DE19703676C2 - Verfahren und Vorrichtung zum toleranzgenauen Verbinden zweier Bauteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum toleranzgenauen Ver­ binden zweier Bauteile gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum toleranz­ genauen Verbinden zweier Bauteile gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3.

In der Praxis stellt sich häufig das Problem, zwei Bauteile starr miteinander zu verbinden. Dabei kann es sich beispiels­ weise um die Verbindung zweier Gehäuseteile miteinander, die Befestigung eines Gehäuseteils auf einer Trägerplatte usw. handeln. Im Allgemeinen kommt es darauf an, die beiden zu verbindenden Bauteile relativ zueinander präzise und ohne großen Kostenaufwand festzulegen.

Aus der DE 42 15 041 C2 ist ein Steuergerät bekannt, dessen Gehäuseteile mit einem Tragrahmen dadurch verbunden sind, daß der Tragrahmen mit Stiften versehen ist, die durch Öffnungen hindurch vorstehen, die in Umfangsflanschen der Gehäuseteile ausgebildet sind. Die starre Verbindung der Gehäuseteile mit dem Tragrahmen geschieht dadurch, daß die freien Enden der durch die Öffnungen der Gehäuseteile hindurch vorstehenden Stifte mittels Ultraschall oder durch Wärmebehandlung pilzförmig abgeflacht werden, so daß eine formschlüssige Verbindung gewährleistet ist. Die Behandlung mittels Ultraschall oder die Wärmebehandlung erfordert eine aufwendige Einrichtung, was das Gehäuse verteuert.

Aus der DE 39 33 123 A1 ist ein Gehäuse für eine elektronische Schaltung bekannt, bei dem ein Rahmen mit geschlitzten, pilz­ förmigen Rundstiften versehen ist, die unter Verminderung ihres Durchmessers in Öffnungen einschiebbar sind, die in einem Ringflansch eines Gehäuseteils ausgebildet sind. Nachdem die Pilzköpfe die Öffnungen durchdringen, weiten sich die Stifte auf, so daß die Pilzköpfe den Ringflansch hintergreifen und eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Rahmen und dem Gehäuseteil hergestellt ist. Eine Eigenart dieser Verbin­ dungstechnik liegt darin, daß die mit den pilzförmigen, ein­ schnappenden Köpfen versehenen, geschlitzten Stifte mit hoher Präzision hergestellt werden müssen, damit das Gehäuseteil spielfrei am Rahmen gehalten ist. Desweiteren ist nur eine Zusammenbaulage möglich, nämlich genau die, bei der die pilz­ förmigen Köpfe den Rand der zugehörigen Öffnungen hinter­ greifen. Außerdem ist zum Verbinden von Rahmen und Gehäuseteil ein Überdrücken erforderlich, da die Pilzköpfe die Öffnungen vollständig durchdringen müssen.

Die DE 30 47 133 A1 offenbart eine Vorrichtung zur lagesi­ chernden Verbindung zweier Bauteile, die Toleranzschwankungen von in einem Abstand voneinander angeordneten Halterändern erlaubt. Jedes der Bauteile weist ein Verbindungselement auf. Die beiden Verbindungselemente gelangen in einem Überlap­ pungsbereich mittels Rast- und Gegenrastmitteln in gegensei­ tigen Eingriff.

Aus der DE 39 33 644 A1 ist ein Gerätegehäuse mit einer Vor­ richtung zur schraublosen Verbindung von Gehäuseteilen be­ kannt. Hierzu sind zwei U-förmige Gehäuseschalen mit Rastele­ menten versehen. In einer Seitenwand des Gehäuses ist ein Rasthaken ausgebildet, der in einer korrespondierenden Rast­ kammer der jeweils anderen Gehäuseschale verrastet ist.

Aus der FR 21 36 745 ist eine Verbindungsanordnung zur ein­ stellbaren Verriegelung von Flächen mit aneinanderliegenden Seitenrändern bekannt. Zur Verriegelung ist ein Befestigung­ selement mit Widerhaken an einer Wand verhakt, die mit ram­ penförmigen Zähnen versehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden zweier Bauteile zu schaffen, mit dem bzw. der es kostengünstig und in einfacher Weise möglich ist, zwei Bauteile toleranzgenau starr bzw. fest mit einander zu verbinden.

Der das Verfahren betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Durch den Einsatz einer Microverzahnung zur Vermittlung des formschlüssigen Ein­ griffs zwischen Ausnehmung und Ansatz bleiben die Bauteile genau in der Lage miteinander verbunden, in der ein weiteres Einschieben des Ansatzes in die Ausnehmung beendet wird. Die Genauigkeit ist durch den Zahnabstand der Microverzahnung gegeben. Es ist somit eine toleranzgenaue Verbindung möglich, d. h. etwaige Fertigungstoleranzen werden angeglichen, wobei zwischen den Bauteilen weitere Bauteile, wie Dichtungen, Lei­ terplatten usw. gehalten werden können. Desweiteren sind keinerlei komplizierte zusätzliche Werkzeuge oder Arbeits­ vorgänge zum Verbinden der beiden Bauteile nötig.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 2 wird erreicht, daß vorbe­ stimmte Andruckkräfte erreicht werden, die beispielsweise für die gegenseitige Abdichtung der Bauteile, ggf. unter Zwischen­ anordnung einer Dichtung, erforderlich sind.

Der Anspruch 3 kennzeichnet den grundsätzlichen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der wenigstens eine An­ satz und die wenigstens eine Ausnehmung vorteilhafterweise integral mit den zu verbindenden Bauteilen ausgebildet sind.

Die Ansprüche 4 bis 9 sind auf vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gerichtet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnun­ gen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht zweier miteinander zu verbindender Bauteile,

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der Anordnung gemäß Fig. 1, geschnitten in Richtung der Linie II-II in Fig. 1, mit vergrößerten Detailansichten der Microverzahnungen,

Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht einer abgeänderten Ausführungsform zweier miteinander zu verbindender Bauteile und

Fig. 4 eine Schnittansicht einer gegenüber Fig. 1 abgeänderten Ausführungsform.

Gemäß Fig. 1 ist ein ausschnittsweise dargestelltes Bauteil 2, beispielsweise ein Deckel eines Gehäuses, einteilig mit einem laschenförmigen Ansatz 4 versehen, dessen Querschnitt insgesamt rechteckig ist und der nach unten zu konisch abge­ schrägt ist. Die gemäß Fig. 1 rechte Seitenfläche 5 des Ansatzes 4 ist mit einer Microverzahnung 6 versehen, deren Zähne in Breitenrichtung des Ansatzes 4 bzw. senkrecht zu dessen Längserstreckung verlaufen.

Ein weiteres Bauteil 8, beispielsweise eine Grundplatte oder ein Gehäuseboden, weist eine dem Ansatz 4 entsprechende Aus­ nehmung 10 auf, deren in Fig. 1 perspektivisch verdeckte Seitenfläche 11 mit einer der Microverzahnung 6 entsprechenden Microverzahnung 12 (nicht sichtbar) versehen ist.

Fig. 2 zeigt in ihrem oberen Teil den Ansatz 4 in seinem in die Ausnehmung 10 eingeschobenen Zustand. Wie ersichtlich, ist die Ausnehmung 10 gegenüber dem Ansatz 4 mit etwas Übermaß ausgebildet, so daß beim Einschieben des Ansatzes 4 in die Ausnehmung 10 die Microverzahnungen 6 und 12 unter Ausnutzung des Spaltes 14 zwischen den von den Microverzahnungen abge­ wandten Seitenflächen des Ansatzes 4 und der Ausnehmung 10 sich gegenseitig überfahren bzw. übereinander gleiten können. Dabei wird beim gegenseitigen Überfahren der Verzahnungen der Ansatz 4 jeweils elastisch nach links verbogen und federt dann zurück, so daß die Verzahnungen 6 und 12 ineinander greifen. Es versteht sich, daß die Relativlage zwischen den Bauteilen 2 und 8 in waagerechter Richtung dadurch gewährleistet ist, daß mehrere Ansätze und Ausnehmungen vorgesehen sind, die jeweils so angeordnet sind, daß eine Querverschiebung der Bauteile 2 und 8 nicht möglich ist. Die mit der Microverzahnung verse­ henen Seitenflächen 5 und 11 sind vorteilhafterweise parallel zur Einschubrichtung.

Die kreisförmigen Ausschnitte im unteren Teil der Fig. 2 stellen vergrößerte Ansichten der Microverzahnungen 6 und 12 dar.

Der linke Ausschnitt stellt die Microverzahnungen in einer Ausbildung dar, in der die nach oben zeigende Zahnfläche der Microverzahnung 6 sowie die nach unten zeigende Zahnfläche der Microverzahnung 12 jeweils waagerecht verlaufen und die jeweils anderen Zahnflächen schräg verlaufen, so daß beim Einschieben die beiden Verzahnungen voneinander entfernt werden, und sich überlaufen können. Beim Versuch, den Ansatz 4 aus der Ausneh­ mung herauszuziehen, entsteht jedoch keine aufweitende Kraft, so daß die Verzahnungen starr ineinander gehalten sind.

Innerhalb des gemäß Fig. 2 rechten Kreises sind Microver­ zahnungen 6 und 12 miteiander im Eingriff, deren sämtliche Zahnflächen jeweils schräg zur Einschubrichtung bzw. zur waagerechten verlaufen. Bei dieser Art von Microverzahnung er­ folgt beim Einschieben des Ansatzes 4 in die Ausnehmung 10 ebenso eine Aufweitung wie beim Herausziehen, wobei die Kraft zum Einschieben und die Kraft zum Herausziehen je nach Winkel der Zahnflächen unterschiedlich sein können.

Typische Abmessungen der vorteilhafterweise einander gleich ausgebildeten Microverzahnungen 6 und 12 sind ein Zahnabstand von beispielsweise 0,1 bis 0,3 mm und eine Zahntiefe in ähnlicher Größe. Als Materialien eignen sich Metalle, wie beispielsweise Al, oder Kunststoffe, wie beispielsweise Polyamid 6.6, ggf. mit Glasfaser verstärkt.

Zum festen bzw. starren Verbinden der Bauteile 2 und 8 wird das Bauteil 2 mit seinen Ansätzen 4 in die Ausnehmungen 10 eingeschoben, wobei dies vorteilhafterweise mit einer vor­ bestimmten Kraft F erfolgt, die dazu führt, daß die Micro­ verzahnungen 6 und 12 sich sägezahnartig überfahren, bis die Einschubkraft F endet. In dieser Einschublage bleiben die Bauteile 2 und 8 dann unmittelbar starr miteinander verbunden, wobei die Genauigkeit durch den Abstand der Zähne der Micro­ verzahnung gegeben ist. Es versteht sich, daß die Bauteile 2 und 8 in unmittelbare gegenseitige Anlage gebracht werden können; zwischen den Bauteilen 2 und 8 kann aber auch ein weiteres Bauteil, beispielsweise eine Scheibe, Dichtung usw. aufgenommen werden, die beim Ineinanderschieben der Bauteile 2 und 8 in feste Anlage an jeweilige Anlageflächen der Bauteile 2 und 8 kommt. Durch Einhaltung einer vorbestimmten Einschub­ kraft ist gewährleistet, daß diese Einschubkraft dann im we­ sentlichen die Kraft ist, mit der die miteinander verbundenen Bauteile in gegenseitiger Anlage sind.

Es versteht sich, daß zahlreiche Abänderungen möglich sind. Beispielsweise können sich die Querschnitte des Ansatzes 4 und der Ausnehmung 10 genau entsprechen und an deren beiden Sei­ tenflächen Microverzahnungen ausgebildet sein, wobei dann der Ansatz 4 vorteilhafterweise zwischen seinen Microverzahnungen aus elastisch nachgiebigen Material besteht, so daß seine Microverzahnungen sich beim Übergleiten der anderen Microver­ zahnungen aufeinander zu bewegen können.

Fig. 3 zeigt eine gegenüber Fig. 1 abgeänderte Ausführungs­ form, bei der der Ansatz am Bauteil 2 als ein mit einem Längs­ schlitz 15 versehener Rundstift 16 ausgebildet ist, der nach vorne konisch ausläuft. Der Rundstift 16 ist über seine ge­ samte Umfangsfläche mit einer Microverzahnung 6 ausgebildet. Am Bauteil 8 ist ein in seinem Querschnitt dem Querschnitt des Rundstiftes 16 entsprechendes Loch 18 ausgebildet, dessen In­ nenfläche mit einer Microverzahnung 12 versehen ist. Beim Ein­ schieben des Rundstiftes 16 in das Loch 18 werden die beiden Schenkel des Rundstiftes 16 unter Verkleinerung des Durch­ messers des Stiftes 14 zusammengedrückt, so daß die Microver­ zahnung 6 sich über die Microverzahnung 12 bewegen kann, bis die Einschubkraft aufhört. Nach Überfahren einer Verzahnung weitet sich die der Rundstift 16 in Folge der Elastizität seiner Schenkel jeweils auf, so daß ein Formschluß zwischen den Microverzahnungen 6 und 12 entsteht, infolgedessen die beiden Bauteile 2 und 8 in der Lage, in der die Einschubkraft F aufhört, fest miteinander verbunden sind.

Fig. 4 zeigt eine gegenüber Fig. 1 abgeänderte Ausführungs­ form. Die Microverzahnung 6 der Seitenfläche 5 des Ansatzes 4 ist hier nicht bis an die Wurzel des Ansatzes 4 hin ausge­ bildet sondern es bleibt ein Bereich 20 verzahnungsfrei. Die Seitenfläche 11 der Ausnehmung 10 ist mit einzelnen noppenar­ tigen Microvorsprüngen 22 ausgebildet, die sich nicht über die geamte Breite der Seitenfläche 11 erstrecken, deren Abstand in Einschubrichtung oder vorteilhafterweise einem ganzzahligen Vielfachen des Zahnabstandes der Microverzahnung 6 entspricht. Weiter ist eine Dichtung 24 zum Abdichten zwischen den Bautei­ len 2 und 8 vorgesehen.

Der microverzahnungsfreie Bereich 20 des Ansatzes 4 hat den Vorteil, daß beim Einschieben des Ansatzes 4 in die Ausnehmung 10 keine Überbeanspruchung der Microverzahnung infolge einer sehr hohen notwendigen elastischen Verformung des Ansatzes 4 auftritt. Die Microvorsprünge 22 wirken ähnlich wie, eine Microverzahnung, wobei für den formschlüssigen Eingriff jedoch nicht alle Zähne der Microverzahnung 6 benutzt werden. Beim Einschieben des Ansatzes 4 in die Ausnehmung 10 mit einer vor­ bestimmten Kraft kommt das Bauteil 2 in Anlage an die Dichtung 24, die unter der vorbestimmten Kraft elastisch verformt wird. Nach Beenden der Kraft bewegt sich für eine Verrastung der Ansatz 4 höchstens um einen halben Zahnabstand zurück, wobei die Microverzahnung 6 mit den Vorsprüngen 22 verrastet. Die vorbestimmte Kraft wird somit je nach Elastizität der Dichtung 24 weitgehend aufrecht erhalten, so daß eine sichere Abdichtung gewährleistet ist. Fertigungstoleranzen der Dichtung 24 oder der Bauteile 2 und 8 werden dadurch selbsttätig ausge­ glichen, daß jeder der normalerweise vorhandenen mehreren Ansätze 4 mit der vorbestimmten Kraft in die Ausnehmung 10 eingeschoben wird, so daß eine sichere Verrastung und eine definierte Haltekraft erzielt wird.

Claims (8)

1. Verfahren zum toleranzgenauen Verbinden zweier Bauteile (2, 8) von denen das eine mit wenigstens einem Ansatz (4; 16) und das andere mit wenigstens einer, im Querschnitt auf den Ansatz abgestimmten Ausnehmung (10; 18) versehen ist, wobei der Ansatz in die Ausnehmung eingeschoben wird, dadurch ge­ kennzeichnet,
daß wenigstens eine Seitenfläche (5) des Ansatzes (4; 16) mit einer etwa senkrecht zur Einschubrichtung verlaufenden Microverzahnung (6) versehen ist und die entsprechende Ausnehmung (10; 18) eine Microverzahnung (12) oder Micro­ vorsprünge (22) aufweist oder
daß wenigstens eine Seitenfläche (11) der Ausnehmung (10; 18) mit einer etwa senkrecht zur Einschubrichtung verlau­ fenden Microverzahnung (12) versehen ist und der entspre­ chende Ansatz (4; 16) eine Microverzahnung (6, 16) oder Microvorsprünge aufweist und
daß der Ansatz unter mit einen jeweiligen Rückfedern der entsprechenden Seitenflächen einhergehendem Überfahren der Microverzahnung beziehungsweise der Microvorsprünge in die Ausnehmung eingeschoben wird, wobei die Genauigkeit der nach Beendigung der Einschubbewegung beibehaltenen Rela­ tivpositionen der beiden miteinander verbundenen Bauteile durch den Zahnabstand der Microverzahnung gegeben ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (4; 16) mit einer vorbestimmten Kraft in die Ausnehmung (10; 18) eingeschoben wird.

3. Vorrichtung zum toleranzgenauen Verbinden zweier Bauteile (2, 8) von denen das eine mit wenigstens einem Ansatz (4; 16) und das andere mit wenigstens einer, im Querschnitt auf den Ansatz abgestimmten Ausnehmung (10; 18) versehen ist, wobei der Ansatz in die Ausnehmung einschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eine Seitenfläche (5) des Ansatzes (4; 16) mit einer etwa senkrecht zur Einschubrichtung verlaufenden Microverzahnung (6) versehen ist und die entsprechende Ausnehmung (10; 18) eine Microverzahnung (12) oder Micro­ vorsprünge (22) aufweist oder
daß wenigstens eine Seitenfläche (11) der Ausnehmung (10; 18) mit einer etwa senkrecht zur Einschubrichtung verlau­ fenden Microverzahnung (12) versehen ist und der entspre­ chende Ansatz (4; 16) eine Microverzahnung (6, 16) oder Microvorsprünge aufweist und
daß der Ansatz unter mit einem jeweiligen Rückfedern der entsprechenden Seitenflächen einhergehendem Überfahren der Microverzahnung beziehungsweise der Microvorsprünge in die Ausnehmung eingeschoben wird, wobei die Genauigkeit der nach Beendigung der Einschubbewegung beibehaltenen Rela­ tivpositionen der beiden miteinander verbundenen Bauteile durch den Zahnabstand der Microverzahnung gegeben ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sich entsprechenden, für einen gegenseitigen verrastenden, formschlüssigen Eingriff ausgebildeten Seitenflächen (5, 11) des Ansatzes und der Ausnehmung zur Einschubrichtung parallel sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz als ein auf seiner Umfangsfläche mit einer Microverzah­ nung versehener Rundstift (16) und die Ausnehmung als ein auf seiner Innenfläche mit einer Microverzahnung versehenes Loch (18) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rundstift (16) einen Längsschlitz (15) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnflächen der Microverzahnung (6, 12) mit der Senkrechten zur Einschubrichtung spitze Winkel bilden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß je­ weils eine von zwei benachbarten Zahnflächen der Microverzah­ nung (6, 12) senkrecht zur Einschubrichtung verläuft.