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Die Erfindung betrifft ein Fügeteil mit einem kegelstumpfartigen Fügeabschnitt zur Herstellung einer Kegelpressverbindung mit einem eine korrespondierend konische Ausnehmung mit hinterem Freistich aufweisenden Fügepartner.
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Die Erfindung betrifft weiter einen Kegelpressverband, umfassend
- - ein Fügeteil mit einem kegelstumpfartigen Fügeabschnitt und
- - einen eine korrespondierend konische Ausnehmung mit hinterem Freistrich aufweisenden Fügepartner,
die mittels einer Kegelpressverbindung, bei welcher der Fügeabschnitt reibschlüssig in die Ausnehmung eingreift, miteinander verbunden sind.
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Kegelpressverbindungen sind eine dem Fachmann bekannte Fügevariante zur Verbindung zweier Elemente, die hier als Fügeteil und Fügepartner angesprochen werden. Das Fügeteil weist einen kegelstumpfartigen, d. h. im Wesentlichen kegelstumpfförmigen, Fügeabschnitt auf, an dessen hinterem, breiterem Ende die funktionalen Komponenten des Fügeteils festgelegt sind und an dessen vorderes, schmaleres Ende sich typischerweise ein Gewindeabschnitt anschließt. Der Fügepartner weist eine korrespondierend konische Ausnehmung, typischerweise einen Durchbruch, auf, in welchen der Fügeabschnitt des Fügeteils eingesetzt wird. Auf den den Durchbruch überragenden Gewindeabschnitt wird sodann eine Kontermutter aufgeschraubt und gegen die rückwärtige Seite des Fügepartners verspannt. Dadurch wird der Fügeabschnitt in den Durchbruch hineingezogen, sodass sich eine reibschlüssige Pressverbindung zwischen der Außenwand des Fügeabschnitts und der Innenwand des Durchbruchs ergibt. Insbesondere in Gelenkschnittstellen, wie z. B. bei Schwenklagern für die Anbindung des Führungs- oder des Spurstangengelenks in Kraftfahrzeugen, findet diese Fügetechnik vielfältige Anwendung.
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Nachteilig ist der erhöhte Material-, Teile-, Gewichts- und Bauraumbedarf, der aus der Kombination aus Kontermutter und Gewindeabschnitt resultiert. Auch verfahrenstechnisch ist der bekannte Ansatz nachteilig, da die Schraubverbindung - zumindest in der Automobilindustrie - einen dokumentationspflichtigen Prozess darstellt. Zudem ist die Korrektheit der Verbindung nicht rein visuell überprüfbar.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Kegelpressverband bzw. ein verbessertes Fügeteil für einen derartigen Kegelpressverband zur Verfügung zu stellen, sodass ohne Sicherheitseinbußen eine vereinfachte und ggf. rein visuell überprüfbare Verbindung von Fügeteil und Fügepartner ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die eine kegelförmige Umhüllende definierende Mantelfläche des Fügeabschnitts eine Mehrzahl von Axialnuten trägt, in die je ein biegeelastischer Hakensteg mit einem geraden Schaft und an dessen vorderem Ende einem nach radial außen gerichteten Haken derart axial fixiert eingelegt ist, dass der Haken
- - bei Abwesenheit äußerer Kräfte radial über die Umhüllende hinausragt und
- - durch Anwendung einer den Schaft elastisch verbiegenden, nach radial innen gerichteten Kraft nach radial innerhalb der Umhüllenden verschwenkbar ist.
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Die Aufgabe wird weiter in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 6 dadurch gelöst, dass das Fügeteil als ein derartiges, erfindungsgemäßes Fügeteil ausgebildet ist, wobei die Haken den hinteren Freistich des Fügepartners hintergreifen.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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In ihrem Kern beruht die Erfindung auf dem Gedanken, die Schraubverbindung des Standes der Technik durch eine Clips-Sicherung zu ersetzen, wobei beide jedoch nicht funktional gleichwertig sind. Während die Schraubverbindung, wie oben erläutert, sowohl ein Hineinziehen des Fügeteils in die Ausnehmung als auch eine Sicherung der Pressverbindung bewirkt, kann die erfindungsgemäße Clips-Verbindung nur letzteres garantieren. Der notwendige Presssitz der beiden korrespondieren konischen Flächen muss auf andere Weise, insbesondere durch Einschlagen oder Einpressen des Fügeteils in die Ausnehmung des Fügepartners, erfolgen.
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Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kegelpressverbandes werden zunächst das Fügeteil und der Fügepartner bereitgestellt. In diesem kräftefreien Zustand ragen die Hakenstege zumindest mit ihren Haken über die kegelförmige Umhüllende des Fügeabschnitts hinaus. Unter der kegelförmigen Umhüllenden sei, wie dem Fachmann unmittelbar klar sein dürfte, die kleinstmögliche Kegelmantelfläche verstanden, in die die Mantelfläche des kegelstumpfartigen Fügeabschnitts des Fügeteils einbringbar ist. Die Axialnuten, in die die Hakenstege eingelegt sind, sind jedoch so tief, dass eine nach radial innen gerichtete Kraft auf die die Umhüllende überragenden Bestandteile zu einer elastischen Verschwenkung der Hakenstege führt, sodass diese in ihrer Gesamtheit, d. h. einschließlich ihrer Haken, innerhalb der Umhüllenden zu liegen kommen. Eine solche nach innen gerichtete Radialkraft wirkt auf die Haltestege ein, wenn der Fügeabschnitt in die korrespondierend konische Ausnehmung des Fügepartners eingeführt wird. Insbesondere liegen die radial überragenden Bestandteile an der Innenwandung der Ausnehmung an und werden von dieser beim axialen Vorschub des Fügeteils relativ zum Fügepartner nach radial innen gedrückt. Diese Wechselwirkung tritt im Wesentlichen an den radial äußeren Spitzen der Haken auf.
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In demjenigen Moment allerdings, in dem der Relativvorschub des Fügeteils zum Fügepartner so weit fortgeschritten ist, dass die Rückseiten der Haken über die rückwärtige Fläche des Fügepartners, insbesondere über dessen Freistich hinaus verschoben werden, schnappen sie, getrieben von der Elastizität der Haltestege nach radial außen und hintergreifen den Freistich der Fügepartners. Da die Haltestege axial am Fügeabschnitt des Fügeteils fixiert sind, stellt die beschriebene Clips-Verbindung eine zuverlässige Axialsicherung des Fügeteils am Fügepartner dar. Diese Art der Axialsicherung kommt ohne Verlängerung des Fügeabschnitts um einen Gewindeabschnitt und ohne Kontermutter aus, was sowohl die Teilezahl als auch den Material-, Gewichts- und Bauraumbedarf reduziert. Zudem trifft die für Schraubverbindungen bestehende Dokumentationspflicht auf die erfindungsgemäße Clips-Verbindung nicht zu und schließlich ist das ordnungsgemäße Einrasten der Haken am Freistich des Fügepartners im Gegensatz zu einer Schraubverbdingung leicht rein visuell überprüfbar.
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Bei einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hakenstege im Bereich ihrer Haken axial über den Fügeabschnitt hinausragen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Rückseiten der Haken bündig mit der vorderen Stirnseite des Fügeabschnitts abschließen. Bei einer solchen Ausgestaltung schließt im fertigen Kegelpressverband die Stirnseite des Fügeabschnitt bündig mit der Rückseite des Fügepartners, zumindest mit dessen Freistichfläche, ab. Lediglich die Haken selbst stehen über diese Fläche über. Dieser Überstand kann bei Bedarf durch einen ringförmigen Wulst geschützt werden. In jedem Fall ergibt sich hinter dem Fügepartner ein Freiraum, der bei Kegelpressverbänden nach Stand der Technik nicht existierte und dabei erfindungsgemäßen Kegelpressverbänden anderweitig genutzt werden kann. Dies ist insbesondere in der notorisch bauraumknappen Automobiltechnik von erheblichem Wert.
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Hinsichtlich der Gestaltung der Hakenstege und ihrer axialen Fixierung stehen dem Fachmann unterschiedliche Optionen zur Verfügung. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform erwiesen, bei der die Hakenstege an ihren rückwärtigen Enden mittels eines offenen Federrings verbunden sind. Dieser Federring kann mit radialer Federvorspannung in einer Ringnut des Fügeabschnitts liegen. Die Ankopplung der Hakenstege an einem gemeinsamen Ring führt zu einer weiteren Bauteilreduzierung. Sämtliche Hakenstege bilden nämlich gemeinsam mit ihrem Federring ein einziges kronen- oder käfigähnliches Bauteil. Dieses kann vom vorderen, schmaleren Ende her über den Fügeabschnitt geschoben werden. Aufgrund der Ausgestaltung des Rings als offener Federring dehnt sich dieser dabei elastisch. Ist am unteren Ende des Fügeabschnitts eine Ringnut vorgesehen, kann der Federring bei deren Erreichung elastisch in sie einschnappen, wenn zugleich eine Winkelstellung gewählt wurde, in der die einzelnen Hakenstege in dem ihnen jeweils zugeordneten Axialnuten liegen. Mit dem Einschnappen des Federrings in seine Ringnut ist auch die Axialfixierung der Haltestege gewährleistet. Diese wirkt in beide Axialrichtungen, sodass nicht nur die oben erläuterte Axialsicherungswirkung erzielt wird, sondern auch beim Einschieben des Fügeabschnitts in die Ausnehmung des Fügepartner nicht die Gefahr eines axialen Verrutschens des Käfig besteht.
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Um die oben erläuterte, visuelle Inspizierbarkeit in Montageendlage der Hakenstege, insbesondere ihrer Haken, zu gewährleisten, ist die Ausnehmung des Fügepartners bevorzugt als ein Durchbruch durch ein plattenartiges Element des Fügepartners ausgebildet. Denkbar ist jedoch auch die sacklochartige Ausgestaltung der Ausnehmung, wobei in jedem Fall jedoch ein Hinterschnitt vorgesehen sein muss, der von den nach außen schnappenden Haken hintergriffen werden kann.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es zeigen:
- 1 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Kegelklemmverbandes;
- 2: eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts des erfindungsgemäßen Kegelklemmverbandes während des Montageprozesses;
- 3: eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Kegelklemmverbandes in Montageendstellung.
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin.
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Die 1 bis 3 zeigen einen erfindungsgemäßen Kegelpressverband 10 in unterschiedlichen Darstellungen. Der Kegelpressverband 10 besteht aus einem Fügeteil 100 und einem Fügepartner 200. Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Fügeteil 100 als ein Kompositbauteil aus einem ersten, einen Funktionsabschnitt 110 und einen Fügeabschnitt 120 umfassenden Element sowie einem als Käfig 130 bezeichneten, zweiten Element ausgebildet. Der Fügepartner 200 ist bei der gezeigten Ausführungsform in stark vereinfachter Darstellung als ein einfaches, im Wesentlichen plattenförmiges Element mit einem Durchbruch 220 ausgebildet.
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Rein beispielhaft ist das Fügeteil 100 als eine Gelenkschnittstelle, beispielsweise für ein Schwenklagers eines Kraftfahrzeugs, ausgebildet. Sein Funktionsabschnitt 110 ist daher als Gelenkkugel ausgestaltet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt sondern auf Fügeteile mit im Wesentlichen beliebigem Funktionsabschnitt 110 anwendbar.
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Erfindungswesentlich ist der kegelstumpfartig ausgebildete Fügeabschnitt 120. Dieser erstreckt sich von einer sein vorderes, schmaleres Ende bildenden Stirnseite 121 bis zu seinem hinteren, breiteren Ende, an welches sich der Funktionsabschnitt 110 anschließt. Die konische Mantelfläche 122 des Fügeabschnitts 120 weist über ihre gesamte Länge erstreckte Axialnuten 123 auf, die über den Umfang des Fügeabschnitt 120 gleich verteilt sind.
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In diese Axialnuten 123 sind Hakenstege 131 einsetzbar. Bei der gezeigten Ausführungsform sind eine der Anzahl von Axialnuten 123 entsprechende Anzahl von Hakenstegen 131 mit gleicher Winkelverteilung an einem Federring 134 fixiert. Der Federring 134 ist offen gestaltet, d.h. er weist einen Spalt 135 auf, sodass er federelastisch aufweitbar ist. Aus diesem Grund kann der gesamte Käfig 130 von der Stirnseite 121 her über den Fügeabschnitt 120 gestülpt werden, wobei sich der Federring 123 entsprechend der Konizität der Mantelfläche 122 weitet. Bei hinreichend weitem Vorschub schnappt der Federring 134 in eine am hinteren Ende des Fügeabschnitt 120 angeordnete Ringnut 124 ein, um den Käfig 130 axial am Fügeabschnitt 120 zu fixieren. Zugleich kommen die Hakenstege 131 in die Axialnuten 123 zu liegen.
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Die Hakenstege 131 bestehen jeweils aus einem Schaft 133, der mit seinem einen Ende am Federring 134 fixiert ist und an seinem anderen Ende einen nach radial außen gerichteten Haken trägt. Die Hakenstege 131 sind bevorzugt aus demselben Material wie der Federring 134 gefertigt, insbesondere einstückig mit diesem ausgebildet. In jedem Fall sind die Haken 132 mit ihren Schäften 133 biegeelastisch verschwenkbar. Dabei sind sie relativ zu den Axialnuten 123 derart dimensioniert, dass bei Einwirkung einer nach radial innen gerichteten Kraft die Hakenstege 131 so weit nach radial innen verschwenkt werden können, dass die Haken 132 innerhalb einer konischen Umhüllenden des Fügeabschnitts 120 zu liegen kommen. Im kräftefreien Zustand ragen die Hakenstege 131 hingegen zumindest mit ihren Haken 132 nach radial außen über besagte Umhüllende hinaus.
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Die Wandung 222 des Durchbruchs 220 des Fügepartners 200 ist der Konizität des Fügeabschnitts 120 korrespondierend konisch geformt.
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Zur Montage des erfindungsgemäßen Kegelpressverbandes 10 wird zunächst der Käfig 130 in der oben beschriebenen Weise auf dem Fügeabschnitt 120 fixiert. Sodann wird, wie insbesondere in 2 gezeigt, das gesamte Fügeteil 100 in den Durchbruch 220 des Fügepartners eingeschoben. Der Pfeil in 2 deutet dabei die Fügerichtung an. Dabei gleiten die nach radial außen gerichteten Nasen der Haken 132 an der konischen Wandung 222 des Fügepartners 200 entlang, wodurch auf sie die oben beschriebene, nach radial innen gerichtete Kraft wirkt. Entsprechend werden sie elastisch in die Axialnuten 123 verschwenkt.
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Nach hinreichendem Vorschub erreichen die Nasen der Haken 132 die Kante zur rückwärtigen Fläche des Fügepartners 200 und schnappen, von der Federkraft ihrer Schäfte 133 getrieben, nach außen ein. Mit anderen Worten hintergreifen die Haken 132 in der in 3 gezeigten Montageendstellung den hinteren Freistich um die bei der gezeigten Ausführungsform als Durchbruch ausgestalteten Ausnehmung 220 des Fügepartners 200. Da, wie oben beschrieben, die Hakenstege 131 an ihrem hinteren Ende an dem Federring 134 fixiert sind, welcher seinerseits in der Ringnut 124 axial fixiert ist, ist in dem in 3 gezeigten Zustand eine Axialsicherung des Fügeteils 100 im Fügepartner 200 gewährleistet.
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Man beachte, dass die eigentliche Fügekraft zwischen dem Fügeteil 100 und dem Fügepartner 200 aus der reibschlüssigen Verbindung der Mantelfläche 122 und der Wandung 222 des Durchbruchs 220 resultiert. Die durch den Käfig 130 hervorgerufene, oben beschriebene, zusätzliche Formschlussverbindung stellt lediglich eine Sicherung dar, die im Normalbetrieb quasi kräftefrei sein sollte.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere ist der Fachmann in der konkreten, funktionalen Gestaltung des Fügeteils 100 und des Fügepartners 200 weitgehende frei.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kegelpressverband
- 100
- Fügeteil
- 110
- Funktionsabschnitt
- 120
- Fügeabschnitt
- 121
- Stirnseite
- 122
- Mantelfläche
- 123
- Axialnuten
- 124
- Ringnut
- 130
- Käfig
- 131
- Hakenstege
- 132
- Haken
- 133
- Schaft
- 134
- Federring
- 135
- Spalt
- 200
- Fügepartner
- 220
- Durchbruch/Ausnehmung
- 222
- Wandung
