funktionselementes 6 kann daher durch eine axiale Verschiebung des Funktionselementes 6 in Richtung der Längsachse A in die nestartige Öffnung 8 eingeschoben werden, wobei die Befestigungssegmente 26 durch die Zwischenräume zwischen den Überlappungssegmenten 14 hindurch bewegt werden.
Bei der praktischen Durchführung dieses Setzvorganges wird das Funktionselement 6 beispielsweise mit Hilfe eines im Montagewerkzeug vorgesehenen Näherungssensors (nicht gezeigt) näherungsweise in die richtige Winkellage gedreht. Anschließend wird das Funktionselement 6 vom Montagewerkzeug axial nach unten bewegt. Nimmt der Befestigungsabschnitt 22 noch nicht seine präzise Winkelsolllage ein, so kommt es zu einem leichten Andrücken des Befestigungsabschnittes 22 des Funktionselementes 6 an den Überlappungssegmenten 14 des Trägerbauteils 4. Durch eine weitere geringfügige Drehung des Funktionselementes 6 „schnappen" dann die Befestigungssegmente 26 zwischen die Überlappungssegmente 14, worauf dann das Montagewerkzeug das Funktionselement 6 axial nach unten schiebt, bis der Befestigungsabschnitt 22 am Nestboden 10 anliegt.
Der Befestigungsabschnitt 22 wird nun durch eine 60°-Drehung des Funktionselementes 6 um seine Längsachse A in eine Überlappungsposition gebracht, in der sich die Überlappungssegmente 14 und die Befestigungssegmente 26 gegenseitig überlappen. Hierbei liegen die Befestigungssegmente 26 unter den Überlappungssegmenten 14, so dass die Überlappungssegmente 14 das Funktionselement 6 gegen eine Axialbewegung entgegen der Einsteckrichtung sichern. Hierbei greifen, wie insbesondere in 1 zu sehen ist, die Überlappungssegmente 14 in die Nuten 30, die von den wulstartigen Vorsprüngen 28 und den Oberseiten 32 der Befestigungssegmente 26 gebildet werden. Das Funktionselement 6 wird somit von den wulstartigen Vorsprüngen 28 gegen ein Herausfallen aus der nestartigen Öffnung 8 gehindert.
Zweckmäßigerweise wird das Funktionselement 6 in der Überlappungsposition gegen eine Drehung relativ zum Trägerbauteil 4 gesichert. Eine Möglichkeit einer Drehsicherung besteht darin, dass die Überlappungssegmente 14 an einem Ende, in Umfangsrichtung gesehen, mit einer Abwinkelung (nicht gezeigt) versehen werden, die die Drehbewegung des Funktionselementes 6 in die Überlappungsposition begrenzt.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Oberseite 32 und/oder die Unterseite der Überlappungssegmente 14 mit Kerben 33 oder anderen Rauhigkeiten zu versehen, wodurch die aneinander anliegenden Flächen der Überlappungssegmente 14 und Befestigungssegmente 26 reib- und/oder formschlüssig aneinander angedrückt werden können.
Eine weitere Möglichkeit besteht aus einzelnen Rastvorsprüngen und -nuten (nicht gezeigt), die in der Überlappungsposition eine Rastverbindung zwischen den Überlappungssegmenten 14 und Befestigungssegmenten 26 bilden.
Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, zwischen dem Funktionselement 6 und dem Trägerbauteil 4 eine Klebstoffverbindung vorzusehen. Klebstoff kann beispielsweise zwischen den aneinander anliegenden Flächen des Innenkörpers 24 und des Nestbodens 10 sowie zwischen den aneinander anliegenden Flächen der Überlappungssegmente 14 und Befestigungssegmente 26 vorgesehen werden. Der Klebstoff, z.B. ein microgekapselter Kleber, kann dann in vorteilhafter Weise durch Ultraschall oder einen induktiven Wärmeeintrag (bis ca. 200° C) aktiviert werden, was eine hochfeste und gleichförmige Klebstoffverbindung zwischen dem Trägerbauteil 4 und dem Funktionselement 6 sicherstellt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die oben erwähnten Möglichkeiten zur Drehsicherung zwischen Trägerbauteil 4 und Funktionselement 6 auch in beliebiger Kombination gemeinsam verwendet werden können.
Die 7 und 8 zeigen eine andere Ausführungsform eines Funktionselementes 6' mit einem Funktionsabschnitt 20', der als Hohlkörper mit einem Innengewinde ausgebildet ist. Hervorzuheben ist jedoch, dass der Befestigungsabschnitt 22' des Funktionselementes 6' mit dem Befestigungsabschnitt 22 des Funktionselementes 6 der 5, 6 identisch ist, abgesehen davon, dass der Innenkörper 24 des Funktionselementes 6 massiv ausgebildet ist, während der Innenkörper 24' des Funktionselementes 6' der 7, 8 einen Teil des Hohlkörpers bildet.
Es versteht sich, dass die Erfindung auch auf Funktionselemente mit anderen Funktionsabschnitten, insbesondere mit solchen ohne Gewinde, angewendet werden kann.
Die 9 und 10 zeigen einen Bauteilverbund, bei dem das am Trägerbauteil 4 befestigte Funktionselement 6 dazu dient, ein plattenförmiges Anbauteil 100 mittels einer Mutter 101 mit dem Trägerbauteil 4 zu verbinden. Wie in 9 angedeutet ist, werden in dem endmontierten Bauteilverbund die wulstartigen Vorsprünge 28 des Funktionselementes 6 zwischen der Oberseite der Überlappungssegmente 14 und der Unterseite des Anbauteiles 100 eingequetscht. Auf diese Weise wird eine (zusätzliche) Drehsicherung des Funktionselementes 6 in der Überlappungsposition erreicht.
11 zeigt einen entsprechenden Bauteilverbund mit einem als Hohlkörper ausgebildeten Funktionselement 6', wie es in den 7 und 8 dargestellt ist. Im übrigen entspricht der in 11 gezeigte Bauteilverbund dem in den 9 und 10 gezeigten Bauteilverbund.
Die 12 bis 21 betreffen eine zweite Ausführungsform einer Steck-Dreh-Verbindung. Für sich entsprechende Bauteile wurden die gleichen Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, erhöht um 100, verwendet.
Wie in den 12 bis 14 zu sehen ist, unterscheidet sich das Trägerbauteil 104 der Steck-Dreh-Verbindung 102 von dem Trägerbauteil 4 der vorhergehenden Ausführungsform dadurch, dass die Aufnahmeöffnung 108 nicht als Nest, sondern als einfache Durchgangsöffnung (ohne Nest) ausgebildet ist. Die Aufnahmeöffnung 108 hat wiederum mehrere (drei) über den Umfang verteilte, nach innen vorstehende Überlappungssegmente 114. Wie in 14 zu sehen ist, sind die Überlappungssegmente 114 so angeordnet und ausgebildet, dass der Umriss der Aufnahmeöffnung 108 und der Umriss des Befestigungsabschnittes 122 des Funktionselementes 106, in Draufsicht gesehen, im Wesentlichen formschlüssig ineinander passen.
Das Funktionselement 106 entspricht, wie die 15 bis 17 zeigen, weitgehend dem Funktionselement 6 des vorhergehenden Ausführungsbeispiels. Es besteht wiederum aus einem Funktionsabschnitt 120 und einem Befestigungsabschnitt 122, welcher einen zylindrischen Innenkörper 124 mit mehreren (drei) Befestigungssegmenten 126 hat, wobei die Oberseiten 132 der Befestigungssegmente 126 mit den wulstartigen Vorsprüngen 128 Nuten 130 zur Aufnahme der Überlappungssegmente 114 bilden.
Unterschiedlich ist gegenüber dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, dass an der Unterseite des Innenkörpers 124 ein Einführkonus 136 angeformt ist, der das Einführen des Funktionselementes 106 in die Aufnahmeöffnung 108 des Trägerbauteils 104 erleichtert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel endet der Einführkonus 136 an der Unterseite des Innenkörpers 124; stattdessen kann der Einführkonus so ausgebildet werden, dass er sich am Innenkörper des Befestigungsabschnittes fortsetzt, um das „Einfädeln" des Funktionselementes in das Trägerbauteil zu erleichtern. Unterschiedlich sind auch die Außenabmessungen des Befestigungsabschnittes 122 sowie gegebenenfalls der wulstförmigen Abschnitte 128, was im Folgenden noch genauer erläutert wird.
Im übrigen entspricht jedoch das Funktionselement 106 dem Funktionselement 6 des vorhergehenden Ausführungsbeispiels, wobei auch die im Zusammenhang mit dem Funktionselement 6 gemachten Ausführungen wie z. B. die unterschiedliche Gestaltung des Funktionsabschnittes für das Ausführungsbeispiel der 12 bis 21 zutrifft.
Auch die Montage zum Verbinden des Funktionselementes 106 mit dem Trägerbauteil 104 erfolgt im Prinzip in der gleichen Weise wie im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 8 beschrieben. Zur Veranschaulichung zeigen die 18 bis 20 drei verschiedene Stufen dieses Montagevorgangs.
In 18 ist das Funktionselement 106 von dem Montagewerkzeug (nicht gezeigt) bereits „lagerichtig" zur Aufnahmeöffnung 108 des Trägerbauteils 104 positioniert worden. Das Montagewerkzeug kann nun das Funktionselement 106 mit einer vorgegebenen Kraft in die Aufnahmeöffnung 108 eintreiben.
19 zeigt das Funktionselement 106 in einem Zustand, in dem der Befestigungsabschnitt 122 bereits ungefähr bis zur Hälfte in die Aufnahmeöffnung 108 eingeführt worden ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Außenabmessungen des Befestigungsabschnittes 122 des Funktionselementes 106 gegenüber der Aufnahmeöffnung 108 des Trägerbauteils 104 so überdimensioniert, dass bei dem Einsteckvorgang der Befestigungsabschnitt 122 die schräg verlaufenden Überlappungssegmente 114 des Trägerbauteils 104 geringfügig aufweitet. Diese Maßnahme ist insbesondere bei maschinengeführter Montage zweckmäßig. Ist dagegen eine handgeführte Montage erwünscht, so wird der Innendurchmesser der Überlappungssegmente in der Aufnahmeöffnung des Trägerbauteiles geringfügig größer als der maximale Durchmesser des Befestigungsabschnittes des Funktionselementes gewählt, so dass eine geringere Handhabungskraft beim Einstecken des Funktionselementes in die Aufnahmeöffnung des Trägerbauteiles erforderlich ist.
Hat das Funktionselement 106 die in 19 dargestellte Position erreicht, wird das Funktionselement 106 vom Montagewerkzeug, wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, um 60° in die in 20 dargestellte Überlappungsposition gedreht, in der sich die Überlappungssegmente 114 und Befestigungssegmente 126 überlappen, wobei die Überlappungssegmente 114 in die Nuten 130 zwischen den Oberseiten 132 und den wulstartigen Vorsprüngen 128 greifen. Da bei dieser Ausführungsform kein Nestboden zur Halterung des Funktionselementes 106 vorgesehen ist, übernehmen die wulstartigen Vorsprünge 128 die Aufgabe, das Funktionselement 106 gegen eine Axialverschiebung in Einsteckrichtung relativ zum Trägerbauteil 104 zu sichern. Die wulstartigen Vorsprünge 128 werden hierzu entsprechend dimensioniert.
Nach Erreichen der Überlappungsposition zieht das (nicht gezeigte) Montagewerkzeug das Funktionselement 106 entgegen der Einsteckrichtung geringfügig zurück. Aufgrund der hierdurch hervorgerufenen geringfügigen Umbiegung der Überlappungssegmente 114 und der entsprechenden Verringerung des radialen Abstandes zwischen den Überlappungssegmenten 114 und der zentralen Achse A wird eine zusätzliche Klemmwirkung zwischen dem Nutgrund der Nuten 130 und den inneren Rändern der Überlappungssegmente 114 erreicht. Dies führt zu einer zusätzlichen Drehsicherung zwischen dem Trägerbauteil 104 und dem Funktionselement 106.
Die Ausführungsform der 12 bis 20 eignet sich besonders für Trägerbauteile aus wenig duktilem Werkstoff, da sich die Aufnahmeöffnung 108 des Trägerbauteils 104 wesentlich einfacher als die nestartige Aufnahmeöffnung 4 des vorhergehenden Ausführungsbeispiels herstellen lässt. Vorzugsweise wird die Aufnahmeöffnung 108 des Trägerbauteils 104 durch einen Stanzvorgang hergestellt, wie dies in den 21 und 22 schematisch angedeutet ist.
Das in den 21 und 22 dargestellte Stanzwerkzeug besteht aus einer Matrize 140, einem Formlochstempel 142 und einem Niederhalter 144. Der Formlochstempel 142 stanzt die Aufnahmeöffnung 108 in das Trägerbauteil 104, wobei er die Überlappungssegmente 114 stehen lässt. Die Überlappungs segmente 114 werden aus der Ebene des Trägerbauteils 104 heraus abgewinkelt, indem der Niederhalter 144 mit einer vorgegebenen Niederhalterkraft die Überlappungssegmente 114 gegen die entsprechend ausgebildete Oberseite der Matrize 140 andrückt.
Es versteht sich dass die Aufnahmeöffnung 108 des Trägerbauteils 104 auch auf andere Weise hergestellt werden kann. Was die Herstellung des Funktionselementes 106 betrifft, so gilt das oben im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 11 Gesagte auch für dieses Ausführungsbeispiel.

Claims

Steck-Dreh-Verbindung zwischen einem Funktionselement und einem Trägerbauteil, von denen das Trägerbauteil (4; 104) eine Aufnahmeöffnung (8; 108) mit mehreren über ihren Umfang verteilten, nach innen vorstehenden Überlappungssegmenten (14; 114) aufweist und das Funktionselement (6; 106) einen Befestigungsabschnitt (22; 122) mit mehreren über seinen Umfang verteilten, nach außen vorstehenden Befestigungssegmenten (26; 126) aufweist, wobei die Befestigungssegmente (26; 126) des Funktionselementes (6; 106) bezüglich einer Längsachse (A) des Funktionselementes so angeordnet und ausgebildet sind, dass der Befestigungsabschnitt (22; 122) des Funktionselementes (6; 106) einseitig zum Trägerbauteil (4; 104) in Einsteckrichtung in die Aufnahmeöffnung (8; 108) des Trägerbauteils (4; 104) einsteckbar ist und durch eine begrenzte Drehung des Funktionselementes (6; 106) um seine Längsachse (A) in eine Überlappungsposition bringbar ist, in der die Befestigungssegmente (26; 126) des Funktionselementes und die Überlappungssegmente (14; 114) des Trägerbauteils sich gegenseitig überlappen und so aneinander anliegen, dass das Funktionselement (6; 106) entgegen der Einsteckrichtung am Trägerbauteil (4; 104) kraft- und formschlüssig verspannt wird.
Steck-Dreh-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (6; 106) einen Funktionsabschnitt (20) in Form eines Bolzens mit oder ohne Gewinde hat.
Steck-Dreh-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (6') einen Funktionsabschnitt (20') in Form eines Hohlkörpers mit oder ohne Gewinde hat.
Steck-Dreh-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (6; 106) einstückig ausgebildet ist.
Steck-Dreh-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Befestigungssegmente (26; 126) des Funktionselementes (6; 106) gleich der Anzahl der Überlappungssegmente (14; 114) des Trägerbauteils (4; 104) ist.
Steck-Dreh-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umriss der Aufnahmeöffnung (8; 108) zusammen mit den Überlappungssegmenten (14; 114) des Trägerbauteils (4; 104) und der Umriss des Befestigungsabschnittes (24; 124) zusammen mit den Befestigungssegmenten (26; 126) des Funktionselementes (6; 106), in Einsteckrichtung gesehen, im Wesentlichen formschlüssig ineinander passen.
Steck-Dreh-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (22; 122) des Funktionselementes (6; 106) einen zylindrischen oder konischen Innenkörper (24; 124) aufweist und die Befestigungssegmente (26; 126) sich im Wesentlichen über die axiale Länge parallel zur Außenkontur des Innenkörpers (24; 124) erstrecken.
Steck-Dreh-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlappungssegmente (14; 114) des Trägerbauteils (4; 104) und die diesen zugeordneten Oberseiten (32; 132) der Befestigungssegmente (26; 126) des Funktionselementes (6; 106) entgegen der Einsteckrichtung von radial innen nach außen schräg oder senkrecht zur Längsachse (A) verlaufen.
Steck-Dreh-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (22; 122) des Funktionselementes (6; 106) über den Umfang verteilte wulstartige Vorsprünge (28; 128) aufweist, die zusammen mit den Befestigungssegmenten (26; 126) des Funktionselementes Nuten (30; 130) bilden, in die die Überlappungssegmente (14; 114) des Trägerbauteils (4; 104) in der Überlappungsposition greifen.
Steck-Dreh-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (6; 106) in der Über lappungsposition gegen Drehbewegungen relativ zum Trägerbauteil (4; 104) gesichert ist.
Steck-Dreh-Verbindung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Überlappungsposition aneinander anliegenden Flächen der Überlappungssegmente (14; 114) und/oder Befestigungssegmente (24; 124) Kerben (33) oder andere Rauhigkeiten aufweisen.
Steck-Dreh-Verbindung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (6; 106) und das Trägerbauteil (4; 104) in der Überlappungsposition durch Rastnuten und- vorsprünge gegeneinander verrastbar sind.
Steck-Dreh-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlappungssegmente (14; 114) des Trägerbauteils (4; 104) zumindest an einem Ende so abgewinkelt sind, dass sie die Drehbewegung des Funktionselementes (6; 106) in die Überlappungsposition begrenzen.
Steck-Dreh-Verbindung nach Anspruch 9 in Verbindung mit einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die wulstartigen Vorsprünge (28; 128) des Funktionselementes (6; 106) in der Überlappungsposition über die Oberseite des Trägerbauteils (4; 104) axial etwas vorstehen, so dass sie beim Anbringen eines Anbauteils (100) zwischen den Überlappungssegmenten (14; 114) des Funktionselementes und dem Anbauteil (100) eingequetscht werden.
Steck-Dreh-Verbindung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Funktionselement (6; 106) und dem Trägerbauteil (4; 104) eine Klebeverbindung vorgesehen ist.
Steck-Dreh-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeöffnung (8) des Trägerbauteils (4) als Aufnahmenest mit einem Nestboden (10) ausgebildet ist, der die Bewegung des Funktionselementes (6) in Einsteckrichtung begrenzt und an dem der Befestigungsabschnitt (26) des Funktionselementes (6) in der Überlappungsposition anliegt.
Steck-Dreh-Verbindung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Nestboden (10) ein zentrales Loch hat, in das ein zentraler Vorsprung (36) des Funktionselementes (6) in der Überlappungsposition vorsteht.
Steck-Dreh-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeöffnung (118) des Trägerbauteils (104) als Durchgangsöffnung ohne nestartigen Boden ausgebildet ist.
Steck-Dreh-Verbindung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (26) des Funktionselementes (106) an seinem einen axialen Ende einen Einführkonus (136) zum Einführen des Befestigungsabschnittes (124) in die Aufnahmeöffnung (118) hat, wobei der Einführkonus an der Unterseite des Befestigungsabschnittes endet oder sich am Innenkörper des Befestigungsabschnittes des Funktionselementes axial fortsetzt.
Steck-Dreh-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenabmessungen des Befestigungsabschnittes (24; 124) des Funktionselementes (6; 106) bezüglich der Innenabmessungen der Aufnahmeöffnung (8; 108) des Trägerbauteils (4; 104) so gewählt sind, dass beim Einsteckvorgang die Überlappungssegmente (14; 114) des Trägerbauteils (4; 104) von dem Befestigungsabschnitt (24; 124) des Funktionselementes (6; 106) geringfügig aufgeweitet werden.
Steck-Dreh-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der Überlappungssegmente (14; 114) des Trägerbauteils (4; 104) geringfügig größer ist als der maximale Durchmesser des Befestigungsabschnittes (24; 124) des Funktionselementes (6; 106), um einen manuellen Einsteckvorgang zu ermöglichen.
Trägerbauteil für eine Steck-Dreh-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Funktionselement für eine Steck-Dreh-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.