-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die Erfindung liegt in den Bereichen des Maschinenbaus und der Konstruktion, insbesondere der mechanischen Konstruktion, zum Beispiel der Kraftfahrzeugtechnik, des Luftfahrzeugbaus, der Schienenfahrzeugindustrie, des Schiffbaus, der Maschinenkonstruktion, der Spielzeugkonstruktion, des Baugewerbes usw. Insbesondere bezieht sie sich auf ein Verfahren zum - mechanischen - Befestigen von Gegenständen miteinander in einer festgelegten Position.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
In der Automobilindustrie, der Luftfahrtindustrie sowie anderen Industrien gab es die Tendenz, sich von reinen Stahlkonstruktionen weg zu bewegen und stattdessen leichte Materialien, wie Aluminium- oder Magnesium-Metallbleche oder Polymere, wie etwa kohlenstofffaserverstärkte Polymere, glasfaserverstärkte Polymere oder Polymere ohne Verstärkung, zum Beispiel Polyester, Polycarbonate usw., zu verwenden.
-
Die neuen Materialien stellen neue Herausforderungen an das Verbinden von Bauteilen aus diesen Materialien - insbesondere an das Verbinden eines relativ flachen Gegenstandes mit einem anderen Gegenstand. Ein Beispiel hierfür ist das Verbinden von Teilen aus einem Material auf Polymerbasis mit Metallteilen, wie etwa Metallbleche.
-
Eine besondere Herausforderung beim Verbinden von Bauteilen miteinander ist die Kompensation von Toleranzen. In derartigen Verbindungen kann eine präzise Festlegung der Bauteile zueinander und oft auch der Position des Befestigungsmittels erforderlich sein.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verbinden eines zweiten Gegenstandes mit einem ersten Gegenstand anzugeben, die eine präzise Festlegung einer relativen Position des ersten und des zweiten Gegenstandes ermöglichen.
-
Erfindungsgemäß wird ein Adapter zum Verankern eines zweiten Gegenstandes bezüglich eines ersten Gegenstandes angegeben. Der Adapter weist ein Verankerungsteil und ein Einstellteil auf. Das Verankerungsteil weist eine distal ausgerichtete Verankerungsfläche und eine proximal ausgerichtete erste Steuerfläche auf, und das Einstellteil weist eine distal ausgerichtete zweite Steuerfläche auf, die angeordnet ist, um an der ersten Steuerfläche anzuliegen. Das Verankerungsteil und das Einstellteil legen eine gemeinsame Achse fest und die erste Steuerfläche oder die zweite Steuerfläche oder beide ist/sind wendelförmig bezüglich der Achse, wobei eine relative z-Position des Einstellteils bezüglich des Verankerungsteils durch Rotation des Einstellteils bezüglich des Verankerungsteils um die Achse einstellbar ist, während die zweite Steuerfläche an der ersten Steuerfläche anliegt. Der Adapter weist ferner eine Eingreifstruktur für die Befestigung des Einstellteils bezüglich des Verankerungsteils hinsichtlich axialer Richtungen auf, während die erste und zweite Steuerfläche aneinander anliegen.
-
Wenn die erste Steuerfläche und die zweite Steuerfläche beide wendelförmig sind, kann der Gangwinkel der Steuerflächen der Gleiche sein.
-
Das Verankerungsteil kann ein festes thermoplastisches Material aufweisen, das zumindest auf der Verankerungsfläche durch mechanische Vibration verflüssigbar ist. Dadurch kann es bezüglich des ersten Gegenstands verankert werden, wenn der erste Gegenstand einen hauptsächlich flachen Abschnitt, zum Beispiel einen Metallblechabschnitt mit einer Kante, aufweist. Solch eine Kante kann sich insbesondere um eine Öffnung in dem ersten Gegenstand herum erstrecken, bezüglich welcher das Verankerungsteil verankert ist. In Ausführungsbeispielen kann ein Bereich des flachen Abschnitts des ersten Gegenstands von einer Gegenstandsebene weg in proximaler Richtung gebogen sein.
-
Insbesondere kann das Verankerungsteil dazu eingerichtet sein, um bezüglich des ersten Gegenstands derart verankert zu werden, dass es bezüglich des ersten Gegenstands unbeweglich ist, und dass ein Nachjustieren der Position des ersten Gegenstands nach dem Verankern im Allgemeinen nicht möglich ist. Das Verankern kann ein im Wesentlichen unumkehrbarer Prozess sein (im Gegensatz zu zum Beispiel Schraubverbindungen oder Klippverbindungen oder Bajonettverschlüssen oder ähnlichem), sodass zum Beispiel, wenn die Verankerung erst einmal vorgenommen wurde, ein Entfernen des Verankerungsteils vom ersten Gegenstand mit einem Entfernen oder einem Zerbrechen des Materials einhergehen würde, das das Verankerungsteil mit dem ersten Gegenstand verbindet.
-
Das Verankern des Verankerungsteils kann gemäß einer ersten Gruppe von Ausführungsbeispielen eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Verankerungsteil und dem ersten Gegenstand mittels thermoplastischen Materials, das fließfähig gemacht wurde und das wiedererstarrt ist, um die formschlüssige Verbindung zu ergeben, umfassen.
-
Das Befestigen des Verankerungsteils an dem ersten Gegenstand kann dann mit einem Verfahren vorgenommen werden, das das Einbetten der Kante des ersten Gegenstands in das thermoplastische Material des Verankerungsteils umfasst. Das Verankern des Verankerungsteils bezüglich des ersten Gegenstands kann dann die folgenden Schritte umfassen:
- - In Kontakt bringen der Kante mit der ersten Verankerungsfläche;
- - Einkoppeln mechanischer Vibrationsenergie in den Aufbau (der das Verankerungsteil und den ersten Gegenstand umfasst; insbesondere Einkoppeln der Energie in das Verankerungsteil), während die Kante in Kontakt mit dem thermoplastischen Material ist, bis ein Fließanteil des thermoplastischen Materials aufgrund von erzeugter Reibungswärme zwischen der Kante und dem thermoplastischen Material fließfähig wird und um die Kante fließt, um die Kante zumindest teilweise in dem thermoplastischem Material einzubetten, und
- - Stoppen der mechanischen Vibration und Veranlassen, dass das thermoplastische Material wiedererstarrt, wobei das wiedererstarrte thermoplastische Material, das zumindest teilweise die Kante einbettet, das Verankerungsteil im ersten Gegenstand verankert.
-
Insbesondere kann das Verfahren des Verankerns des Verankerungsteils bezüglich des ersten Gegenstands im Wesentlichen wie in PCT/
EP2016/073422 beschrieben durchgeführt werden. Eine detaillierte Beschreibung dieses Verankerungsverfahrens sowie Erwägungen betreffend der Form des ersten Gegenstands in Abhängigkeit von der gewünschten Anwendung und von Parametern können der PCT/
EP2016/073422 entnommen werden.
-
Zusätzlich oder als Alternative zu einer formschlüssigen Verbindung kann das Verankerungsteil dazu eingerichtet sein, an dem ersten Gegenstand durch eine stoffschlüssige Verbindung, wie zum Beispiel eine Haftverbindung, gesichert zu werden. Zu diesem Zweck kann das Verankerungsteil mit der Verankerungsfläche bereitgestellt werden, die Strukturen aufweist, die Haftmittel beherbergen können, zum Beispiel eine oder mehrere Taschen.
-
Die Eingreifstruktur kann gemäß einer ersten Gruppe von Ausführungsbeispielen ein erstes Eingreifbauteil des Verankerungsteils und ein zweites Eingreifbauteil des Einstellteils umfassen, wobei das erste und das zweite Eingreifbauteil ineinander greifen, wenn das Einstellteilteil bezüglich des Verankerungsteils angeordnet ist. Dabei können das erste Eingreifbauteil oder das zweite Eingreifbauteil wendelförmig hinsichtlich der Achse verlaufen, mit einem gleichen Gangwinkel wie die eine Steuerfläche, die wendelförmig ist (oder wie beide Steuerflächen, wenn beide Steuerflächen wendelförmig sind). Zum Beispiel können das erste oder zweite Eingreifbauteil einen zum Beispiel radialen Eingreifvorsprung aufweisen und das andere Eingreifbauteil kann eine wendelförmig verlaufende Strukturhinterschneidung hinsichtlich axialer Richtungen umfassen, wobei der radiale Vorsprung hinter die Hinterschneidung eingreift.
-
In einem Beispiel kann die Eingreifstruktur eine Vielzahl von Zinken an einem der beiden, dem Einstellteil oder dem Verankerungsteil, aufweisen, wobei die Zinken das jeweils andere Einstellteil oder Verankerungsteil umklammern. Solche Zinken können einen Eingreifvorsprung der oben aufgeführten Art aufweisen, der in eine Vertiefung (die durch die Hinterschneidung festgelegt ist) des jeweils anderen der Teile eingreift. Diese Vertiefung kann bezüglich der Achse wendelförmig sein und denselben Gangwinkel wie die Steuerfläche(n) aufweisen. Als Alternative zu einer Vertiefung kann das jeweilige Teil einen wendelförmigen Grat aufweisen, hinter dem der Eingreifvorsprung eingreifen kann, wobei ein derartiger Grat die Hinterschneidung definiert.
-
Insbesondere das Einstellteil kann solche Zinken aufweisen, und das Verankerungsteil kann die Vertiefung aufweisen.
-
In Ausführungsbeispielen kann die Eingreifstruktur (zum Beispiel das Einstellteil) ein Zinkenpaar umfassen. Alternativ können mehr als zwei, aber zum Beispiel drei, vier oder mehr Zinken vorhanden sein.
-
Zinken zum Umklammern des jeweils anderen Teils können ein nach innen verjüngtes Ende aufweisen. Dadurch können das Einstellteil und das Verankerungsteil mit einer einfachen, ungefähr axialen Relativbewegung zusammengeklippt werden.
-
Als Alternative zu Zinken kann die Eingreifstruktur eine Verbindung durch ein Befestigungsmittel aufweisen, wie zum Beispiel eine Schraubverbindung.
-
Gemäß einer ersten Möglichkeit kann das Befestigungsmittel dazu eingerichtet sein, in das Einstellteil einzugreifen, wohingegen das Verankerungsteil ein axial verlaufendes Durchgangsloch aufweist. Das Befestigungsmittel, das einen Befestigungskopf aufweisen kann, kann dann von der distalen Seite (von der „Unterseite“) durch das Durchgangsloch eingeführt werden und in das Einstellteil eingreifen.
-
In Ausführungsbeispielen, die diese erste Möglichkeit umsetzen, kann das Einstellteil ein Innengewinde umfassen, und das Befestigungsmittel ist eine Schraube, die von der distalen Seite durch das Durchgangsloch eingeführt werden kann und in das Innengewinde eingreift.
-
Auch kann, in Ausführungsbeispielen, die diese erste Möglichkeit umsetzen, der erste Gegenstand so beschaffen sein, dass die distale Seite des Verankerungsteils erreichbar bleibt, zum Beispiel durch eine Öffnung in dem ersten Gegenstand (entlang derer sich die Kantenöffnung in Ausführungsbeispielen erstreckt, in denen das Verankern das Einbetten der Kante umfasst).
-
Der Adapter kann, in Ausführungsbeispielen, die die erste Möglichkeit umsetzen, einen Dichtungsabschnitt umfassen, der eine Dichtungslippe aufweist, die mit dem Verankerungsteil verbunden ist und dazu eingerichtet ist, um gegen einen vollen Kreisumfang entlang einer ununterbrochenen Linie gedrückt zu werden, wodurch die Verbindung abgedichtet wird.
-
Ein solcher Dichtungsabschnitt kann insbesondere durch ein zunächst separates Dichtungsbauteil ausgestaltet sein, das in einer Dichtungsbauteil-Aufnahmevertiefung des Verankerungsteils platziert und befestigt ist. Alternativ kann der Dichtungsabschnitt einstückig mit einem Hauptkörper der Verankerung ausgebildet sein und zum Beispiel durch Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahren hergestellt sein.
-
In Ausführungsbeispielen, in denen die Bohrung im Einstellteil, die das Innengewinde für die Schraube aufweist, in Proximalrichtung verschlossen ist, kann das Dichtungsbauteil auch an einem der beiden, dem Verankerungsteil oder dem Einstellteil angeordnet sein, um gegen eine Fläche des jeweilig anderen Verankerungsteils oder des Einstellteils entlang einer die Schraube umgebenden ununterbrochenen Linie gedrückt zu werden.
-
Gemäß einer zweiten Möglichkeit kann das Befestigungsmittel dazu eingerichtet sein, in das Verankerungsteil einzugreifen, wohingegen das Einstellteil ein axial verlaufendes Durchgangsloch aufweist. Das Befestigungsmittel kann von der proximalen („oberen“) Seite eingeführt werden.
-
Auch in Ausführungsbeispielen, die die zweite Möglichkeit umsetzen, kann das Befestigungsmittel eine Schraube sein. Das Verankerungsteil wird dann ein Innengewinde aufweisen.
-
Ferner können auch Ausführungsbeispiele dieser zweiten Möglichkeit einen Dichtungsabschnitt der besprochenen Art aufweisen. Zusätzlich oder als Alternative kann das Verankerungsteil einen Verlängerungsabschnitt aufweisen, der distal von einer durch die Verankerungsfläche festgelegten Ebene vorspringt, wobei sich das Innengewinde in ein Inneres des Verlängerungsabschnitts erstreckt. Solche Verlängerungsabschnitte können ein geschlossenes distales Ende aufweisen, wobei sich das Innengewinde in ein durch das distale Ende distal verschlossenes Blindloch erstreckt. Auch dieses Vorgehen liefert einen Dichtungseffekt, da bei einer abgedichteten Verbindung des Verankerungsteils mit dem ersten Gegenstand, zwischen den proximalen und distalen Seiten des ersten Gegenstands, bezüglich welchem das Verankerungsteil verankert ist, kein Pfad existiert, selbst wenn der erste Gegenstand eine Öffnung an der Stelle hat, wo das Verankerungsteil angebracht ist. Zum Beispiel kann der Verlängerungsabschnitt in solch eine Öffnung vorspringen und sich durch diese hindurch erstrecken.
-
Das Verankerungsteil und/oder das Einstellteil können im Wesentlichen aus einem thermoplastischen Material sein. Thermoplastische Teile können, abhängig von ihrer Form, durch Gießverfahren hergestellt werden, wie etwa Spritzgießverfahren. Wenn das Verankerungsteil zumindest nahe der Verankerungsfläche aus thermoplastischem Material besteht, ist es dafür geeignet, mit dem vorangehend aufgeführten Verfahren verankert zu werden.
-
Wenn das Einstellteil/das Verankerungsteil aus einem thermoplastischen Material oder anderem verformbaren Material besteht, kann die Struktur, in die das Befestigungsmittel eingreift - zum Beispiel das Innengewinde - gemäß der ersten beziehungsweise zweiten Möglichkeit durch dieses verformbare Material ausgebildet sein. Als Alternative kann das Einstellteil/Verankerungsteil ein Einsatzbauteil aus einem anderen Material aufweisen, zum Beispiel aus Metall oder einem mechanisch festeren Kunststoff, wobei das Einsatzbauteil das Innengewinde aufweist.
-
Die Struktur, in die das Befestigungsmittel in den Ausführungsbeispielen gemäß der ersten oder zweiten Möglichkeit eingreift, kann anstatt eines Innengewindes auch eine glatte Innenfläche, falls das Befestigungsmittel ein selbstschneidendes Gewinde aufweist, eine Bajonettverschlussstruktur oder eine andere Struktur aufweisen, in die das Befestigungsmittel eingreifen kann, um gegen Herausziehen in axialen Richtungen gesichert zu sein.
-
Das Einstellteil kann eine Struktur für das Sichern des zweiten Gegenstandes an dem ersten Gegenstand aufweisen, wenn das Verankerungsteil bezüglich des ersten Gegenstands verankert ist und das Einstellteil zum Beispiel mit den aufgeführten Mitteln an dem Verankerungsteil gesichert ist. Eine solche Struktur kann insbesondere einen Nutenstein umfassen.
-
In Ausführungsbeispielen ist das Verankerungsteil als Ganzes zur proximalen Seite hin verjüngt, sodass das Einstellteil bezüglich dazu in einer Bewegung entlang einer Bewegungsachse, die nicht vollständig parallel zu der gemeinsamen Achse ist, angebracht werden kann. Das kann zum Beispiel dann wünschenswert sein, wenn das Einstellteil am zweiten Gegenstand gesichert ist, bevor es in Kontakt mit dem Verankerungsteil gebracht wurde und der zweite Gegenstand bezüglich des ersten Gegenstands in einer Schwenkbewegung angebracht werden muss.
-
Zu diesem Zweck kann das Verankerungsteil einen Verankerungsteilkörper und zumindest einen vom Verankerungsteilkörper radial vorspringenden Außenabschnitt aufweisen, wobei der Außenabschnitt die erste Steuerfläche bildet. Die Gesamtverjüngung wird dann durch diesen Bereich des radialen Außenflächenabschnitts des Verankerungsteilkörpers hervorgerufen, der sich proximal von der ersten Steuerfläche erstreckt, die bezüglich der Achse geneigt ist.
-
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren des Befestigens eines zweiten Gegenstands an einem ersten Gegenstand, der einen Plattenabschnitt mit einer Kante aufweist, mittels eines Adapters der aufgeführten Art. Hierin, kann das Einstellteil an dem zweiten Gegenstand gesichert sein, bevor es mit dem Verankerungsteil zusammengebracht wird oder danach.
-
In diesem Text wird die Äußerung „ein thermoplastisches Material, das z.B. durch mechanische Vibration verflüssigbar ist“ oder kurz „verflüssigbares thermoplastisches Material“ oder „verflüssigbares Material“ oder „thermoplastisch“ dazu verwendet, ein Material, das mindestens eine thermoplastische Komponente aufweist, zu beschreiben, wobei das Material flüssig (fließbar) wird, wenn es erhitzt wird, im Besonderen wenn es durch Reibung erhitzt wird, d.h. wenn es auf der Fläche eines Paares von Flächen (Kontaktflächen) angeordnet ist, die miteinander in Kontakt stehen und relativ zueinander vibratorisch bewegt werden. In manchen Situationen, zum Beispiel wenn der erste Gegenstand selbst wesentliche Lasten zu tragen hat, kann es vorteilhaft sein, wenn das Material einen Elastizitätskoeffizienten von mehr als 0,5 GPa aufweist. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Elastizitätskoeffizient unter diesem Wert liegen, da die vibrationsleitenden Eigenschaften des thermoplastischen Materials des ersten Gegenstands keine Rolle in dem Prozess spielen. In speziellen Ausführungsbeispielen kann das thermoplastische Material deswegen sogar einen thermoplastischen Elastomer aufweisen.
-
Thermoplastische Materialien sind wohlbekannt in der Kraftfahrzeug- und Luftfahrtindustrie. Für den Einsatzzweck des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung können thermoplastische Materialien, die insbesondere bei Anwendungen dieser Industrien bekannt sind, verwendet werden.
-
Ein thermoplastisches Material, das für Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, ist bei Raumtemperatur fest (oder bei einer Temperatur, bei der das Verfahren ausgeführt wird). Vorzugsweise umfasst es eine Polymerphase (insbesondere eine auf C, P, S oder Si Ketten basierende), die über einem kritischen Temperaturbereich von fest zu flüssig oder fließbar übergeht, zum Beispiel durch Schmelzen, und wieder in ein festes Material übergeht, wenn sie erneut unter den kritischen Temperaturbereich gekühlt wird, zum Beispiel durch Kristallisation, wobei die Viskosität der festen Phase einige Größenordnungen höher als die flüssige Phase ist (zumindest drei Größenordnungen). Das thermoplastische Material wird im Allgemeinen eine Polymerkomponente aufweisen, die nicht kovalent quervernetzt ist oder in einer Weise quervernetzt ist, dass sich die Querverbindungen beim Erhitzen auf oder über einen Schmelztemperaturbereich reversibel öffnen. Das Polymer kann ferner einen Füllstoff aufweisen, z.B. Fasern oder Partikel eines Materials, das keine thermoplastischen Eigenschaften aufweist oder thermoplastische Eigenschaften mit einem Schmelztemperaturbereich, der wesentlich höher als der Schmelztemperaturbereich des Basispolymers ist, aufweist.
-
Spezielle Ausführungsbeispiele thermoplastischer Materialien sind: Polyetherketone (PEEK), Polyester, wie etwa Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polyethylenterephthalat (PET), Polyetherimid, ein Polyamid, zum Beispiel Polyamid 12, Polyamid 11, Polyamid 6 oder Polyamid 66, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyoxymethylen oder Polycarbonaturethan, ein Polycarbonat oder ein Polyestercarbonat, oder auch ein Acrylonitril-Butadien-Styrol (ABS), ein Acrylester-Styrol-Acrylonitril (ASA), Styrol-Acrylonitril, Polyvinylchlorid, Polyethylen, Polypropylen, und Polystyrol oder Copolymere oder Mischungen von diesen.
-
Zusätzlich zum thermoplastischen Polymer kann das thermoplastische Material auch einen geeigneten Füllstoff aufweisen, zum Beispiel verstärkende Fasern, wie etwa Glas- und/oder Kohlenstofffasern. Die Fasern können kurze Fasern sein. Lange Fasern oder durchgehende Fasern können insbesondere für Abschnitte des ersten und/oder des zweiten Gegenstands verwendet werden, die während des Prozesses nicht verflüssigt werden.
-
Das Fasermaterial (falls vorhanden) kann ein beliebiges Material sein, das zur Faserverstärkung bekannt ist, insbesondere Kohlenstoff, Glas, Kevlar, Keramik, z.B. Mullit, Siliziumkarbid oder Siliziumnitrit, hochfestes Polyethylen (Dyneema), usw..
-
Andere Füllstoffe, die nicht die Formen von Fasern haben, sind auch möglich, zum Beispiel Pulverpartikel.
-
Die mechanische Vibration oder Oszillation, die für Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche das Anwenden mechanischer Vibration umfassen, geeignet ist, hat vorzugsweise eine Frequenz zwischen 2 und 200 kHz (noch bevorzugter zwischen 10 und 100 kHz oder zwischen 20 und 40 kHz) und eine Vibrationsenergie von 0,2 bis 20 W pro Quadratmillimeter aktiver Fläche.
-
In vielen Ausführungsbeispielen, die das Befestigen des Verankerungsteils unter Verwendung mechanischer Vibration an einem eine Kante aufweisenden Plattenabschnitt umfassen, ist das Vibrationswerkzeug (z.B. eine Sonotrode) z.B. derart ausgestaltet, dass eine Kontaktfläche überwiegend in Richtung der Werkzeugachse oszilliert (die proximodistale Achse, die der Achse entspricht, entlang welcher der erste Gegenstand und zweite Gegenstand relativ zueinander durch den Effekt der Energiezufuhr und der Druckkraft, wenn die Kante in das Material des ersten Gegenstands eindringt, bewegt werden; longitudinale Vibration) und mit einer Amplitude zwischen 1 und 100 µm, vorzugsweise um 30 bis 60 µm. Eine solche bevorzugte Vibration wird z.B. durch Ultraschallgeräte erzeugt, die z.B. vom Ultraschallschweißen bekannt sind.
-
Abhängig von der Anwendung kann die Vibrationsenergie (genauer gesagt: die elektrische Energie, durch die ein Ultraschallwandler energetisch versorgt wird) mindestens 100 W betragen, mindestens 200 W, mindestens 300 W, mindestens 500 W, mindestens 1000 W oder mindestens 2000 W.
-
In diesem Text werden die Begriffe „proximal“ und „distal“ dazu verwendet, um auf Richtungen und Orte zu verweisen, und zwar ist „proximal“ die Seite, von der ein Operator oder eine Maschine die mechanische Vibration anwendet, wohingegen distal die gegenüberliegende Seite ist.
-
Figurenliste
-
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Wege, die Erfindung auszuführen, und Ausführungsbeispiele beschrieben. In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder analoge Bauteile. Die Zeichnungen zeigen:
- 1 Schematisch in vertikale Schnitt eine Anordnung eines Verankerungsteils, eines ersten Gegenstandes und einer Sonotrode;
- 2 schematisch, das Verankerungsteil von 1, das bezüglich des ersten Gegenstands verankert und mit dem Einstellteil zusammen gebaut ist;
- 3 und 4 Ansichten eines Ausführungsbeispiels eines Einstellteils;
- 5 und 6 Ansichten eines Ausführungsbeispiels eines Verankerungsteils zum Bilden eines Adapters zusammen mit dem Einstellteil der 3 und 4;
- 7 einen Zusammenbau eines Verankerungsteils und eines Einstellteils;
- 8 schematisch, ein Zusammenbau eines alternativen Adapters, der bezüglich eines ersten Gegenstandes verankert ist;
- 9 und 10 Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Einstellteils;
- 11 und 12 Ansichten eines Ausführungsbeispiel eines Verankerungsteils zum Bilden eines Adapters zusammen mit dem Einstellteil der 9 und 10;
- 13 schematisch, ein weiterer Zusammenbau eines alternativen Adapters, der bezüglich eines ersten Gegenstandes verankert ist;
- 14 und 15 Ansichten eines noch weiteren Ausführungsbeispiels eines Einstellteils;
- 16 und 17 Ansichten eines Ausführungsbeispiels eines Verankerungsteils zum Bilden eines Adapters zusammen mit dem Einstellteil der 14 und 15;
- 18 ein Ausführungsbeispiel eines Adapters, wobei das Verankerungsteil dazu eingerichtet ist, durch eine Haftverbindung befestigt zu werden.
-
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
1 zeigt im Schnitt ein Verankerungsteil 10 mit einer Metallplatte, die ein Beispiel eines ersten Gegenstands 1 ist. Die Metallplatte weist eine Öffnung 20 auf, die zum Beispiel durch ein Stanzwerkzeug erstellt wurde, und um die Öffnung herum ist die Metallplatte verformt, um von der Metallplattenebene nach proximal (hoch in 1) gebogen zu sein. Um die Durchlochung herum bildet die Metallplatte eine Kante aus, die im Verankerungsschritt die Funktion eines Energieleiters hat.
-
Das Verankerungsteil 10 weist thermoplastisches Material auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein sich aus thermoplastischem Material zusammensetzendes Verankerungsteil gezeigt. Es legt eine distal ausgerichtete Verankerungsfläche 11 fest, die für das Verankern in Kontakt mit dem verformten Bereich des ersten Gegenstandes 1 gebracht wird.
-
Für das Verankern des Verankerungsteils 10 bezüglich des ersten Gegenstands 1, drückt die vibrierende Sonotrode 6 das Verankerungsteil 10 in einer Umgebung der Öffnung gegen den ersten Gegenstand 1. Mechanische Vibrationsenergie, die dadurch in das Verankerungsteil 10 eingekoppelt wird, breitet sich über das Verankerungsteil 10 aus und wird an den Stellen absorbiert, an denen das Verankerungsteil in Kontakt mit der Kante ist, die dadurch als ein Energieleiter dient. Als Konsequenz davon wird das thermoplastische Material um die Kante herum erhitzt und wird fließ fähig, was dem verformten Bereich des Plattenmaterials ermöglicht, in den Körper des Verankerungsteils gedrückt zu werden.
-
Nach der Rückverfestigung führt dies zum Verankern des Verankerungsteils bezüglich des ersten Gegenstands und dadurch zu einer mechanischen formschlüssigen Verbindung zwischen dem Verankerungsteil und dem zweiten Gegenstand.
-
2 zeigt den Aufbau schematisch mit dem ersten Gegenstand 1, dem Verankerungsteil 10 und dem Einstellteil 20 nach der Verankerungsprozedur. Teile eines Fließabschnitts 8 des thermoplastischen Materials sind unter den ersten Gegenstand geflossen und bewirken dadurch das erwähnte Verankern.
-
2 zeigt das Einstellteil 20, das am Verankerungsteil 10 durch einen Eingreifvorsprung 27, der in die übereinstimmende Vertiefung 16 des Verankerungsteils eingreift, gesichert ist. Das Einstellteil 20 kann in verschiedene Winkelpositionen bezüglich des Verankerungsteils hinsichtlich der gemeinsamen Achse 5 des Verankerungsteils und des Einstellteils gebracht werden, wodurch eine z-Position (Δz) einstellbar ist.
-
3 und 4 zeigen Ansichten eines Ausführungsbeispiels eines Einstellteils 20.
-
Das Einstellteil 20 weist einen im Allgemeinen scheibenförmigen Hauptkörper auf. Richtung distal ragen zwei Steuerflächenvorsprünge 23 aus dem Hauptkörper heraus, wobei jeder Steuerflächenvorsprung 23 distal in einer wendelförmigen zweiten Steuerfläche 24 endet.
-
Ebenfalls Richtung distal ragen zwei Zinken 26 aus dem Hauptkörper heraus. Jede Zinke 26 weist einen nach innen ragenden Eingreifvorsprung 27 auf. Das distale Ende bildet eine Innenverjüngung 28 aus.
-
Richtung proximal ragt ein Nutenstein 29 aus dem Hauptkörper heraus. Der Nutenstein ist derart ausgebildet, dass er in die übereinstimmende Nute des zweiten Gegenstands eingreift, um den zweiten Gegenstand am Einstellteil zu sichern und dadurch, wenn das Einstellteil am verankerten Verankerungsteil 10 gesichert ist, am ersten Gegenstand.
-
Ein übereinstimmendes Verankerungsteil
10, das dazu eingerichtet ist, mit dem Einstellteil der
3 und
4 zusammenzuwirken, ist in den
5 und
6 gezeigt. Das Verankerungsteil weist die erwähnte Verankerungsfläche
11 auf, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Radialnuten
13 aufweist, deren Funktion der PCT/
EP 2016/073422 entnommen werden kann. Ein Verankerungsteilkörper
12 weist eine leicht konische Form auf, die einen bezüglich der gemeinsamen Achse
5 geneigten radialen Außenflächenabschnitt
19 festlegt. Die erste Steuerfläche
14 wird durch einen proximal ausgerichteten Flächenabschnitt eines nach außen gerichteten Abschnitts
15 festgelegt, der, ausgehend vom Verankerungsteilkörper
12, radial vorspringt.
-
Die Vertiefung 16 hat zwei Abschnitte, beide distal eines jeweiligen Abschnitts der ersten Steuerfläche. Die Vertiefungsabschnitte verlaufen parallel zur ersten Steuerfläche 14 wendelförmig um den Hauptkörper, d.h. der Gangwinkel der Vertiefung ist gleich dem Gangwinkel der ersten Steuerfläche 14. Dadurch können die Eingreifvorsprünge 27 der Zinken 26, wenn die zweite Steuerfläche 24 an der ersten Steuerfläche 14 anliegt, unabhängig von der relativen Ausrichtung in die Vertiefung 16 einschnappen.
-
7 zeigt eine Variante des Einstellteils 20, welche mit einer Variante des Verankerungsteils 10 verbaut ist.
-
8 zeigt einen alternativen Aufbau nach dem Verankerungsprozess. Das Einstellteil 20 ist an dem Verankerungsteil 10 (das bezüglich des ersten Gegenstands 1 verankert ist) durch eine Schraube 31 gesichert, die die zweite Steuerfläche (nicht sichtbar in 8) gegen die erste Steuerfläche drückt, wobei die relative z-Position von der relativen Ausrichtung des Einstellteils und des Verankerungsteils abhängt.
-
Die Schraube wird distal durch ein Durchgangsloch 17 (siehe 11 und 12) des Verankerungsteils 10 eingeführt und greift in ein Innengewinde des Einstellteils, wodurch der Schraubenkopf 32, wenn die Schraube 31 angezogen ist, gegen einen distal ausgerichteten Flächenabschnitt des Verankerungsteils gedrückt wird.
-
Das Verankerungsteil 10 weist ein Dichtungsbauteil 41 aus einem elastisch verformbaren Material auf, zum Beispiel aus einem Elastomer. Das Dichtungsbauteil 41 ist am Hauptkörper des Verankerungsteils in einer Dichtungsbauteilentgegennahmevertiefüng 18 (siehe 11, die hiernach beschrieben ist) befestigt. Das Dichtungsbauteil bildet eine nach innen ragende Dichtungslippe 42 aus, die gegen die Schraube gedrückt wird, um die distale Seite des ersten Gegenstands 1 von der proximalen Seite abzudichten.
-
Als Alternative zu einem zunächst separaten elastisch verformbaren Dichtungsbauteil 41, kann eine elastomere Dichtungslippe 42 durch Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahren gemeinsam mit dem Hauptkörper und dem Verankerungsteil ausgebildet sein.
-
Als noch weitere Alternative kann eine Dichtungslippe 42 durch Ein-Komponenten-Spritzgießverfahren, d.h. aus einem gleichen Material wie der Hauptkörper bestehend, ausgebildet sein. Diese Alternative ist insbesondere für Situationen geeignet, in welchen ein Flüssigkeitsdruck, gegen welchen die Dichtungslippe abdichten soll, klein ist, zum Beispiel wenn die Dichtung lediglich einem Spritztest standhalten muss, zum Beispiel Standhalten des Drucks einer 50 mm Wassersäule für 24 Stunden.
-
Noch eine weitere Alternative besteht darin, bei der Herstellung des Verankerungsteils eine dünne Membran, welche die Durchgangsöffnung 17 verschließt, beizubehalten, wobei die Membran, wenn die Schraube angebracht ist, durchbrochen werden kann, und die dann durch die plastisch-elastische Verformung, der sie ausgesetzt ist, wenn die Schraube durchbricht, abdichtet.
-
9 und 10 zeigen Ansichten eines Ausführungsbeispiels eines Einstellteils, das für einen Aufbau geeignet ist, der das Prinzip der 8 umsetzt. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4, weist es eine Durchgangsöffnung mit einem Innengewinde 30 auf. Zu diesem Zweck kann es ein Einstellteileinsatzbauteil 35 aus einem anderen Material als andere Bereiche des Einstellteils aufweisen. Insbesondere kann das Einsatzbauteil zum Beispiel aus einem Metall sein.
-
11 und 12 zeigen ein entsprechendes Verankerungsteil. Die Hauptunterschiede zu dem Ausführungsbeispiel der 5 und 6 sind die erwähnte Durchgangsöffnung 17 und die Dichtungsbauteilaufnahmevertiefung 18. Auch hat das Verankerungsteil nicht zwangsläufig eine Vertiefung an der Außenseite.
-
13 zeigt einen noch weiteren Aufbau nach dem Verankerungsprozess. Wie in dem Ausführungsbeispiel der 8, ist das Einstellteil 20 am Verankerungsteil 10 (das bezüglich des ersten Gegenstands 1 verankert ist) durch eine Schraube 31 gesichert, die die zweite Steuerfläche (nicht sichtbar in 13) gegen die erste Steuerfläche drückt, wobei die relative z-Position von der relativen Ausrichtung des Einstellteils und des Verankerungsteils abhängt.
-
Die Schraube wird proximal durch eine Durchgangsöffnung 36 (siehe 14) des Einstellteils 20 eingeführt und greift in ein Innengewinde 30 des Verankerungsteils. Die Bohrung im Verankerungsteil, die das Innengewinde aufweist, ist nach distal verschlossen (geschlossenes Ende 48 des Verlängerungsabschnitts 47), wobei die Verbindung zwischen dem Verankerungsteil und dem ersten Gegenstand 1 abgedichtet ist, wobei eine Abdichtung zwischen der distalen und der proximalen Seite des ersten Gegenstands ausgebildet ist.
-
14 und 15 zeigen Ansichten eines entsprechenden Einstellteils 20. Ein Hauptunterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 ist die Durchgangsöffnung 36.
-
16 und 17 zeigen eine Ansicht eines geeigneten Verankerungsteils 10. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel der 5 und 6 hat das Verankerungsteil einen Verlängerungsabschnitt 47, der im zusammengebauten Zustand Richtung distal in die Öffnung des ersten Gegenstandes hineinragt. Die Bohrung - die eine Blindbohrung in den hier gezeigten Ausführungsbeispielen ist - die das Innengewinde 30 aufweist, erstreckt sich in diesen Verlängerungsabschnitt 47; wegen des Verlängerungsabschnitts hat sie eine ausreichende Tiefe.
-
In dem Ausführungsbeispiel der 16 und 17 ist der Verlängerungsabschnitt 47 mit dem Innengewinde 30 und dem geschlossenen Ende 48 durch ein Verankerungsteileinsatzbauteil 45 eines Materials ausgebildet, das anders als das eines Hauptkörper des Verankerungsbauteils ist, zum Beispiel metallisch.
-
In dem Ausführungsbeispiel von 18 ist die Verankerungsfläche 11 für das Verankerungsteil 10 dazu eingerichtet, an einem ersten Gegenstand durch eine Haftverbindung befestigt zu werden. Das Verankerungsteil bildet an der Verankerungsfläche zu diesem Zweck einen Leimtopf 51 für das Aufnehmen und das Unterbringen eines Abschnitts eines Haftmittels (nicht gezeigt) aus. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Leimtopf eine Vielzahl radialer Rippen auf, um die Drehmomentbeständigkeit der Haftverbindung zu gewährleisten.
-
Die Haftverbindung kann mit einer formschlüssigen Verbindung der vorangehend behandelten Art kombiniert werden, zum Beispiel dadurch, dass ein Verankerungssteil, das die in 18 gezeigte Struktur aufweist, aus thermoplastischem Material besteht.
-
In dem Ausführungsbeispiel von 18 weist das Verankerungsteil einen optionalen Verlängerungsabschnitt 47 auf, durch welchen zusätzliche Teile geleitet werden können, wobei die zusätzlichen Teile nicht essentiell für die vorliegende Erfindung sind und hier nicht detailliert beschrieben werden.
-
Das Verankern des Verankerungsteils durch ein Haftmittel anstatt oder zusätzlich zu einer formschlüssigen Verbindung, kann, wie vorangehend beschrieben, zum Beispiel für Überarbeitungszwecke eine Wahlmöglichkeit sein, d.h. wenn sich die Verankerung des Adapters nach einiger Zeit löst und wenn die Person, die die Überarbeitung durchführt, nicht die Ausrüstung für den beschriebenen Befestigungsprozess hat, wobei die Ausrüstung ein Ultraschallgerät umfassen sollte. Dies kann auch als Alternative zu besagtem Befestigungsprozess dienen. Als noch weitere Alternative können Kleben und besagter Befestigungsprozess in Kombination verwendet werden, wobei der Befestigungsprozess eine schnelle Verankerung sichert, sodass während das Haftmittel aushärtet der Aufbau, der die Verankerung umfasst, bereits transportierbar ist und/oder weiteren Produktionsschritten unterliegen kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 2016/073422 [0012, 0058]
