DE202013104187U1 - Bauteil, insbesondere aus Kunststoff - Google Patents

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Abstract

Bauteil, insbesondere aus Kunststoff, mit mindestens zwei Bauteilelementen, die stoffschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass beide Bauteilelemente jeweils mindestens ein Rastelement aufweisen, wobei die Rastelemente derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie beim stoffschlüssigen Zusammenfügen der beiden Bauteilelemente miteinander in Wirkverbindung treten, eine Rastverbindung bilden und hierdurch die beiden Bauteilelemente relativ zueinander fixieren, um eine Relativverschiebung der Bauteilelemente bis zur vollständigen Aushärtung der stoffschlüssigen Verbindung zu verhindern.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere aus Kunststoff, mit mindestens zwei Bauteilelementen, die stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
  • Bei der stoffschlüssigen Verbindung von Bauteilen, beispielsweise mittels eines aushärtbaren Klebstoffes, besteht grundsätzlich das Problem, dass die beiden Fügepartner zunächst über eine zusätzliche separate Vorrichtung relativ zueinander fixiert werden müssen, bis der Klebstoff vollständig ausgehärtet ist. Dies erfolgt beispielsweise mittels Fixierrahmen, Schraubzwingen oder dergleichen. Nach Aushärten des Klebstoffs wird diese separate Vorrichtung dann wieder vom Bauteil entfernt. Insgesamt ist dieses Vorgehen vergleichsweise aufwändig und teuer. Zusätzlich erfordert bei Großserienproduktionen diese Vorgehensweise in der Regel auch einen zusätzlichen Fabrikationsraum, in dem die entsprechenden Bauteile während der Aushärtung des Klebstoffes aufbewahrt werden. Dies ist insbesondere bei großvolumigen Bauteilen von Nachteil, beispielsweise Fahrradrahmen aus Kunststoff.
  • Bei der Verbindung zweier Kunststoff-Halbschalen aus Kunststoff zwecks Herstellung eines Fahrradrahmens werden üblicherweise Fixierrahmen verwendet, welche die beiden Rahmenhälften während der Aushärtung des Klebstoffes gegeneinander verspannen. Derartige Fahrradrahmen sind beispielsweise in der WO 2013/029788 A1 beschrieben. Die Fahrradrahmen-Halbschalen bestehen aus einem unverstärkten oder auch bereichsweise faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffmaterial, beispielsweise einem mit Carbonfasern verstärkten Polyamid.
  • Vor dem beschriebenen Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil, insbesondere aus Kunststoff anzugeben, das sich bei seinem Zusammenbau durch eine leicht herstellbare, stoffschlüssige Verbindung auszeichnet.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Bauteil, insbesondere aus Kunststoff, mit mindestens zwei Bauteilelementen, die stoffschlüssig miteinander verbunden sind, wobei beide Bauteilelemente jeweils mindestens ein Rastelement aufweisen, wobei die Rastelemente derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie beim stoffschlüssigen Zusammenfügen der beiden Bauteilelemente miteinander in Wirkverbindung treten, eine Rastverbindung bilden und hierdurch die beiden Bauteilelemente relativ zueinander fixieren, um eine Relativverschiebung der Bauteilelemente bis zur vollständigen Aushärtung der stoffschlüssigen Verbindung zu verhindern.
  • Erfindungsgemäß wird davon Abstand genommen, beim Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen zwei Bauteilelementen zu deren Vorfixierung separate Elemente einzusetzen, welche nach dem Aushärten der stoffschlüssigen Verbindung wieder entfernt werden. Stattdessen sind an den Bauteilelementen selbst bereits Rastelemente vorgesehen, welche die Vorfixierung übernehmen und bis zum Aushärten der stoffschlüssigen Verbindung für eine genaue Vorfixierung der Bauteilelemente sorgen.
  • Zweckmäßigerweise ist die Rastverbindung als unlösbare Verbindung ausgebildet. Beim Zusammenfügen der beiden Bauteile wird also zunächst das Material der stoffschlüssigen Verbindung, beispielsweise ein Klebstoff, auf ein oder beide Fügepartner aufgetragen und die beiden Bauteilelemente werden sodann zusammengefügt. Beim Fügevorgang treten die Rastelemente miteinander in Wirkverbindung und verbleiben dauerhaft in dieser Wirkverbindung. Es entfällt also folglich ein separater Verfahrensschritt, in dem die zur Vorfixierung der Bauteilelemente vorgesehene Vorrichtung wieder entfernt werden muss. Wie bereits erwähnt, erfolgt zweckmäßigerweise die Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung durch einen, insbesondere reaktiven, Klebstoff.
  • Im Rahmen der Erfindung liegt es insbesondere, dass die Rastverbindung und die stoffschlüssige Verbindung räumlich voneinander getrennt angeordnet sind. Insofern wird die Rastverbindung durch die stoffschlüssige Verbindung nicht beeinflusst (und umgekehrt) und kann somit eine zuverlässige Vorfixierung bereitstellen, welche dann dauerhaft als zusätzliche Verbindung erhalten bleibt. Die Bauteilelemente sind somit nicht nur über die stoffschlüssige Verbindung, sondern zusätzlich auch über die Rastverbindung gegeneinander fixiert. Alternativ hierzu ist es aber auch möglich, dass die Rastverbindung in die stoffschlüssige Verbindung integriert wird, bzw. mit dieser gestalterisch unmittelbar kombiniert wird (z.B. Anordnung der Rastelemente im Bereich der Fügeflächen).
  • Zweckmäßigerweise sind die Rastelemente jeweils fest mit dem entsprechenden Bauteilelement verbunden, vorzugsweise an dieses angeformt. Insbesondere ist es zweckmäßig, dass die Rastelemente für einen dauerhaften Verbleib an den Bauteilelementen ausgebildet sind. Wie zuvor bereits beschrieben, entfällt also erfindungsgemäß ein separater Arbeitsschritt, in dem die Vorfixierungselemente wieder vom Bauteil entfernt werden. Diese bleiben stattdessen dauerhaft an den Bauteilelementen vorhanden, so dass die Bauteilelemente – wie zuvor bereits erläutert – nicht nur durch die stoffschlüssige Verbindung miteinander verbunden sind, sondern auch dauerhaft durch die Rastverbindung.
  • Zweckmäßigerweise weist mindestens eines der Rastelemente zur Herstellung der Rastverbindung mindestens eine Rastnase auf. Es können klassische Clipverbindungen zum Einsatz kommen, welche mit einem charakteristischen Rastgeräusch miteinander in Verbindung treten und somit dem Monteur auch akustisch anzeigen, dass nunmehr eine ordnungsgemäße Rastverbindung vorliegt. Die mindestens eine Rastnase kann hierbei mit dem als weibliches Aufnahmeelement ausgebildeten anderen Rastelement am anderen Bauteilelement zusammenwirken.
  • Zweckmäßigerweise weist ein Bauteilelement eine Nut und das andere Bauelement eine hierzu korrespondierende Feder auf, wobei die stoffschlüssige Verbindung zwischen Nut und Feder angeordnet ist. Dieses Nut-Feder-Prinzip hat sich insbesondere bei der Verbindung von Halbschalen zu einem geschlossenen Hohlkörper bewährt und ist daher beispielsweise bei der Herstellung von Fahrradrahmen aus Halbschalen Stand der Technik.
  • Im Rahmen der Erfindung liegt es, dass an der Oberfläche der Nut und / oder der Feder, vorzugsweise rippenförmige, Abstandselemente zur Sicherstellung einer definierten Spaltbreite zwischen Nut und Feder angeordnet sind. Diese Abstandselemente verhindern einen vollflächigen Kontakt zwischen Nut und Feder. In diesem Fall wäre nicht sicher gewährleistet, dass zwischen den beiden Fügepartnern eine ausreichende Menge an Klebstoff vorhanden ist und entsprechend bestünde die Gefahr eines Versagens der stoffschlüssigen Verbindung im Betrieb. Durch die vorzugsweise rippenförmigen Abstandselemente ist hingegen sichergestellt, dass in den Bereichen außerhalb der Abstandselemente eine Mindestspaltbreite, z.B. mindestens 0,2 mm, zwischen Nut und Feder gewährleistet und damit auch eine ausreichende Menge an Klebstoff zwischen Nut und Feder angeordnet ist.
  • Zweckmäßigerweise ist die Feder zu ihrem Ende hin verjüngt ausgebildet. Dies erleichtert das Zusammenfügen der beiden Bauteilelemente.
  • Wie zuvor bereits beschrieben, eignet sich die erfindungsgemäße Lehre insbesondere für den Fall, dass die Bauteilelemente jeweils als Halbschalen ausgebildet sind. Zweckmäßigerweise sind in diesem Fall die Rastelemente jeweils an der Innenseite der entsprechenden Halbschale angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Rastelemente nach Bildung des fertigen Bauteils durch Zusammenfügen der beiden Halbschalen nach außen hin nicht mehr sichtbar sind. Das fertige Bauteil weist somit eine optisch einwandfreie äußere Oberfläche auf, während im Bauteilinneren der von den beiden Halbschalen gebildete Hohlraum die Rastverbindungen dauerhaft verbleiben und entsprechend auch dauerhaft wirksam sind. Die erfindungsgemäße Lehre vereinfacht somit nicht nur den Fügeprozess als solchen, sondern stellt darüber hinaus eine funktionelle Absicherung der stoffschlüssigen Verbindung dar, da zusätzlich eine Fixierung der Bauteilelemente zueinander durch die Rastelemente erfolgt. Im Rahmen der Erfindung liegt es insbesondere, dass die Halbschalen im miteinander verbundenen Zustand ein geschlossenes Hohlprofil bilden.
  • Wie zuvor bereits beschrieben, kann das erfindungsgemäße Bauteil insbesondere als Fahrradrahmen ausgebildet sein.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen schematisch:
  • 1 ausschnittsweise ein erfindungsgemäßes Bauteilelement in einer dreidimensionalen Einzeldarstellung,
  • 2 ausschnittsweise ein hierzu korrespondierendes zweites Bauteilelement, welches mit dem in 1 dargestellten ersten Bauteilelement verbunden wird,
  • 3 ausschnittsweise ein erfindungsgemäßes Bauteil, welches aus den zusammengefügten Bauteilelementen gemäß den 1 und 2 zusammengesetzt ist und
  • 4 ein erfindungsgemäßes Bauteil in einer Querschnittsdarstellung.
  • Die 3 zeigt ausschnittsweise ein Bauteil aus Kunststoff, welches aus zwei Bauteilelementen 1, 1‘ besteht. Die Bauteilelemente 1, 1‘ sind durch einen Klebstoff stoffschlüssig miteinander verbunden. Wie die 1 und 2 zeigen, weisen beide Bauteilelemente 1, 1‘ jeweils ein Rastelement 2, 2‘ auf. Die Rastelemente 2, 2‘ sind derart ausgebildet und angeordnet, dass sie beim stoffschlüssigen Zusammenfügen der beiden Bauteilelemente 1, 1‘ miteinander in Wirkverbindung treten. Bei einem Zusammenfügen der beiden Bauteilelemente 1, 1‘ bilden die beiden Rastelemente 2, 2‘ eine Rastverbindung 3 und fixieren die beiden Bauteilelemente 1, 1‘ hierbei relativ zueinander. Hierdurch ist gewährleistet, dass eine Relativverschiebung der Bauteilelemente 1, 1‘ bis zur vollständigen Aushärtung der stoffschlüssigen Verbindung 4 verhindert wird.
  • Einer vergleichenden Betrachtung der 1 bis 3 ist zu entnehmen, dass die Rastverbindung 3 als unlösbare Verbindung ausgebildet ist. D.h. nach dem Zusammenfügen der beiden Bauteilelemente 1, 1‘ ist ein Trennen der Bauteilelemente 1, 1‘ ohne Zerstörung der Rastverbindung 3 nicht mehr möglich. Die Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung 4 erfolgt durch einen (nicht näher dargestellten) reaktiven Klebstoff. Es ist erkennbar, dass die Rastverbindung 3 und die stoffschlüssige Verbindung 4 räumlich voneinander getrennt angeordnet sind. Die Rastelemente 2, 2‘ sind fest mit dem entsprechenden Bauteilelement 1, 1‘ verbunden und im Ausführungsbeispiel jeweils an dieses einstückig angeformt, z.B. über ein Spritzgussverfahren. Die Rastelemente 2, 2‘ sind für einen dauerhaften Verbleib an den Bauteilelementen 1, 1‘ ausgebildet und dienen so neben ihrer Vorfixierungsfunktion auch zu einer dauerhaften zusätzlichen Sicherung der stoffschlüssigen Verbindung 4 durch den Klebstoff.
  • Anhand der 1–3 ist ferner erkennbar, dass das an dem einen Bauteilelement 1 vorgesehene Rastelement 2 zwei Rastnasen 5 aufweist. Diese tauchen während des Fügeprozesses in das als weibliches Aufnahmeelement ausgebildete Rastelement 2‘ am anderen Bauteilelement 1‘ ein und verrasten mit diesem, so dass über diese Verbindung die notwendige Haltekraft zur Fixierung der beiden Fügepartner 1, 1‘ während der Aushärtung des Klebstoffs aufgebracht wird. Alternativ zu einem formlosen Klebstoff kann auch ein (nicht dargestelltes) Klebstoff-Tape, z.B. in Form eines ein UD-Tapes, zur Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung verwendet werden. Den Figuren ist ferner zu entnehmen, dass das eine Bauteilelement 1‘ eine Nut 6 und das andere Bauteilelement 1 eine hierzu korrespondierende Feder 7 aufweist und die stoffschlüssige Verbindung 4 zwischen Nut 6 und Feder 7 angeordnet ist.
  • Anhand der 1 ist erkennbar, dass an der Oberfläche der Feder 7 rippenförmige Abstandselemente 8 zur Sicherstellung einer definierten Spaltbreite zwischen Nut 6 und Feder 7 angeordnet sind. Durch die Abstandsrippen 8 wird verhindert, dass beim Zusammenfügen der beiden Bauteilelemente 1, 1‘ ein vollflächiger direkter Kontakt zwischen Nutoberfläche und Federoberfläche im Bereich der stoffschlüssigen Verbindung 4 entsteht. Die Abstandsrippen 8 gewährleisten, dass in den Bereichen außerhalb der Abstandsrippen 8 zwischen den Oberflächen von Nut 6 und Feder 7 ein Mindestabstand, z.B. mindestens 0,2 mm oder mindestens 0,5 mm, vorgesehen ist, so dass in jedem Fall eine ausreichende Menge an Klebstoff zur Sicherstellung einer ordnungsgemäßen stoffschlüssigen Verbindung 4 im Fügespalt vorhanden ist. Die 1 und 3 zeigen, dass die Feder 7 zu ihrem Ende hin verjüngt ausgebildet ist.
  • Die Bauteilelemente 1, 1‘ sind jeweils als Halbschalen ausgebildet und die Rastelemente 2, 2‘ sind jeweils an der Innenseite der entsprechenden Halbschale 1, 1‘ angeordnet. Dies führt dazu, dass am fertigen Bauteil nach außen hin die Rastelemente 2, 2‘ nicht sichtbar sind. Sie befinden sich stattdessen im inneren Hohlraum 9, welcher von den beiden Halbschalen 1, 1‘ nach deren Zusammenfügen gebildet wird (vergl. 4). Dadurch ist eine einwandfreie Optik des fertigen Bauteils trotz dauerhaftem Verbleibs der Rastelemente 2, 2‘ am Bauteil sichergestellt. Entsprechend bilden die Halbschalen 1, 1‘ im miteinander verbundenen Zustand ein geschlossenes Hohlprofil.
  • Im Ausführungsbeispiel ist das Bauteil als Fahrradrahmen ausgebildet. Der Fahrradrahmen kann beispielsweise aus einem unverstärkten, insbesondere aber auch aus einem, ggf. bereichsweise, faserverstärkten Kunststoff bestehen, wobei die Halbschalen 1, 1‘ zum fertigen Fahrradrahmen zusammengesetzt werden. Ein solcher Fahrradrahmen ist insbesondere für die Herstellung von sog. Pedelecs bzw. E-Bikes von Bedeutung, welche für die Unterbringung von Motor, Batterie etc. einen vergleichsweise dicken Fahrradrahmen benötigen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2013/029788 A1 [0003]

Claims (14)

  1. Bauteil, insbesondere aus Kunststoff, mit mindestens zwei Bauteilelementen, die stoffschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass beide Bauteilelemente jeweils mindestens ein Rastelement aufweisen, wobei die Rastelemente derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie beim stoffschlüssigen Zusammenfügen der beiden Bauteilelemente miteinander in Wirkverbindung treten, eine Rastverbindung bilden und hierdurch die beiden Bauteilelemente relativ zueinander fixieren, um eine Relativverschiebung der Bauteilelemente bis zur vollständigen Aushärtung der stoffschlüssigen Verbindung zu verhindern.
  2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastverbindung als unlösbare Verbindung ausgebildet ist.
  3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung durch einen, insbesondere reaktiven, Klebstoff erfolgt.
  4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastverbindung und die stoffschlüssige Verbindung räumlich voneinander getrennt angeordnet sind.
  5. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastelemente jeweils fest mit dem entsprechenden Bauteilelement verbunden sind, vorzugsweise an dieses angeformt sind.
  6. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastelemente für einen dauerhaften Verbleib an den Bauteilelementen ausgebildet sind.
  7. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Rastelemente zur Herstellung der Rastverbindung mindestens eine Rastnase aufweist.
  8. Bauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Rastnase mit dem als weibliches Aufnahmeelement ausgebildeten anderen Rastelement am anderen Bauteilelement zusammenwirkt.
  9. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bauteilelement eine Nut und das andere Bauteilelement eine hierzu korrespondierende Feder aufweist und die stoffschlüssige Verbindung zwischen Nut und Feder angeordnet ist.
  10. Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberfläche der Nut und / oder der Feder, vorzugsweise rippenförmige, Abstandselemente zur Sicherstellung einer definierten Spaltbreite zwischen Nut und Feder angeordnet sind.
  11. Bauteil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder zu ihrem Ende hin verjüngt ausgebildet ist.
  12. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteilelemente jeweils als Halbschalen ausgebildet sind und die Rastelemente jeweils an der Innenseite der entsprechenden Halbschale angeordnet sind.
  13. Bauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen im miteinander verbundenen Zustand ein geschlossenes Hohlprofil bilden.
  14. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil als Fahrradrahmen ausgebildet ist.
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