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Befestigungsglied zum Befestigen eines
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Zapfens in einer Bohrung, insbesondere in einem Möbel.
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Die Erfindung betrifft ein Befestigungsglied zum Befestigen eines
Zapfens, insbesondere aus Holz, wie es z.B. ein am oberen Ende eines Stuhlbeines
geformten Zapfens in einer Bohrung eines Körpers aus Holz oder einem Stoff ähnlicher
Härte, z.B. in einem Stuhlsitz, wobei das Befestigungsglied in Form eines Bechers
mit hauptsächlich zylindrischem Mantel und Boden zum Einsetzen in die Bohrung bestimmt
ist, wonach der Zapfen in das Befestigungsglied eingetrieben wird und von diesem
festgehalten wird.
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In der Möbelindustrie ist man bestrebt, durch verschiedene Verfahren
und Mittel die Kosten für das Lagern und den Transport der Erzeugnisse auf ihrem
Wege zum Verbraucher zu vermindern. Für verwendungsfertige Möbel ist ein grosser
Teil der Kosten durch den grossen Raumbedarf-der Möbel bedingt.
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Möbelteile haben dagegen oft die Form von flachen Scheiben und geraden
Stäben, die zu einer kompakten Einheit verpackt werden können. Die Aufgabe,die Kosten
herabzusetzen,kann also allgemein dadurch gelöst werden, dass der Hersteller die
Möbel nicht zusammensetzt sondern deren sämtliche Teile zu einer kompakten Einheit
verpackt und dass der Verbraucher dann diese Teile zu einem verwendungs fertigen
Möbel zusammensetzt.
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Eine Teilaufgabe für den Hersteller ist es dann,solche Mittel und
Verfahren zur Zusammensetzung der Teile zu schaffen, die von jedem Möbelkäufer benutzt
werden können um ohne Spezialwerkzeuge haltbare Verbindungen herzustellen. Verschiedenartige
Befestigungsverfahren und -mittel sind in letzter Zeit entwickelt worden, um z.B.
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Scheiben zu Winkelverbänden zusammenzufügen.
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Ein besonderes derartiges Problem ist das Befestigen eines runden
Zapfens, z.B. am Ende eines Stuhlbeines, in einer zum Aufnehmen des Zapfens bestimmten
Bohrung im Stuhlsitz. Das übliche Verfahren ist das Festleimen eines schwach kegeligen
Zapfens in einer entsprechend geformten Bohrung. Mit diesen Mitteln eine gute Verbindung
herzustellen aordert jedoch mehr Berufsgewandtheit als von jedermann verlangt werden
kann,und das Leimen hat
bestimmte Nachteile.
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Aufgabe der Erfindung ist es also, ein mechanisches Verbindungsglied
zu schaffen, das ohne Leim, Schrauben oder anderen Mitteln durch Festklemmung zwischen
einem hauptsächlich zylindrischen Zapfen und einer entsprechenden Bohrung durch
Reibung und zusammenwirkende Verformung sowohl des Befestigungsgliedes als auch
des Zapfens und der Bohrungswand den Zapfen in der Bohrung stabil festhält.
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Das Befestigungsverfahren umfasst dabei nur das Anbringen des Befestigungsgliedes
in die erwünschte Lage und das Eintreiben des Zapfens.
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Zwei verschiedene Verfahren könnten in Frage kommen.
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Das erste wäre,das Befestigungsglied in Form einer Hülse oder eines
Bechers auf das Zapfenende aufzubringen und dann den Zapfen einzutreiben. Wenn der
Mantelteil des Glieds in diesem Falle dem Umkreis entlang ununterbrochen ist, muss
er, ebenso wie der Zapfen, ein Schraubengewinde aufweisen und auf den Zapfen aufgeschraubt
werden, was das Verfahren verteuert. Ist dagegen der Mantel geschlitzt, werden die
Verbindungen zwischen den Mantel- und Bodenteilen beim Eintreiben sehr schwer belastet.
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Das zweite Verfahren ist, das Befestigungsglied in Form eines Bechers
in die Bohrung einzusetzen und den Zapfen
dann in den Becher einzutreiben.
Dabei entsteht der obige Nachteil nicht.
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Die Erfindung betrifft ein derartiges, becherförmiges Befestigungsglied
und ist dadurch gekennzeichnet, dass um den Umfang des Mantels nach aussen und nach
innen gerichtete Rippen verlaufen, die bestimmt sind, in die Boh-bzw.
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rungswand/in den Zapfen einzugreifen, und dass der Mantel durch axiale
Schnitte in mehrere Lappen geteilt ist, die mittels angrenzender Bodenteile mit
den Seiten eines mehrseitigen Mittelteils des Bodens biegbar verbunden sind.
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Gemäss einer ersten Ausführungsform haben die nach aussen gerichteten
Rippen einen annähernd dreieckigen Querschnitt mit einer dem Boden zugewandten Druckfläche,
die mit der Zylinderachse des Lappens einen spitzen Winkel bildet, und mit einer
vom Boden abgewandten, zur Druckfläche annähernd rechtwinkligen Sperrfläche, so
dass die Rippen bei radialer Druckbelastung eine hohe Formbeständigkeit aufweisen
und beim Eindringen in die Bohrungswand das Herausziehen des Befestigungsgliedes
aus der Bohrung verhindern.
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Gemäss dieser ersten Ausführungsform haben die nach innen gerichteten
Rippen einen hauptsächlich symmetrischen Querschnitt, wobei deren radiale Höhe grösser
ist als deren axiale Breite, so dass die Rippen sich beim Eintreiben
des
Zapfens in Richtung zum Boden hin verformen und die dabei entstehende Reaktionskraft
den Zapfen gegen Herausziehen sperrt.
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Gemäss einer zweiten Ausführungsform der Erfindung haben die nach
innen gerichteten Rippen voneinander abweichende Höhenmaße, wobei die höheren Rippen
beim Eintreiben des Zapfens mehr verformt werden als die niedrigeren, die jedoch
in Berührung mit dem Zapfen zur Winkelsteifigkeit des Verbandes in bedeutendem Masse
beitragen.
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Das erfindungsgemässe Befestigungsglied wird vorzugsweise im Spritzgussverfahren
aus einem Kunststoff, zweckmässig einem Polyamid hergestellt. Durchgeführte Versuche
haben gezeigt, dass der Stoff nach dem Spritzgiessen mit Wasseraufnahme konditioniert
werden muss,um die erwünschte Zähigkeit zu erhalten. Das Konditionieren kann entweder
dadurch geschehen, dass die Befestigungsglieder längere Zeit in feuchter Luft oder
kürzere Zeit in siedendem Wasser während einer oder weniger Stunden aufbewahrt wird.
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Beim Spritzgiessen ist es zweckmässig die Form so anzuordnen, dass
die Lappen in der Hauptsache in einer Ebene um den Mittelteil des Bodens herum ausgebreitet
sind.
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Dieser Mittelteil ist zweckmässig ein regelmässiges Vieleck mit drei,vier,
fünf oder sechs Seiten.
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Dabei ist der an die Lappen angrenzende Bodenteil erfindungsgemäss
mittels einer sogenannten Hautverbindung mit den Lappen verbunden, welche die notwendige
Biegbarkeit zwischen den Teilen des Befestigungsgliedes gewährleistet.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand
der beigefügten Zeichnung beschrieben.
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Fig. 1 ist eine schaubildliche Darstellung eines zur Einführung in
die Bohrung fertigen Befestigungsgliedes.
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Fig. 2 zeigt das Befestigungsglied nach Fig. 1 mit den in der Ebene
ausgebreiteten Lappen.
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Fig. 3 zeigt einen Axialschnitt durch zwei Lappen und je einen angrenzenden
Bodenteil mit Hautverbindungen und Mittelteil in der Darstellung der Fig. 2.
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Fig. 4 zeigt das fertige Befestigungsglied nach Fig. 1 in Draufsicht.
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Das Befestigungsglied 1 gemäss Fig. 1 hat in der Hauptsache die Form
eines Bechers mit einem Boden und einem zylindrischen Mantel. Der Mantel 1 ist im
gezeigten Beispiel durch axial geführte Schnitte in vier Lappen 2
geteilt,
die mit dem angrenzenden Bodenteil 4 (Fig. 3 und 4) zusammenhängen, der durch eine
Hautverbindung 8 mit dem quadratischen Mittelteil 6 des Bodens verbunden ist. Die
Anzahl de Lappen im geschlitzten Mantel braucht nicht grösser als 2 zu sein, wobei
deren angrenzende Bodenteile durch ein und dieselbe Hautverbindung miteinander verbunden
sind. Die Anzahl der Lappen kann aber selbstverständlich auch drei, vier, fünf oder
mehr sein, wobei der Mittelteil des Bodens ein Vieleck mit entsprechender Anzahl
Seiten ist.
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In Umfangsrichtung des Mantels, mit Unterbrechungen an den Kanten
der Lappen 2, verlaufen äussere Rippen 12 und innere Rippen 20, 22, 24, die bestimmt
sind in die Bohrungswand bzw. in den Zapfen einzugreifen. Die Rippen können schraubengewindeförmig
um den Mantel herum oder wellenförmig oder sägezahnartig den Lappenoberflächen entlang
verlaufen. Am zweckmässigsten sind sie jedoch in zur Becherachse normalen Ebenen
mit in wesentlichen gleichmässiger Teilung angeordnet.
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Die nach aussen vorstehenden Rippen 12 haben einen im wesentlichen
dreieckigen Querschnitt mit zum Boden hin gewandter Druckfläche 14, die einensspitzen
Winkel oC mit der Zylinderachse des Lappens 2 bildet, und einer vom Boden abgewandten
Sperrfläche 16, die einen im wesentlichen
rechten Winkel mit der
Druckfläche 14 bildet. Dieser Querschnitt verleiht den Rippen eine grosse Formsteifigkeit
gegen radiale Druckbelastungen und wenn die Rippen bei Belastung in die Bohrungswand
eindringen, wirken sie wie Säge zähe oder Widerhaken und verhindern in wirksamer
Weise das Herausziehen des Befestigungsgliedes aus der Bohrung.
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Der obengenannte spitze Winkel c beträgt erfindungsgemäss zwischen
10 und 30 ° , vorzugsweise etwa 150, wie auf der Zeichnung gezeigt wird, wobei die
vom Boden abgewandte Sperrfläche 16 nahezu senkrecht zur Mantelfläche des Lappens
steht.
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Die nach innen vorstehenden Rippen 20, 22, 24, sind dazu bestimmt,beim
Eintreiben des Zapfens in das Befestigungsglied in Richtung auf den Boden hin verformt
zu werden und nach dem Eintreiben mit einer gewissen, erhaltenen Verformung die
radiale Druckbelastung auf den Mantel der Lappen und die nach aussen vorstehenden
Rippen zu übertragen, die dabei in die Bohrungswand eingreifen. Die zylinderteilförmigen
Lappen oder Mantelteile müssen dabei eine genügende Stärke aufweisen,um ohne Neigung
zum Knicken beim Eintreiben des Zapfens entstehenden axialen Belastungen widerstehen
zu können. Da das Befestigungsglied aus Kunststoff hergestellt ist,- erfahren die
an die Zapfenoberfläche anliegenden Kanten der Rippen auch eine gewisse plastische
Verformung,
welche die an den Zapfen anliegenden Flächen zu einem Keil mit gegen den Boden geriqbteter
Schneidkanten verformen.
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Die nach innen vorstehenden Rippen 20, 22, 24 sind erfindungsgemäss
im unbelasteten Zustand im wesentlichen symmetrische, gleichförmig dicke und in
zur Achse normalen Ebenen liegende Flanschen. Deren innere Kantenfläche ist bogenförmig
oder abgerundet und kann einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen. Um Spannungsspitzen
in den Übergängen zwischen Flansch und Mantelteil zu vermeiden, sind diese Uebergänge
weich bogenförmig, z.B. kreisbogenförmig ausgebildet.
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Damit die Rippen beim Eintreiben die erwünschte Verformung unter Uebertragung
von axialen rmd radialen Reaktionskräften von der Zapfenoberfläche auf die Lappenmantelfläche
erhalten, ist die radiale Höhe der Rippen grösser als deren axiale Breite.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind
die nach innen vorstehenden Rippen 20,22, 24 verschiedener Höhe. Dies hat zur Folge
dass bei einem gewissen Kleinstdurchmesser nur die höchsten Rippen 20 beim Eintreiben
des Zapfens von der Zapfenoberfläche verformt werden, während die nächst-niedrigeren
Rippen
22 nicht oder nur weniger und die niedrigsten Rippen überhaupt
nicht mehr verformt werden. Die Höhe der Rippen ist jedoch im Verhältnis zum Zapfen-
und Bohrungsdurchmesser normal so abgestimmt, dass die höchsten Rippen 20 beim Eintreiben
des Zapfens stark verformt werden, die nächst niedrigeren Rippen 22 weniger und
die niedrigsten Rippen 24 ohne nennenswerte Verformung an die Zapfenoberfläche anliegen
und damit dazu beitragen, eine stabile Verbindung z.B. zwischen einem Stuhlbein
und einem Stuhlsitz zu erzeugen. In einem solchen Verband sind nämlich die gewöhnlich
vorkommenden Ausziehkräfte im Vergleich mit den bei Handhabung und Normalgebrauch
des Stuhles vorkommenden Querkräften und Biegungsmomenten gering. Deshalb ist die
in Querrichtung absteifende Wirkung der höheren Rippen und der niedrigsten-Rippen
besonders bedeutend.
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Die Verteilung in Achsenrichtung der nach innen vorstehenden Rippen
20,22,24 verschiedener Höhe kann je nach speziellen Erfordernissen verschieden sein
z.B. je nach der erwünschten Abstützung an den Enden der Zapfen und je nach deren
im Befestigungsglied eingeführten Länge.
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Zweckmässig kann die Rippenhöhe periodisch verteilt werden, z.B. hoch-mittel-niedrig
wie auf der Zeichnung dargestellt.
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Die Verteilung kann aber auch z.B. hoch-niedrig-mittel oder einer
anderen Periodizität sein, die eine für den
beabsichtigten Zweck
geeignete Verbindung von Absteifung und Festhaltung des Zapfens gewährleistet.
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Zur Ermöglichung einer einfachen Einführung des Befestigungsgliedes
in die Bohrung sind die Mantellappen zweckmässig beim Uebergang in den angrenzenden
Bodenteil mittels eines kegelig abnehmenden Teils 10 abgeschrägt, der den Mantelteil
2 mit dem Bodenteil 4 verbindet.
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Jeder derartige Bodenteil 4 ist mittels einer biegbaren Hautverbindung
8 mit einer Kante des quadratischen Mittelteils 6 verbunden, dessen Hauptaufgabe
ist, die vier Lappen zu einem leicht zu handhabenden Befestigungsglied zusammenzuhalten,
das einfach und rasch in der Bohrung angebracht werden kann.
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Versuche mit erfindungsgemässen, durch Spritzguss aus Polyamid hergestellten
Befestigungsgliedern haben erwiesen, dass eine Konditionierung notwendig ist, um
die Zähigkeit des Stoffes nach der Formgebung zu erhöhen.
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Die Konditionierung geschieht durch Lagerung der Befestigungsglieder
in feuchter Luft oder durch Behandlung während kürzerer Zeit in heissem Wasser.
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Bei der Verwendung des Befestigungsgliedes gemäss der Erfindung wird
dieses mit dem Mittelteil gegen den Boden der Bohrung und mit den Lappen gegen die
Innenwände der Bohrung anliegend angebracht. Danach wird der Zapfen, z.B. das auf
genaues Mass gefräste, zylindrische Ende des Stuhlbeins an den Rand des BefestiFungsgliedes
angesetzt, wonach der Zapfen ein~getrieben wird bis dessen Endfläche an dem Mittelteil
und den Bodenteilen anliegt.
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Das Eintreiben erfolgt durch Ausübung kräftiger Schläge mit einem
schweren Werkzeug gegen das Aussehende des Stuhlbeins, das dabei durch eine Zwischenlage
aus Holz oder Kunststoff zu schützen ist,um nicht beschädigt zu werden.
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Bei Festigkeitsproben mit Stühlen gemäss den schwedischen Industrienormen
(SIS) 839503 wurde ein Stuhl mit Beingestell-aus Buchenholz und Sitz aus schichtenverleimter
Buche verwendet, wobei die Stuhlbeine mittels erfindungsgemässer Befestigungsglieder
im Stuhlsitz befestigt waren.
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Die Beurteilung erfolgte gemäss "Möbelfakta", Norm Al:10, Ausgabe
6. Nach 60 000 Kippbewegungen wurden die Beinbefestigungsstellen untersucht, wobei
sich herausstellte, dass sie frei von Schaden und Verformungen der Befestigungsglieder
und des Holzmaterials waren. Die Standfestigkeit
des Stuhles war
einwandfrei. Erfahrungsgemäss weisen entsprechende Stühle mit im Stuhlsitz festgeleimten
Beinen oft ein Spiel in der Befestigungsstelle-der Beine auf.