DE3612753A1 - Schleudergeschweisste befestigungsanordnung - Google Patents

Schleudergeschweisste befestigungsanordnung

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DE3612753A1
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spacer
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bearing plate
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DE19863612753
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Beryle S. Howell Mich. Doyle
Brian R. Steger Ill. Peek
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Illinois Tool Works Inc
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Illinois Tool Works Inc
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Befestigung thermoplastischer Befestiger an einem Werkstück unter Verwendung einer Technik, die als Schleuderschweißen oder Reibungsschweißen bekannt ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine aus zwei Komponenten bestehende Befestigungsanordnung, in welcher eine Komponente ein Basiskörper ist, welcher durch Schleuderschweißung mit einer Unterlage verschweißt ist, und die andere Komponente ein mittels einer Drehbewegung einstellbarer Abstandskörper ist.
In einer Zweikomponentenbefestigungsanordnung, wo eine Komponente ein schleudergeschweißter Basiskörper und die andere Komponente ein Abstandskörper zur Lagerung eines Viertelumdrehungsbefestigers ist, treten oft Schwierigkeiten auf, wenn es erforderlich wird, den Viertelumdrehungsbefestiger in einer Werkstücköffnung im Winkel relativ zu dem schleudergeschweißten Basiskörper zu installieren. Die Erfindung überwindet dies Problem der Winkelausrichtung durch Vorsehung einer Einrichtung zur Winkeleinstellung des Viertelumdrehungsbefestigers relativ zu dem Basiskörper.
Eine weitere Schwierigkeit besteht in der Aufrechterhaltung der Winkeleinstellung des Basiskörpers während der
Installation des Viertelumdrehungsbefestigers. Die Erfindung überwindet dies Problem durch Anwendung einer Klinkenverbindung/ welche eine Herstellung der Winkeleinstellung des Basiskörpers in nur einer Drehrichtung gestattet, die der von dem Viertelumdrehungsbefestiger während seiner Installation ausgeübten Drehkraft entgegengesetzt ist.
Diese und weitere Vorzüge der Erfindung werden mit einer Zweikomponentenbefestigungsanordnung erreicht, welche einen schleudergeschweißten Basiskörper und einen drehbaren Abstandskörper kombiniert. Die Schleuderschweißanordnung dieser Erfindung verwendet einen kreisförmigen Basiskörper aus thermoplastischem Material, um die Einrichtung zur Verbindung mit einer Unterlage durch ReibungsschLeudern zu gewährleisten. Auf dem Basiskörper wird durch eine Schnappverbindung ein Abstandskörper mit einem kreisförmigen Flanschabschnitt von einem leicht größeren Durchmesser als dem Durchmesser des Basiskörpers drehbar gelagert. Die Schnappverbindung beinhaltet eine Klinkeneinrichtung zur Verbindung des Flanschabschnitts auf dem Basiskörper derart, daß der Abstandskörper in nur einer Richtung gedreht werden kann. Der Abstandskörper weist einen quer zu dem Basiskörper verlaufenden Lagerplattenabschnitt mit einer mittig angeordneten Lageröffnung von einer Formgebung auf, die zur Aufnahme des Kopfes eines Viertelumdrehungsbefestigers ausgebildet ist.
Der Kopf des Viertelumdrehungsbefestigers wird in der Lageröffnung des Abstandskörpers mit einer Drehbewegung zum festen Einschließen des Kopfabschnitts installiert. Die Richtung der Drehbewegung für den Viertelumdrehungsbefestiger ist der von der Klinkeneinrichtung gestatteten Drehbewegungsrichtung entgegengesetzt, um jegliche Fehlausrichtung des Viertelumdrehungsbefestigers im Winkel relativ zu dem Basiskörper zu verhindern.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen. Es zeigen:
Fig. 1 eine auseinandergezogene Darstellung der Komponenten, welche die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bilden, bei Darstellung derselben in der Reihenfolge ihres Einbaus,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Mittellinie der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Herstellung der Schleuderschweißverbindung zwischen der Basis und einer Unterlage, sowie Installation des Viertelumdrehungsbefestigers in der Lageröffnung des Abstandskörpers,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2 in Richtung des Pfeils bei teiIweiserInsta Ilation
des Viertelumdrehungsbefestigers in der Lageröffnung des Abstandskörpers,
Fig. 4 eine mit der Fig. 3 identische Darstellung, mit Ausnahme dessen, daß der VierteLumdrehungsbefestiger vollständig in dem Abstandskörper installiert ist,
Fig. 5 eine teilweise vergrößerte Darstellung des in Fig. 3 in einem punktierten Kreis gezeigten Abschnitts, zur Erläuterung der Klinkeneinrichtung zur Steuerung der Drehrichtung des Abstandskörpers relativ zu dem Basiskörper,
Fig. 6 einen Schnitt durch den Mittelpunkt des Abstandskörpers,
Fig. 7 eine Draufsicht von unten auf den Abstandskörper,
Fig. 8 eine Draufsicht von oben auf den in Fig. 7 gezeigten Abstandskörper,
Fig. 9 einen Schnitt durch den Mittelpunkt des Basiskörpers,
Fig. 10 eine Draufsicht von oben auf den in Fig. 9 gezeigten Basi skörper.
Fig. 11 eine Draufsicht von unten auf den in Fig. 9 gezeigten Basiskörper,
Fig. 12 einen Teilschnitt nach der Linie 12-12 der Fig. in Richtung der Pfeile, und
Fig. 13 einen Schnitt nach der Linie 13-13 der Fig. 12 in Richtung der Pfeile.
Die Figuren 1 und 2 zeigen die schleudergeschweißte Befesti tungsanordnung in Anwendung der Grundsätze der Erfindung; die Anordnung wird allgemein durch das Bezugszeichen 10 bezei chnet.
Die schleudergeschweißte Befestigungsanordnung 10 ist zusammengebaut aus einem allgemein kreisförmigen Basiskörper 12 und einem Abstandskörper 14, der einen herkömmlichen Viertelumdrehungsbefestiger 16 lagern kann.
Der Basiskörper 12 ist aus einem einstückigen thermoplastischen Teil gebiIdet, welcher zusammengebaut ist aus einem Scheibenabschnitt 18, einem Verbindungsabschnitt 20 und einem Antriebsmittel 22 zum Drehen des Basiskörpers im Umlauf um seine Hittelachse.
Die auf einer Oberfläche des Scheibenabschnitts 18 ausgebildete Werkstückerfassungsfläche 24 weist einen allgemein verjüngten Oberflächenbereich auf, der geeignet ist, einen Anfangskontakt mit der Substratoberfläche an ihrem Mittelpunkt herzustellen. Auf der Werkstückei— fassungsf lache 24 ist eine einstückig ausgebildete durchgehende Spiralrippe 26 (Fig. 11) ausgebildet, welche sich von ihrem Hittelabschnitt zu dem äußeren Umfangsabschnitt erstreckt.
Die Werstückerfassungsflache 24 wird durch gleichzeitige Anwendung von axialem Druck auf den Basiskörper und durch eine Antriebsdrehbewegung des Basiskörpers mit einer Unterlage, wie beispielsweise der Metallplatte 28 (teilweise in Fig. 1 gezeigt) verbunden. Beim Drehen der Basis 12 wird auf den Basiskörper ein axialer Druck aufgebracht, um eine Reibung zwischen der Werkstückerfassungsfläche 24 und dem Substrat 28 zu erzeugen.
Die Antriebseinrichtung 22 zum Drehen des Basiskörpers wird durch ein Paar in Umfangsrichtung verlaufender Ansätze 30 gebildet. Die Ansätze 30 sind abbrechbar mit dem Scheibenabschnitt 18 verbunden und so ausgelegt, daß sie abbrechen, um bei Eintritt der Verschweißung der Werkstückerfassungsfläche 24 mit der Unterlage 28 durch Reibungsschweißung den Antrieb des Basiskörpers 12 zu beenden. Die
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Anwendung der abbrechbaren Ansätze 22 bildet keinen Teil dieser Erfindung und wird in dem US-Patent 4 477 307 ausführlicher beschrieben, welches dem Anmelder dieser Erfindung überschrieben wurde.
Der Verbindungsabschnitt 20 des Basiskörpers 12 ist einstückig mit dem Scheibenabschnitt 18 in der Form einer zylindrischen Wand 32 verbunden, die konzentrisch mit dem Scheibenabschnitt 18 ist. Um eine Schnappverbindung mit dem Abstandskörper 14 vorzusehen, ist der zylindrische Wandkörper 32 im Bereiche seines äußeren Endes mit einem konvex geformten ringförmigen Wulst 34 versehen.
Der Abstandskörper 14 ist ein einstückig ausgebildeter formgegossener KunststoffteiL mit einem Umfangsflanschabschnitt 36, der an einem Ende durch einen quer verlaufenden Lagerplattenabschnitt 38 abgeschlossen ist.
Im Bereiche des äußeren Endes des Umfangsflanschabschnitts 36 ist eine ringförmige Nut 40 vorgesehen, die auf seiner Innenwandfläche 42 ausgebildet ist. Der Durchmesser und die Form der Nut 40 entsprechen dem Außendurchmesser und der Form des konvex geformten Wulstes 34, um eine Schnappverbindung dazwischen herzustellen, wenn der Abstandskörper 14 auf dem Verbindungsabschnitt 20 nach unten gedruckt wird, um eine vorübergehende Durchbiegung seiner elastischen
.../11
Wände nach außen zu verursachen.
Der Lagerplattenabschnitt 38 des Abstandskörpers 14 ist im Winket relativ zu dem Scheibenabschnitt 18 angeordnet, wenn der Abstandskörper 14 mit dem Basiskörper 12 verbunden ist, um eine gewünschte Winkellage des Viertelumdrehungsbefestigers 16 relativ zu der Unterlage 28 zu gewährleisten. In dem Mittelpunkt des Lagerplattenabschnitts 38 ist eine öffnung 48 zur Aufnahme des Kopfabschnitts 50 des Viertelumdrehungsbefestigers 16 ausgebildet. Die öffnung 48 hat eine elliptische Gestalt. Um den Kopfabschnitt 50 des Vi ertelumdrehungsbefestigers in eine Verriegelungsstellung zu führen, ist ein Paar diametral entgegengesetzter bogenförmiger Rampenflächen 52 und 54 vorgesehen.
Der Kopfabschnitt 50 des Einschiebebefestigers 16 weist eine typische Gestalt auf und bildet somit keinen Teil der Erfindung. Der Kopf 50 enthält einen Außenkörper 58 und einen Innenkörper 62. Der Außenkörper 58 hat eine elliptische Gestalt, die etwas kleiner ist als diejenige der öffnung 48 in dem Lagerplattenabschnitt 38» Der Innenkörper 62 hat die Form einer kreisförmigen Scheibe.
Auf der Außenwand 61 des Innenkörpers 62 ist auf diametral gegenüberliegenden Seiten der Achse ein Paar Führungs-
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körper 64 und 66 ausgebildet, die sich in Richtung auf die elliptische Platte 58 zu erstrecken. Die hochstehenden Führungskörper 64 und 66 sind auf gegenüberliegenden Seiten des elliptischen Kopfes 60 angeordnet. Wenn der elliptische Kopf 60 durch die öffnung 48 eingesetzt wird, kommt das Paar Führungs körper 64 und 66 in Berührung mit dem Paar Rampenflächen 52 und 54 auf der Außenwand 63 der Lagerplatte 38. Es ist die Beziehung der Zusammenwirkung zwischen Führungskörpern 64 und 66 und den Rampenflächen 52 und 54, welche dem Viertelumdrehungsbefestigen 16 eine Drehbewegung in nur eine Richtung gestattet, wie in Fig. angegeben. Diese Drehbewegung verursacht ein Heraufreiten der Führungskörper 64 und 66 auf den RampenfLachen 52 und 54 und ein Einfangen des äußeren Endabschnitts 60 des Kopfes in dem Lagerplattenabschnitt 38, wie in Fig. 4 dargestellt. Auf der Innenwand 65 des Lagerplattenabschnitts 38 ist angrenzend an die elliptische öffnung 48 ein Paar Rampenflächen 67 und 69 ausgebildet, um den elliptischen Kopf 60 in eine Eingriffsbeziehung mit der Innenwand 73 des Lagerplattenabschnitts 38 hineinzuführen. Die Installation des Viertelumdrehungsbefestigers in einer elliptischen öffnung auf diese Weise ist in der Technik hinreichend bekannt und wird lediglich zur Veranschaulichung erwähnt.
.../13
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Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß bei einer Installation eines Viertelumdrehungsbefestigers 16 in einer Lageröffnung 48 eine Drehkraft gegen den Abstandskörper 14 ausgeübt wird. Die Erfindung schafft eine Antidreheinrichtung 68 zur Verhinderung der Drehbewegung des Abstandskörpers 14 relativ zu dem Basiskörper 12 während der Installation des Viertelumdrehungsbefestigers 16.
Die Einrichtung 68 zur Verhinderung der Drehbewegung ist vorgesehen in Form einer Schnappverbindung zwischen dem Abstandskörper 14 und dem Basiskörper 12. Insbesondere ist eine Anzahl Sperrzähne 70 auf dem äußersten Abschnitt des ringförmigen Wulstes 34 ausgebildet. Diese Sperrzähne sind geeignet, von einem Paar diametral angeordneter Finger 72 erfaßt zu werden, die auf dem Verbindungsabschnitt 20 ausgebildet sind. Die Finger 72 sind an diametral gegenüberliegenden Stellen auf der Außenseite der kreisförmigen Wand 32 zwischen dem ringförmigen Wulst 34 und dem Scheiben· abschnitt 28 ausgebildet (Figuren 7 bis 8). Wie in der vergrößerten Darstellung der Fig. 5 gezeigt, bewegt sich jeder Finger 72 des Fingerpaaresüber die Sperrzähne 70 hinweg, wenn der Abstandskörper 14 in Uhrzeigerrichtung gedreht wird (wie in Fig. 5 gezeigt), um die Winkelstellung des Abstandskörpers festzulegen. Wenn jedoch der Viertelumdrehungsbef esti ger 16 in der 'öffnung 48 installiert wird, übt er eine Kraft entgegen dem Uhrzeigersinne auf den
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Abstandskörper 14 aus, der durch die Form der Zähne 70 Widerstand entgegengesetzt wird, um jegliche Winkelbewegung des Abstandskörpers 14 zu verhindern.
Im folgenden wird nunmehr eine Beschreibung der Art und Weise gegeben, in welcher das SchIeuderschweißbefestigungssystem 10 arbeitet. Der Basiskörper 12 ist auf einer Unterlage 28 angeordnet, wobei die Werkstuckerfassungsfläche auf der Unterlage 28 ruht, über dem Basiskörper 12 wird ein Antriebswerkzeug für die Schleuderschweißung in Stellung gebracht, wie beispielsweise in dem US-Patent 4 477 307 beschrieben. Das Schleuderschweißwerkzeug versetzt gleichzeitig den Basiskörper 12 über die Antriebsansätze 22 in eine Schleuderbewegung und übt auf den Scheibenabschnitt 18 eine abwärts gerichtete Kraft aus. Wenn die durch das Schleudern erzeugte Reibungswärme zur Herstellung einer Schweißverbindung wirksam wird, brechen die Ansätze 22 automatisch ab, und der Basiskörper 12 beendet seine Schleuderbewegung. Das Werkzeug setzt kurzzeitig die übertragung einer nach unten gerichteten Kraft auf den Scheibenabschnitt 18 fort.
Der Abstandskörper 14 wird sodann in einer Schnappverbindung über den Verbindungsabschnitt 20 des Basiskörpers 12 gebracht und der Abstandskörper 14 entgegen dem Uhrzeigersinne gedreht, wie in Fig. 1 gezeigt, bis die Winkellage
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des LagerpLattenabschnitts 38 für die gewünschte Ausrichtung des VierteLumdrehungsbefestigers 16 im Winkel richtig eingestellt ist. Der VierteLumdrehungsbefestiger 16 wird sodann in dem Abstandskörper 14 installiert durch Einsetzen seines äußeren elliptischen Kopfabschnitts 58 durch die elliptische öffnung 48 und Drehen des Befestigers 16 im Uhrzeigersinne, wie in Fig. 1 gezeigt. Wegen der durch die Wechselwirkung zwischen dem Paar Zähne 72 und den Gesperrezähnen 70 erzeugten Widerstandskräfte bewegt diese Drehkraft im Uhrzeigersinne den Abstandskörper nicht aus seiner im Vorhinein festgelegten Winkellage heraus.
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Claims (4)

Ansprüche
1. Schleudergeschweißte Befestigungsanordnung, gekennzeichnet durch einen aus thermoplastischem Material gebildeten kreisförmigen Basiskörper, Einrichtungen zum Drehen des Basiskörpers, um eine Schleuderschweißverbindung seiner Unterseite mit einer Unterlage herbeizuführen, einen Abstandkörper mit einem Umfangsflanschabschnitt von einem leicht größeren Durchmesser als dem Durchmesser des Basiskörpers und mit einem angeformten Lagerplattenabschnitt, der sich relativ zu dem Flanschabschnitt quer erstreckt, Einrichtungen zur
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Verbindung des Flanschabschnitts auf dem Basiskörper derart, daß ein Drehen des Abstandskörpers um den Basiskörper herum in nur einer Richtung gestattet ist, wobei der Lagerplattenabschnitt eine durchgehende Lageröffnung aufweist, einen Befestigungskörper mit einem Kopfabschnitt und einem Halsabschnitt, sowie Einrichtungen zur Lagerung des Kopfabschnitts des Befestigerkörpers in der Lageröffnung des Lagerplattenabschnitts mit einer Drehbewegung zum festen Einschließen des Kopfabschnitts, wobei die Richtung dieser Drehbewegung der von der Einrichtung zur Verbindung des Flanschabschnitts auf dem Basiskörper gestatteten einen Drehbewegungsrichtung entgegengesetzt ist.
2. Schleudergeschweißte Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verbindung des Flanschabschnitts auf dem Basiskörper eine Anzahl entweder um den Flanschabschnitt oder den Basiskörper herum gebildeter Zähne einschließt, die in Richtung auf die eine Drehrichtung weisen, um eine Klinkenwirkung zuzulassen.
3. Schleudergeschweißte Befestigungsanordnung, gekennzeichnet, durch einen kreisförmigen Basiskörper aus thermoplastischem Material, Einrichtungen zum Drehen des Basiskörpers, um eine Schleuderschweißverbindung seiner Bodenfläche mit
einer Unterlage zu verursachen, einen Abstandskörper mit einem UmfangsfLanschabschnitt von einem Leicht größeren Durchmesser aLs dem Durchmesser des Basiskörpers und mit einem einstückig angeformten Lagerplattenabschnitt, der sich relativ zu dem Flanschabschnitt quer erstreckt, wobei der Flanschabschnitt drehbar mit dem Basiskörper verbunden ist, Klinkeneinrichtungen, die ein Drehen des Abstandskörpers um den Basiskörper herum in nur einer Richtung gestatten, wobei der Lagerplattenabschnitt eine durchgehende Lageröffnung aufweist, einen Befestigungskörper mit einem Kopfabschnitt und einem Halsabschnitt, sowie Einrichtungen zum Lagern des Kopfabschnitts des Befestigerkörpers in der Lageröffnung des Lagerplattenabschnitts mit einer Drehbewegung zum festen Einschließen des Kopfabschnitts, wobei die Richtung dieser Drehbewegung der durch die Klinkeneinrichtung gestatteten Richtung einer Drehbewegung entgegengesetzt ist.
4. Schleudergeschweißtes Befestigersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinkeneinrichtung eine Anzahl um entweder den Flanschabschnitt oder den Basiskörper herum gebildeter Zähne einschließt, die in Richtung auf die eine Drehrichtung weisen.
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