DE102009002917A1

DE102009002917A1 - Verbindungselemente für Schnappverbindungen

Info

Publication number: DE102009002917A1
Application number: DE102009002917A
Authority: DE
Inventors: Eckart Sievers; Nadja Michel
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2010-11-25
Also published as: US20100284735A1; JP2010261593A

Abstract

Die Erfindung betrifft paarweise korrespondierende Verbindungselemente (4, 6, 12, 13) zur Verbindung zweier Bauteile (1, 2) unter vorgegebener Fügerichtung (3) durch eine Rastverbindung, die jeweils fest mit den zu verbindenden Bauteilen (1, 2) verbunden sind, wobei eines der Verbindungselemente (4, 13) eine zum Hintergreifen einer Rastfläche (7) geeignete Struktur (5, 14) aufweist, sich die zu hintergreifende Rastfläche (7) am jeweils anderen der korrespondierenden Verbindungselemente (6, 12) befindet, zumindest eines der beiden Verbindungselemente (6, 12) eine rampenförmige Struktur (8) aufweist, an welcher das jeweils andere Verbindungselement (4, 13) während der Fügebewegung anliegt und die während der Fügebewegung für eine elastische Deformation als die Verrastung vorbereitende Auslenkung von zumindest einem der Verbindungselemente sorgt, wobei in Fügerichtung (3) hinter der rampenförmigen Struktur (8) die zu hintergreifende Rastfläche (7) liegt, wobei die Rastfläche (7) gegenüber der Auslenkrichtung (9) des elastischen Verbindungselementes (4, 13) so geneigt ist, dass sie bei der Verrastung im Kontaktbereich der Verbindungselemente stets eine schiefe Ebene bildet, entgegen deren Steigung die Rastbewegung erfolgt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf paarweise korrespondierende Verbindungselemente zur Verbindung zweier Bauteile unter vorgegebener Fügerichtung. Sie sind vorgesehen für eine Schnappverbindung, welche durch einfaches Zusammenfügen der zu verbindenden Bauteile ohne Zuhilfenahme arretierender Werkzeuge hergestellt werden kann. Sie sind insbesondere vorgesehen für eine Schnappverbindung von Kunststoffgehäuseteilen.
Schnappverbindungen für Kunststoffbauteile sind in mannigfaltigen Ausführungen und Varianten bekannt. Auch in der Automobilindustrie im Bereich von Heiz- und Klimageräten kommen die unterschiedlichsten Konstruktionen zum Einsatz. Das Prinzip gebräuchlicher Schnappverbindungen beruht in der Regel darauf, dass während des Zusammenfügens der zu verbindenden Bauteile mit diesen verbundene oder separate Verbindungselemente entgegen einer elastischen Rückstellkraft ausgelenkt und/oder deformiert werden, bevor sie in einer Endposition der zu verbindenden Bauteile durch diese Rückstellkraft zumindest teilweise repositioniert werden, wodurch sie in eine Lage gelangen, in der sie miteinander in formschlüssigem Eingriff stehen.
Es ist bekannt, Gehäuseteile miteinander zu verbinden, indem separate Rast- bzw. Halteelemente mit entsprechend an den Gehäuseteilen vorbereiteten Rastflächen in Eingriff gebracht werden ( DE 38 29 525 A1 ). Separate Rastelemente haben jedoch immer den Nachteil, dass sie in der Regel für jedes Rastelement einen Montageschritt zur korrekten Platzierung bzw. Herstellung der gewünschten Verbindung erfordern. Die Zahl der bei der Gehäusemontage erforderlichen Einzelteile bestimmt in unvorteilhafter Weise die Komplexität der technologischen Abläufe. Eine evtl. bestehende Gefahr des Verlierens einzelner Rastelemente birgt zudem das Risiko von Verzögerungen bzw. eines erhöhten Aufwandes für erforderliche Ersatzbeschaffungen. Die Verwendung von separaten Rastelementen in Form verfügbarer Standardbauteile kann zudem eine Materialtrennung erforderlich machen, wenn das betreffende Gehäuse nach Gebrauch recycelt werden soll, da im Fall von Standardbauteilen häufig nicht für eine Materialidentität zwischen den Gehäuseteilen und den verwendeten Rastelementen gesorgt werden kann.
Die angesprochenen Nachteile werden üblicherweise dadurch umgangen, dass die erforderlichen Befestigungs- bzw. Rastelemente fest mit den zu verbindenden Gehäuseteilen verbunden werden. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer gesonderten Positionierung, und die Gefahr eines Verlustes besteht ebenfalls nicht mehr. In der Regel bestehen derartige fest mit den entsprechenden Gehäuseteilen verbundene Befestigungsmittel aus dem gleichen Material wie die Gehäuseteile selbst. Es sind verschiedene Ansätze bekannt geworden, Gehäuseteile unter Verzicht auf separate Befestigungsmittel rastend miteinander zu verbinden.
Es ist bekannt, den Kontakt zwischen zu verbindenden Gehäuseteilen über geschlossene Randfiguren herzustellen, die im Falle der Verbindung zur Deckung gebracht werden und als Nut und korrespondierende Feder ausgeführt sind ( DE 94 20 291 U1 ). Um eine rastende Nut- und Federverbindung an Spritzgussteilen zu realisieren, sind jedoch recht komplizierte und damit teure Werkzeuge erforderlich, da eine Hinterschneidung benötigt wird, was außerdem mit einer Zwangsentformung verbunden ist. Soll zudem gleichzeitig eine Dichtwirkung und/oder Spielfreiheit der Verbindung erzielt werden, sind enge Fertigungstoleranzen einzuhalten, was insbesondere den Lebenszyklus der eingesetzten Werkzeuge limitiert und gegebenenfalls deren vorzeitigen Ersatz erforderlich machen kann. Bei umlaufenden Profilen in Nut- und Federform sind außerdem hohe Fügekräfte zur Verbindung der einzelnen Gehäuseteile erforderlich, die während der Montage in der Regel nur mit Hilfe einer speziell dafür ausgelegten Spannvorrichtung aufgebracht werden können.
Es ist weiterhin bekannt, an diskreten Positionen Schnapp- und/oder Rastelemente vorzusehen, die fest mit zu verbindenden Gehäuseteilen verbunden sind. So ist es beispielsweise gebräuchlich, Schnapphaken und zugehörige Rastnasen als integrierte Konstruktionselemente von Kunststoffgehäuseteilen auszuführen. Dies bedingt, dass die formgebenden Elemente für die Schnapp- und Rastelemente in den Hauptwerkzeugen für die Kunststoffgehäuseteile integriert sein müssen. Aus Kostengründen wird dabei in der Regel versucht, die Schnappelemente in einer Hauptentformungsrichtung zu realisieren, sodass keine zusätzlichen Schieber und Einsätze im Werkzeug erforderlich werden. Daraus ergeben sich jedoch häufig scharfe Kanten an einzelnen Konstruktionselementen im Bereich von Werkzeugtrennungen, die konstruktiv unvermeidbar sind. Insbesondere bei großen Werkzeugen führt dies häufig zu einer Gratbildung an solchen Kanten, die sich verschleißbedingt umso stärker ausbilden kann, je länger das Werkzeug in Betrieb ist. Im Interesse langer Lebenszyklen teurer Werkzeuge soll eine derartige Gratbildung möglichst tolerierbar sein. Das macht zwangsläufig eine Dimensionierung der Verbindungselemente erforderlich, die sicherstellt, dass der vorgesehene Eingriff der korrespondierenden Schnapp- und Rastelemente nicht durch einen derartigen Grat verhindert oder erschwert wird.
Um beispielsweise in der Produktion während der Gehäusemontage ein robustes und sicheres Verschnappen von Haken und Nasen zu garantieren und zu vermeiden, dass die Haken möglicherweise an den bereits angesprochenen Gratbildungen hängen bleiben und deshalb nicht richtig verrasten können, sind derartige Schnappverbindungen mit ausreichender Freigängigkeit zwischen Haken und Nase auszulegen. Diese Freigängigkeit ist zudem unter Berücksichtigung der Fertigungstoleranzen an den Schnappelementen zu gewährleisten. Dies kann jedoch im verrasteten Zustand zu einem verbleibenden Spiel zwischen den Anlageflächen der Schnapp- und Rastelemente führen. Dieses Spiel zwischen den Anlageflächen der Rast- und Schnappelemente bedingt jedoch eine unter Umständen unzureichende Lagefixierung der verbundenen Gehäuseteile, was daraus folgt, dass die zu fügenden Gehäusebauteile sich zueinander in Schnapprichtung um den Betrag dieses Spieles verschieben lassen. Ein derartiges Spiel ist nicht zu tolerieren, wenn über die Verbindungselemente gleichzeitig die Klapperfreiheit des endmontierten Gehäuses garantiert werden soll. Zudem ist eine exakte Führung der Bauteile mit Hilfe derart dimensionierter Verbindungselemente nicht möglich. Das Spiel ist insbesondere bei Gehäusen, die zum Beispiel Luftführungsaufgaben übernehmen und deshalb bestimmten Anforderungen in Bezug auf Luftdichtigkeit genügen müssen, ein großer Nachteil. Das gilt in besonderem Maße für Verwendungen im Automobilsektor, wo stets mit einer erhöhten Schwingungsbelastung gerechnet werden muss. Auch vor dem Hintergrund einer möglichst geringen Schallemission führt eine solche Auslegung zu Problemen.
Es ist weiterhin bekannt, an diskreten Positionen Schnapp- und/oder Rastelemente vorzusehen, die fest mit zu verbindenden Gehäuseteilen verbunden sind, bei denen eines der Elemente, also beispielsweise ein Haken oder eine Nase, durch seine Formgebung derart elastisch ausgelegt ist, dass im verrasteten Zustand eine Vorspannkraft in Richtung der Fügerichtung auf die Gehäusebauteile ausgeübt wird, die diese zusammenzieht und auf diese Weise die beschriebene Problematik vermeidet. Diese Vorspannkraft wird durch eine bleibende elastische Deformation realisiert, die mit der Verrastung eintreten muss. Die für diese Deformation aufzubietenden Kräfte erhöhen jedoch den mechanischen Widerstand gegenüber der zur Verrastung erforderlichen Fügebewegung. Eine solche Lösung hat daher zwei entscheidende Nachteile. Erstens genügt ein bloßes Zusammenführen der Gehäusebauteile in der Regel nicht, um die Schnappverbindungen verrasten zu lassen. Es ist stattdessen erforderlich, unter Umständen jede einzelne Verrastung mit einer entsprechenden gezielt eingeleiteten Fügekraft zu bewirken, um die Vorspannkraft aufzubringen und zusätzlich die sichere Verrastung der korrespondierenden Rastelemente zu gewährleisten. Bei großen und komplexen Gehäuseteilen mit einer relativ hohen Anzahl an Verbindungsstellen wird dafür eine spezielle Fügevorrichtung notwendig, was Aufwand und Kosten erhöht. Zum Zweiten ist die mögliche Spannkraft zwischen den Gehäusebauteilen durch die Vorspannkraft der elastischen Elemente begrenzt, da in die Deformation relativ kleine Materialbereiche einbezogen werden. Dies kann je nach Anforderungsprofil unter Beachtung bestimmter Vorgaben bezüglich der Materialauswahl, konstruktiven Vorgaben und Fertigungsmöglichkeiten dazu führen, dass die erforderliche Vorspannkraft nicht oder nur durch unangemessen aufwändige konstruktive Abwandlungen der Befestigungsmittel erreicht werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Schnappverbindung zur Verfügung zu stellen, die ohne zusätzlichen Aufwand in einem Spritzgusswerkzeug herstellbar ist und eine zuverlässige Verrastung unter Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen und möglicher Gratbildung ermöglicht, ohne die oben beschriebenen Nachteile von Spiel zwischen den zu fügenden Bauteilen oder die Notwendigkeit einer Fügevorrichtung in Kauf nehmen zu müssen. Die bewirkte Schnappverbindung soll insbesondere für Gehäuseteile im Automobilsektor einsetzbar sein.
Gelöst wird die Aufgabe durch paarweise und aufeinander abgestimmte korrespondierende Verbindungselemente zur Verbindung zweier Bauteile unter vorgegebener Fügerichtung, von denen jeweils eines fest mit jeweils einem der zu verbindenden Bauteile verbunden ist. Dadurch ergibt sich eine weitgehend vorbestimmte Lagebeziehung der Verbindungselemente zueinander, wenn die zu verbindenden Bauteile in eine definierte Ausgangsposition gebracht werden. Eine Verschiebung der zu verbindenden Bauteile in Fügerichtung aufeinander zu oder voneinander weg bewirkt somit eine kongruente Verschiebung der Verbindungselemente in Form einer Zwangsbewegung, was eine Voraussetzung für eine hilfsmittelfreie Herstellung einer Rastverbindung ist, da zusätzliche Maßnahmen zur Anordnung oder Führung der Verbindungselemente entfallen können, wenn die zu verbindenden Bauteile selbst ausreichend ausgerichtet und präzise geführt werden.
Die zur Herstellung einer Rastverbindung erforderlichen Rückstellkräfte werden durch eine elastische Deformation von zumindest jeweils einem der paarweise korrespondierenden Verbindungselemente während des Fügeschrittes aufgebracht. Die paarweise korrespondierenden Verbindungselemente sind so ausgeführt, dass eines der Verbindungselemente eine zum Hintergreifen einer Rastfläche geeignete Struktur aufweist, wobei sich die zu hintergreifende Rastfläche am jeweils anderen der korrespondierenden Verbindungselemente befindet. Zumindest eines der beiden Verbindungselemente weist außerdem eine rampenförmige Struktur auf, an welcher das jeweils andere Verbindungselement während der Fügebewegung anliegt und die je nach Position der zu verbindenden Bauteile für eine mehr oder weniger starke elastische Deformation von zumindest einem der Verbindungselemente sorgt, bevor auf diese Deformation eine teilweise Entspannung des deformierten Verbindungselementes folgt, wenn die Rastverbindung bewirkt wird. Durch die Ausrichtung dieser rampenförmigen Struktur in Bezug auf die Fügerichtung kann eine Steigung definiert werden, die ihrerseits die aufzubringenden Fügekräfte mitbestimmt.
Als erfindungswesentliches Konstruktionsdetail erweist sich die Ausgestaltung der zum Hintergreifen einer Rastfläche geeigneten Struktur und der zu hintergreifenden Rastfläche. Zwischen beiden ergibt sich ein überwiegend formschlüssiger Kontakt, über den die Haltefunktion der Rastverbindung realisiert wird. Die Ausrichtung der für den Formschluss maßgeblichen Flächen erfolgt jedoch so, dass zumindest eine dieser Flächen gegenüber der durch die elastische Deformierung während des Fügeschrittes bedingten Auslenkrichtung geneigt ist, also nicht parallel bzw. tangential zu dieser Auslenkrichtung verläuft. Die angesprochene Neigung ist zudem so gewählt, dass die geneigte Fläche die Wirkung einer Rampe entfaltet, wenn die korrespondierenden Verbindungselemente in die verrastete Position springen. Beim Verrasten läuft die jeweils korrespondierende Kontaktfläche auf diese Rampe auf, bis eine Endposition erreicht ist, die durch die evtl. verbliebene elastische Rückstellkraft nicht mehr verändert werden kann. Das Verrasten führt also zu einer bestimmten Endposition zumindest für eines der Verbindungselemente, die sich durch Selbstjustierung einstellt. Diese bestimmte, jedoch nicht durch Anschläge oder ähnliche konstruktive Maßnahmen festgelegte Endposition sorgt für eine erhöhte Toleranz gegenüber Maß- bzw. Lageabweichungen der Verbindungselemente in Fügerichtung bei stets gleichbleibender Befestigungs- und Haltewirkung. Zudem ergibt sich durch die Ausnutzung der Rampenwirkung der Rastfläche beim Verrasten stets eine verbleibende Zugkraft in Fügerichtung, wodurch sich in dieser Richtung auf einfache Weise eine Spielfreiheit zwischen den zu verbindenden Bauteilen realisieren lässt. Die Ausrichtung dieser Rampe, welche gleichzeitig als Rastfläche dient, kann zu diesem Zweck beispielsweise so erfolgen, dass sie gegenüber der Hauptfügerichtung geneigt, jedoch nicht senkrecht zu dieser ausgerichtet ist.
Eine Minimalkonfiguration der Erfindung umfasst paarweise korrespondierende Verbindungselemente zur Verbindung zweier Bauteile unter vorgegebener Fügerichtung durch eine Rastverbindung, die jeweils fest mit den zu verbindenden Bauteilen verbunden sind, wobei eines der Verbindungselemente eine zum Hintergreifen einer Rastfläche geeignete Struktur aufweist, sich die zu hintergreifende Rastfläche am jeweils anderen der korrespondierenden Verbindungselemente befindet, zumindest eines der beiden Verbindungselemente eine rampenförmige Struktur aufweist, an welcher das jeweils andere Verbindungselement während der Fügebewegung anliegt und die während der Fügebewegung für eine elastische Deformation als die Verrastung vorbereitende Auslenkung von zumindest einem der Verbindungselemente sorgt, wobei in Fügerichtung hinter der rampenförmigen Struktur die zu hintergreifende Rastfläche liegt, wobei die Rastfläche gegenüber der Auslenkrichtung des elastischen Verbindungselementes so geneigt ist, dass sie bei der Verrastung im Kontaktbereich der Verbindungselemente stets eine schiefe Ebene bildet, entgegen deren Steigung die Rastbewegung erfolgt.
Der Kern der Erfindung besteht somit allgemein in einer Auslegung von korrespondierenden Rast- bzw. Verbindungselementen, welche eine überwiegend formschlüssige Verbindung im verrasteten Zustand mit einer kraftschlüssigen Komponente kombiniert, was durch die Reibungswirkung von in Kontakt miteinander befindlichen und sowohl gegenüber der Hauptfügerichtung als auch gegenüber der Auslenkrichtung der Rastbewegung geneigten Kontaktflächen der Rast- bzw. Verbindungselemente erreicht wird. Der reibungswirksame Kontakt der Kontaktflächen wird vorteilhafterweise durch eine elastische Rückstellkraft mindestens eines der korrespondierenden Rast- bzw. Verbindungselemente unterstützt.
Die Erfindung kombiniert die Vorteile einer einfachen Rastverbindung mit denen einer Schraubverbindung bzw. einer Verbindung unter Verwendung anderer Spannelemente. Da alle Rast- bzw. Verbindungselemente integraler Bestandteil der zu fügenden Bauteile sind, werden keine separaten Komponenten benötigt, wodurch sich in der Herstellung Kostenvorteile sowohl durch die Einsparung der zusätzlichen Bauteile selbst als auch durch den Wegfall zusätzlicher Montageschritte während des Verbindungsprozesses ergeben. Der selbstjustierende Toleranzausgleich ermöglicht die Herstellung einer spielfreien Verbindung, wie sie sonst nur mit Schrauben oder anderen Spannelementen möglich wäre, ohne dabei erhöhte Toleranzanforderungen an die Rast- bzw. Verbindungselemente selbst zu stellen. Das bloße Zusammenführen der zu verbindenden Gehäuseteile lässt die Rast- bzw. Verbindungselemente zuverlässig verrasten, ohne dass weitere Operationen oder Kontrollen der Verbindung nötig wären. Die notwendige Fügekraft kann dabei im Verhältnis zur erzielbaren Festigkeit der Verbindung klein gehalten werden. Der Verzicht auf Standardverbindungselemente vereinfacht die sortenreine Materialtrennung am Ende des Lebenszyklus.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn sich die rampenförmige Struktur und die zu hintergreifende Rastfläche an einem starr mit einem zu verbindenden Bauteil verbundenen Verbindungselement befinden und sich die zum Hintergreifen der Rastfläche geeignete Struktur an einem elastisch auslenkbar an einem anderen Bauteil befestigten Verbindungselement befindet.
Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Neigung der Rastfläche so gewählt ist, dass im Fall einer Belastung der Verbindung der Reibwinkel im Kontaktbereich der Verbindungselemente nicht überschritten wird.
Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1a–c eine vereinfachte Darstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verbindungsprinzips;
2 eine beispielhafte Darstellung eines Paares korrespondierender Verbindungselemente in Form einer Rastnase und eines bügelförmigen Schnapphakens;
3 eine beispielhafte Ausgestaltung der Rastfläche einer Rastnase, auf der ein Grat verläuft;
4 eine Einbettung der erfindungsgemäßen Verbindungselemente in ein Verbindungssystem mit Endanschlag und Positionierungshilfe;
5 und ein beispielhaftes zweiteiliges Kunststoffgehäuse mit erfindungsgemäßen Verbindungselementen.
1a zeigt eine vereinfachte Darstellung der grundsätzlichen geometrischen Zusammenhänge zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verbindungsprinzips. Auszugsweise dargestellt sind zwei Wandbereiche von Kunststoffgehäuseteilen 1, 2 eines Heiz- und Klimagerätes für Kraftfahrzeuge, die miteinander verbunden werden sollen. An diesen Gehäuseteilen 1, 2 befinden sich paarweise und aufeinander abgestimmte korrespondierende Verbindungselemente 4, 6 zur Verbindung der beiden Gehäuseteile 1, 2, wobei jeweils eines der Verbindungselemente 4, 6 fest mit jeweils einem der zu verbindenden Gehäuseteile 1, 2 verbunden ist. Die Verbindung der beiden Gehäuseteile 1, 2 wird unter vorgegebener Fügerichtung 3 vorgenommen. Eines der Verbindungselemente 4, hier am oberen Gehäuseteil 1, weist eine zum Hintergreifen einer Rastfläche 7 geeignete Struktur auf, vorliegend in Form eines elastisch auslenkbaren Hakens 5. Das andere der korrespondierenden Verbindungselemente 6, hier am unteren Gehäuseteil 2, weist eine zu hintergreifende Rastfläche 7 auf. Dieses weist außerdem eine rampenförmige Struktur 8 auf, die durch den Winkel α gekennzeichnet ist, und an welcher der elastisch auslenkbare Haken 5 während der Fügebewegung anliegt und die je nach Position der zu verbindenden Gehäuseteile 1, 2 für eine mehr oder weniger starke elastische Deformation des Hakens 5 sorgt, bevor auf diese Deformation eine teilweise Entspannung des deformierten Hakens 5 folgt, wenn die Rastverbindung nach Erreichen der Endlage der zu verbindenden Gehäuseteile 1, 2 bewirkt wird. Durch die Ausrichtung dieser rampenförmigen Struktur 8 in Bezug auf die Fügerichtung 3, charakterisiert durch den Winkel α, wird eine Steigung definiert, die die aufzubringenden Fügekräfte mitbestimmt. Die zu hintergreifende Rastfläche 7 ist vorliegend so ausgerichtet, dass sie gegenüber der Hauptfügerichtung 3 geneigt, jedoch nicht senkrecht zu dieser ausgerichtet ist. Sie bildet mit der Gehäusewand, die hier in Fügerichtung 3 verläuft, den stumpfen Winkel β. Die Rastfläche 7 ist außerdem so geneigt, dass sie leicht gegenüber der Auslenkrichtung 9 des elastischen Hakens 5 in der Weise geneigt ist, dass die für den angestrebten Formschluss in Kontakt tretende Fläche des Hakens 5 während der Verrastung unter zunehmendem Kraftschluss auf die Rastfläche 7 aufläuft. Durch eine derartige Ausrichtung der Rastfläche 7 entfaltet diese während der eigentlichen Verrastung ebenfalls die Wirkung einer Rampe, die für ein Verspannen der zu verbindenden Gehäuseteile 1, 2 sorgt, diese im verrasteten Zustand also gegeneinander drückt. Diese Wirkung wird stets erzielt, wenn die Rastfläche 7 hintergriffen wird. Auf eine vollständige Entspannung des elastisch ausgelenkten Hakens 5 kommt es dagegen nicht an. Damit ergibt sich eine große Toleranz gegenüber Maßabweichungen, ohne dass die Funktion der Schnappverbindung gestört wird.
In den beiden Beispielfällen sind zwei Extremlagen bei voller Aufrechterhaltung der Verbindungswirkung dargestellt. 1b zeigt einen Fall, in dem nahezu eine vollständige Entspannung des elastisch deformierten Hakens 5 eingetreten ist. Zwischen den beiden Gehäuseteilen 1, 2 ist eine elastisch deformierte Dichtung 10 dargestellt, die verhindert, dass sich die Gehäuseteile 1, 2 weiter annähern. In diesem Fall würde der Kraftschluss zwischen der hintergriffenen Rastfläche 7 und der hintergreifenden Struktur 5 gestört.
Zur Verdeutlichung der Toleranz- und Maßhaltigkeitsproblematik ist in 1c ein starrer Fremdkörper 11 eingefügt, der verhindert, dass sich der Abstand zwischen den Gehäuseteilen 1, 2 weiter verringern lässt. Die Funktionsfähigkeit der Schnappverbindung bleibt jedoch auch in diesem Fall erhalten, da der elastisch auslenkbare Haken 5 die Rastfläche 7 zumindest teilweise hintergreift. Es bleibt eine deutliche Restdeformation des Hakens 5 bzw. des Verbindungselementes 4 bestehen, was mit einer permanent anlegenden Rückstellkraft in Rastrichtung verbunden ist und in diesem Fall vorteilhaft stabilisierend wirkt. Die 1b und 1c verdeutlichen somit das Prinzip einer selbstjustierenden maßtoleranten Rastverbindung.
Die Stabilität der erfindungsgemäßen Rastverbindung hängt wesentlich auch davon ab, in welchem Maße es gelingt, parasitäre Deformationen der beteiligten Verbindungselemente 4, 6 zu vermeiden. Unter parasitären Deformationen sind dabei alle unerwünschten Verformungen zu verstehen, die zu einer Beeinträchtigung oder zum Verlust der Funktionsfähigkeit der Verbindungselemente führen. Das folgende Ausführungsbeispiel zeigt eine diesbezüglich besonders robuste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schnappverbindung.
2 zeigt eine beispielhafte Darstellung eines Paares korrespondierender Verbindungselemente in Form einer Rastnase 12 und eines bügelförmigen Schnapphakens, auch Schnappbügel 13 genannt. Der Schnappbügel 13 wird bei der Zusammenführung der Gehäusebauteile 1, 2 entlang einer Anlauframpe 8 der Rastnase 12 geführt und dabei nahezu senkrecht zur Fügerichtung ausgelenkt, um dann nach Erreichen einer maximalen Auslenkung entlang der eigentlichen Rastfläche 7 auf der Rastnase 12 zurückzuschnappen und so eine formschlüssige Verbindung zwischen Bügel 13 und Nase 12 herzustellen. Die besondere Stabilität ergibt sich aus der Tatsache, dass der sich gegen die Rastfläche 7 der Rastnase 12 abstützende Teil des Rastbügels 13 beidseitig des Kontaktbereiches 14 abgestützt wird, wie das aus der Bügelform folgt, und somit unerwünschte Deformationen weitgehend vermieden werden. Die zum Hintergreifen der Rastfläche 7 vorgesehene Struktur 14 ist also Bestandteil eines Schnappbügels 13, durch welchen im verrasteten Zustand eine Rastnase 12 mit der korrespondierenden Rastfläche 7 hindurchragt.
Die angestrebte Spielfreiheit wird analog zum Beispiel 1 über eine spezielle Formgebung der Rastfläche 7 auf der Rastnase 12 erreicht. Diese stellt in Relation zur Auslenkungslinie des Schnappbügels 13 eine schiefe Ebene dar, auf der der Bügel 13 beim Zurückschnappen emporgleitet. Wie weit der Bügel 13 dabei zurückfedern kann, hängt von den jeweiligen Toleranzbedingungen von Schnappbügel 13 und Rastnase 12 ab. Da sich die für die Herstellung der Schnappverbindung erforderliche Kontaktfläche des Schnappbügels 13 während der Auslenkung entlang einer gekrümmten Bahn bewegt, wurde vorteilhafterweise auch die Rastfläche 7 entsprechend bogenförmig ausgeführt. Dadurch wird bewirkt, dass während der Verrastung die Kontaktfläche 14 des Schnappbügels 13 entgegen einer Steigung geführt wird, die weitgehend unabhängig vom Grad der verbleibenden Auslenkung des Schnappbügels 13 in der erreichten Endstellung, also bei vollständig hergestellter Schnappverbindung, ist. Die wirksam werdende schiefe Ebene ist also durch die Tangente an die bogenförmige Rastfläche 7 im jeweiligen Kontaktbereich zwischen Rastfläche 7 und Schnappbügel 13 charakterisiert.
Die Schräge und Lage der schiefen Ebene bzw. die Krümmung der bogenförmigen Rastfläche 7 relativ zum Auslenkungsbogen der Kontaktfläche 14 des Schnappbügels 13 kann dabei vorteilhafterweise derart gewählt werden, dass der Bügel 13 bei Nominalmaß von Schnappbügel 13 und Rastnase 12 bis zur Mitte der Rastfläche 7 zurückschnappen kann. Auf diese Weise ergibt sich eine maximale Toleranz gegenüber zufällig auftretenden Maßabweichungen. Mit anderen Worten heißt das, dass sich bei maximaler Materialbedingung (Bügel 13 an der unteren Toleranzgrenze, Nase 12 an der oberen Toleranzgrenze) die Kontaktfläche des Bügels 13 am Beginn der Rastfläche 7 positioniert, aber noch sicher verrasten kann, und dass bei minimaler Materialbedingung (Bügel 13 an der oberen Toleranzgrenze, Nase 12 an der unteren Toleranzgrenze) der Bügel 13 am oberen oder gehäusenahen Ende der Rastfläche 7 zum Eingriff kommt, jedoch gegenüber seiner Konstruktionslage noch leicht vorgespannt ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Ausrichtung und/oder Krümmung der Rastfläche 7 so erfolgt, dass in Relation zu einer Zugkraft, die während der Trennung der verbundenen Gehäuseteile 1, 2 am Schnappbügel 13 auftreten würde, der Winkel der effektiven schiefen Ebene im Kontaktbereich zwischen Schnappbügel 13 und Rastfläche 7 stets kleiner als der materialspezifische Reibwinkel ist. Auf diese Weise kann das Abrutschen des Bügels 13 auf der Rastnase 12 bei Belastung der Schnappverbindung in oder entgegen der Fügerichtung sicher verhindert werden. Die Festigkeit der Rastverbindung wird in diesem Fall unabhängig von der elastischen Rückstellkraft des Schnappbügels 13. Ein Versagen der Schnappverbindung ist dann nur durch mechanische Überbelastung von Bügel 13 und/oder Rastnase 12 möglich, was durch eine entsprechende Dimensionierung berücksichtigt wird.
Da bei vollständig zusammengefügten Gehäusebauteilen 1, 2 und voll ausgelenktem Schnappbügel 13 immer genügend Spiel zwischen den Anlageflächen von Schnappbügel 13 und Rastfläche 7 vorhanden ist, ist ein selbstständiges, robustes und sicheres Einschnappen des Schnappbügels 13 gewährleistet, ohne dass der Bügel 13 durch eine separate Operation oder Fügevorrichtung in seine beabsichtigte Endlage gedrückt werden muss. Andererseits ist eine Spielfreiheit zwischen den verbundenen Gehäuseteilen 1, 2 dadurch sichergestellt, dass der Schnappbügel 13 nach dem Einschnappen soweit in seine Ursprungslage zurückfedert, bis er mit der Rastfläche 7 auf der Rastnase 12 zur Berührung kommt und fest gegen diese gedrückt wird und somit eine spielfreie Verbindung zwischen den Gehäuseteilen 1, 2 herstellt.
Insbesondere wenn die Federkraft des Schnappbügels 13 senkrecht zur Belastungsrichtung der Rastverbindung wirkt, ist die Verbindungsfestigkeit unabhängig von der Rückstellkraft des Schnappbügels 13 und hängt allein von der mechanischen Festigkeit von Schnappbügel 13 und Rastnase 12 in Belastungsrichtung ab. Aufgrund eines ausreichend flachen Steigungswinkels zwischen der Rastfläche 7, der Rastnase 12 und der bogenförmigen Auslenkungsfigur des Schnappbügels 13, also insbesondere der Berücksichtigung des Reibwinkels, ist eine Selbsthemmung des Verbindungssystems gegeben, die eine unbeabsichtigte Lösung der Verbindung selbst bei hoher Belastung unmöglich macht. Die verbleibende Rückstellkraft des Schnappbügels 13 sorgt zudem für eine hohe Vibrationstoleranz der Verbindung, was insbesondere im Fahrzeugbau einen zusätzlichen Vorteil darstellt.
Die hohe Toleranz gegenüber Maßabweichungen ermöglicht es zusätzlich, das Auftreten technologisch bedingter Gratbildungen gezielt zur weiteren Erhöhung der Verbindungssicherheit zu nutzen. Ein Grat 15 auf der Rastfläche 7, der wie in 3 parallel zur Rastrichtung verläuft, wird bei der Herstellung der Rastverbindung einem starken Druck ausgesetzt und schließlich eine kerbförmige Einfaltung oder echte Einkerbung aufweisen. Durch den dadurch bewirkten Mikroformschluss wird ein späteres Auslenken des Schnappbügels zusätzlich erschwert. Die Wirkung eines derartigen Grates 15 entspricht somit einer effektiven Beeinflussung des Reibwinkels zwischen Rastfläche 7 und Schnappbügel 13. Eine derartige Gratbildung beeinträchtigt somit das erfindungsgemäße Funktionsprinzip nicht, solange sie nicht generell die Rastverbindung verhindert.
4 zeigt eine besonders vorteilhafte Einbettung der erfindungsgemäßen Verbindungselemente 12, 13 in ein Verbindungssystem mit Endanschlag und Positionierungshilfe in unmittelbarer Nähe der Verbindungselemente 12, 13. Die zu verbindenden Gehäuseteile 1, 2 weisen korrespondierende Stützstrukturen 16 mit Anschlagsflächen auf, welche die Endposition der zu verbindenden Gehäuseteile 1, 2 in Fügerichtung bestimmen. Zusätzlich sind korrespondierende Positionierungshilfen in Form einer Öse 17 und eines konischen Zapfens 18 fest mit den Gehäuseteilen 1, 2 verbunden, was für eine korrekte Ausrichtung der Gehäuseteile 1, 2 in der Ebene senkrecht zur Fügerichtung sorgt und die sichere Herstellung der erfindungsgemäßen Rastverbindung gewährleistet.
5 zeigt ein beispielhaftes zweiteiliges Kunststoffgehäuse mit erfindungsgemäßen Verbindungselementen in Form von Schnappbügeln 13 und Rastnasen 12. Die Gehäuseteile sind einschließlich der mit diesen verbundenen Verbindungselementen 12, 13 als Spritzgussteile gefertigt. Die Schnappbügel 13 befinden sich in einer mittleren Auslenkungsposition, wie das bei guter Maßhaltigkeit der verbundenen Gehäuseteile vorgesehen ist. Insbesondere die Auslegung der Werkzeuge erfolgt so, dass die Anordnung und Neigung und/oder Krümmung der Rastfläche 7 so gewählt ist, dass bei Nominalmaßen der zu verbindenden Bauteile einschließlich der Verbindungselemente 12, 13 eine Verrastung bis zur Mitte der Rastfläche 7 erfolgt. Auf der Vorderseite des Gehäuses ist ein bereits erwähntes Paar korrespondierender Positionierungshilfen 17, 18 sichtbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3829525 A1 [0003]
- DE 9420291 U1 [0005]

Claims

Paarweise korrespondierende Verbindungselemente (4, 6, 12, 13) zur Verbindung zweier Bauteile (1, 2) unter vorgegebener Fügerichtung (3) durch eine Rastverbindung, die jeweils fest mit den zu verbindenden Bauteilen (1, 2) verbunden sind, wobei eines der Verbindungselemente (4, 13) eine zum Hintergreifen einer Rastfläche (7) geeignete Struktur (5, 14) aufweist, sich die zu hintergreifende Rastfläche (7) am jeweils anderen der korrespondierenden Verbindungselemente (6, 12) befindet, zumindest eines der beiden Verbindungselemente (6, 12) eine rampenförmige Struktur (8) aufweist, an welcher das jeweils andere Verbindungselement (4, 13) während der Fügebewegung anliegt und die während der Fügebewegung für eine elastische Deformation als die Verrastung vorbereitende Auslenkung von zumindest einen der Verbindungselemente sorgt, wobei in Fügerichtung (3) hinter der rampenförmigen Struktur (8) die zu hintergreifende Rastfläche (7) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastfläche (7) gegenüber der Auslenkrichtung (9) des elastischen Verbindungselementes (4, 13) so geneigt ist, dass sie bei der Verrastung im Kontaktbereich der Verbindungselemente stets eine schiefe Ebene bildet, entgegen deren Steigung die Rastbewegung erfolgt.
Verbindungselemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die rampenförmige Struktur (8) und die zu hintergreifende Rastfläche (7) an einem starr mit einem zu verbindenden Bauteil (2) verbundenen Verbindungselement (6, 12) befinden und sich die zum Hintergreifen der Rastfläche (7) geeignete Struktur (5, 14) an einem elastisch auslenkbar an einem anderen Bauteil (1) befestigten Verbindungselement (4, 13) befindet.
Verbindungselemente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der Rastfläche (7) so gewählt ist, dass im Fall einer Belastung der Verbindung der Reibwinkel im Kontaktbereich der Verbindungselemente (4, 6, 12, 13) nicht überschritten wird.
Verbindungselemente nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastfläche (7) eine konvex gekrümmte Fläche ist.
Verbindungselemente nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rastfläche (7) in Rastrichtung ein Grat (15) verläuft.
Verbindungselemente nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Hintergreifen der Rastfläche (7) vorgesehene Struktur (14) Bestandteil eines Schnappbügels (13) ist, durch welchen im verrasteten Zustand eine Rastnase (12) mit der korrespondierenden Rastfläche (7) hindurchragt.
Verbindungselemente nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden Bauteile (1, 2) Kunststoffgehäuseteile sind.
Verbindungselemente nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden Bauteile (1, 2) Gehäuseteile für Heiz- und Klimageräte sind.
Verbindungselemente nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Verbindungselementen korrespondierende Positionierungshilfen (17, 18) an den zu verbindenden Bauteilen (1, 2) angeordnet sind.
Verbindungselemente nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden Bauteile (1, 2) einschließlich der Verbindungselemente Spritzgussteile sind.
Verbindungselemente nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung und Neigung und/oder Krümmung der Rastfläche (7) so gewählt ist, dass bei Nominalmaßen der zu verbindenden Bauteile (1, 2) einschließlich der Verbindungselemente (4, 6, 12, 13) eine Verrastung bis zur Mitte der Rastfläche (7) erfolgt.