DE69201864T2

DE69201864T2 - Methode zum verbinden von bauteilen, profil und baueinheit mit einer vielzahl von profilen.

Info

Publication number: DE69201864T2
Application number: DE69201864T
Authority: DE
Inventors: Edvin Clausen; Peter Gundelach
Original assignee: Norsk Hydro ASA
Current assignee: Norsk Hydro ASA
Priority date: 1991-01-31
Filing date: 1992-01-29
Publication date: 1995-11-16
Anticipated expiration: 2012-01-30
Also published as: NO910381D0; NO172361C; WO1992014006A1; US5410855A; EP0569436B1; NO172361B; DE69201864D1; NO910381L; EP0569436A1; JPH06505064A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden von profilierten Elementen zu Struktureinheiten, insbesondere bezieht sie sich auf ein verbessertes Einrasterverbindungsverfahren, auf die angewandten Elemente und auf die durch ein solches Verfahren geschaffenen resultierenden Struktureinheiten.
Das Prinzip der sogenannten Einrasterverbindung ist bekannt und wird seit mehreren Jahrzehnten benutzt, um größere Struktureinheiten zusammenzubauen, wie etwa Karosserieteile, Seitenstücke usw. Die Veröffentlichung DE 1140330 beschreibt ein Ausführungsbeispiel einer solchen Struktureinheit; sie beruht auf einer federnden Verbindung von nebeneinanderliegenden komplementär geformten Rändern von Elementen die mit Hilfe von hervorstehenden Riegeln beziehungsweise von hineingreifenden ausgesparten Nuten zusammengefugt werden. Zusätzlich wird eine locker sitzende Verriegelungsstange hineingeführt und erstreckt sich in Querrichtung nach innen zwischen die durch Reibung haftenden federnden Riegel, um die Sicherung der Verbindung gegen ein Entriegeln zu gewährleisten.
Jedoch, im Falle der Einwirkung von höheren Lasten oder Kräften ist es oft nötig und üblich ein zusätzliches Verbindungsmittel vorzusehen, wie zum Beispiel Verschraubung, (Punkt-) Verschweißen oder Kleben. Verschiedene Nachteile behaften das Anwenden von solchen Verbindungsverfahren, wie etwa das lokale Schwächen des Werkstoffes durch das Lochen und das vorübergehende Aufheizen der Elemente, oder, im Falle des Klebens, bestehen eher strengangesetzte Anforderungen an saubere Oberflächen und es stehen beträchtliche Zeiten zum Trocknen und zum Aushärten an. Diese Methoden gelten im allgemeinen als komplex und zeitaufwendig, Tatsachen welche einen negativen Einfluß auf die Kosten des Verbindungsvorganges ausüben.
Es ist deshalb ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung ein neues Verfahren zu schaffen, welches dazu dient profilierte Elemente zu verbinden, wobei die oben angeführten Schwierigkeiten vermieden werden, und welches zu einfachen und robusten Verbindungen führt, wobei nur auf das gegenseitige verbindende Ineinandergreifen der Elemente aufgebaut wird.
Dieses und andere Ziele werden dadurch verwirklicht, daß passende spezialprofilierte Elemente und ein neues Verfahren zum Verbinden derselben zur Anwendung kommen, so wie es aus den kennzeichnenden Teilen der beigefügten Patentansprüche 3 und 1 hervorgeht.
Die Erfindung wird nun bis ins einzelne beschrieben, dies im Zusammenhang mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel oder -beispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen mit den Figuren 1 bis 5. Hierin ist:
- Figur 1 : ein schematische Ansicht eines Querschnittes durch eine Konfiguration von nebeneinander liegenden Randbereichen von zwei profilierten Elementen die zu verbinden sind,
- Figur 2: eine schematische Illustration des ersten Schrittes eines Verbindungsvorganges,
- Figur 3 : eine Illustration des nachfolgenden Schrittes des Verbindungsvorganges sowie die sich daraus ergebende Verbindung zwischen den profilierten Elementen,
- Figur 4 : eine Ansicht eines vergrößerten Querschnittes von Einzelheiten aus dem Verbindungsbereich, und
- Figur 5 : eine Darstellung einer Struktureinheit die aus einer Mehrzahl von zusammengefügten Profilelementen besteht.
Es sei auf Figur 1 verwiesen, hier zeigt man die profilierten Grundelemente 1, 2, in einem querverlaufenden Schnitt, als langgestreckte extrudierte Hohlprofile aus Leichtmetall-Werkstoffen, zum Beispiel aus Aluminium oder aus Al-Legierungen. Diese Elemente besitzen einem zentralen Bereich 10, 20, der durch Querstege 13, 23 verstärkt ist, sowie sich in Längsrichtung erstreckende Randbereiche 14, 24 mit Formen die sich gegenseitig ergänzen, so daß eine verriegelnde Verbindung zwischen den Elementen geschaffen werden kann, wenn diese nebeneinander liegen und in die Ankoppelung gezwungen werden. Der Randbereich 14 des ersten Elementes 1 ist mit zwei parallelen längsverlaufenden Rippen 15 versehen, welche die leicht nach innen geneigten Wände 11, 12 des zentralen Bereiches 10 des Elementes 1 abschließen. Die Rippen 15 sind mit seitlichen eingeschnittenen Nuten 17 in den geneigten Wänden 11, 12 und mit nach außen gerichteten angrenzenden vorstehenden Riegeln 18 versehen.
Der Randbereich 24 des zweiten Elementes 2 ist dem Randbereich 14 des ersten Teiles zugekehrt und ist mit Verbindungsriegeln 25 versehen, welche sich in Querrichtung in den Schlitz 26 erstrecken der seinerseits durch eine Querwand 27 begrenzt ist, welche die hauptsächlich parallel gegenüberliegenden Seitenwände 21, 22 des zentralen Teiles 20 verbindet.
Die Rippen 15 sind desweiteren vollständig durch einen sich quer erstreckenden Steg 16 miteinander verbunden. Letzterer wird gleichzeitig mit extrudiert und hat eine Länge die größer ist als der senkrechte Abstand zwischen den Rippen und er wird in der Figur als einen V-förmigen querverlaufenden Steg dargestellt, dessen Wandstärke dünner ist als diejenigen des Randbereiches und der Rippen.
Der Grund warum der erste Teil 1 mit leicht nach innen geneigten Wänden 11, 12 versehen ist wird aus der Figur 2 ersichtlich, welche den ersten Schritt des Verbindungsvorganges illustriert. Ausführliche Untersuchungen haben ergeben, daß wenn eine robuste Verbindung zwischen den Elementen hergestellt werden soll, man darauf achten muß, daß die Entstehung einer wesentlichen Reibung zwischen den respektiven Randbereichen im Verlaufe des Verbindungsvorganges verrnieden oder minimiert wird. Dementsprechend und gemäß der vorliegenden Erfindung, ermöglichen die leicht nach innen geneigten Wände 11, 12 ein störfreies Ineinandertügen der Rippen 15 mit den Schlitzen 26 des zweiten Teiles 2. Ein Verformungswerkzeug, welches in Fig. 2 als Ausdehnungswerkzeug 3 veranschaulicht ist, besteht aus einem Dorn 31 der durch ein Ausdehnungsglied 32 aktiviert wird und der in eine Halterung 33 hineingepaßt ist, welch letztere in dem Innenraum des ersten Teiles 1 untergebracht ist. Dieser Aufbau ermöglicht es den ersten Teil 1 selbst als Hebel für die anschließende Verformung des V-förmigen Quersteges 16 zu benutzen, so wie dies in der Figur 3 veranschaulicht ist.
Das Ausdehnungsglied 32, zum Beispiel ein hydraulisch oder pneumatisch aktivierter Schlauch, wird einer Ausdehnung unterworfen, dabei wird es in engen Kontakt mit den darum herum liegenden Wänden der Halterung 33 gebracht und es überträgt den Druck auf den Dorn 31. Auf diese Weise wird eine allmähliche Verformung (Abflachen) des Steges 16 erwirkt, dies als Folge der progressiven vertikalen Bewegung des Dornes 31 in Richtung des Steges 16. Bei der größten vorherbestimmbaren Ausdehnung (Hub) des Dornes 31 wird der Steg 16 gezwungen über den senkrechten Abstand zwischen den Rippen 15 hinaus in eine solche Position zu gehen, in welcher er bündig mit der senkrechten Ebene zwischen seinen einander gegenüberliegenden Randbereichen ist, oder darüber hinaussteht, wobei die Rippen 15 auseinander gespreizt werden, bis eine feste keilfbrmige Verbindung zwischen den beiden Endbereichen 14, 24 erreicht ist, welch letztere sich zu diesem Zwecke gegenseitig in Puncto Form und Ausdehnung ergänzen, um in ihre respektiven Feder- und Nutteile zu passen.
Wie in einer vergrößerten Querschnittsansicht des gemeinsamen Verbindungsbereiches in der Figur 4 gezeigt wird, führt diese besondere Vorgehensweise, die darin besteht daß man den Steg 16 dadurch verformt, daß man das erste Strukturelement 1 als Hebel benutzt, zu einer sehr sanften Verbindungsmethode. Es treten zwischen den Oberflächen der miteinander zu verbindenden Endbereiche 14, 24 der Strukturelemente keine nennenswerte Reibungskräfte auf, welche Verzerrungen (Verformungen) der Seitenwände des Schlitzes 26 und somit eine Schwächung der Verbindung hervorrufen könnten, bis zu dem Moment wo die keilförmige Verbindung, bei maximaler Ausdehnung des verformten Steges 16 erreicht worden ist.
Der Steg 16 kann desweiteren wahlweise an seinen beiden sich gegenüberliegenden Enden mit längsverlaufenden Nuten 19 versehen werden, um dadurch eine eindeutige Kontrolle des Verformungsvorganges zu bewirken. Die erzielte äußerst starke Verbindung basiert demnach nicht in erster Linie auf dem elastischen Rückstelldruck der Rippen 15, sondern auf dem Verriegelungsdruck, welcher durch den bleibend verformten Steg 16 hervorgerufen wird. Messungen der Dehnungskräfte an den belasteten Strukturen, die sich aus der Verbindungen von Profilelementen gemäß dem obigen Verfahren ergeben, zeigen daß das tatsächliche Bersten (Bruch) außerhalb dem Verbindungsbereich auftritt.
Ein Einheit einer solchen Tragstruktur, die als ein Beispiel einer Bodenstruktur 5 ausgebildet ist, zum Beispiel für ein Fahrzeug, ist in Figur 5 dargestellt. Eine Mehrzahl von Profilelementen 1, 2, sind dabei gemäß dem oben beschriebenen Prinzip aneinander gefiigt und miteinander verbunden, und sie erstrecken sich zum Beispiel zwischen zwei Seitenprofilelementen mit einer Konfiguration des Querschnitt es, welche dem Anwendungs/Funktionszweck der vorliegenden strukturellen Einheit angepaßt ist (nicht in der Figur gezeigt).
Das oben beschriebene Verformungswerkzeug wird vorteilhafterweise als Mittel für die Handhabung der Strukturelemente angewendet, Tatsache welche das Zusammenfügen der Elemente in beträchtlicher Weise vereinfacht.
Die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die veranschaulichten und auf die beschriebenen Anwendungsbeispiele beschränkt. Umänderungen können an der Erfindung vorgenommen werden, ohne von der Zielsetzung wie sie in den Patentansprüchen definiert ist abzuweichen. So könnte zum Beispiel der Quersteg anstatt der gezeigten V- förmigen Gestaltung eine gewölbte Form aufweisen und die langgestreckten Grundprofilelemente können aus einem einwandigen zentralen Teil bestehen, anstatt der gezeigten Hohiproflle. Rollende Hilfsmittel anstatt des gezeigten Dornes 31 können ebenfalls als Verformungswerkzeug 3 eingesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zum Verbinden von Strukturelementen, welches die folgenden Schritte beinhaltet:

- Vorsehen eines ersten Elementes (1) mit einem Randbereich (14), welcher zwei im wesentlichen parallel verlaufende Rippen (15) aufweist, welch letztere nach außen hin mit seitlichen unterschnittenen Nuten (17) und daran angrenzenden hervorstehenden Riegeln (18) versehen sind,

- Vorsehen eines zweiten Elementes (2) mit einem Randbereich (24) dessen querverlaufende Querschnittskonfiguration komplementär geformt ist zu den zwei sich gegenüberliegenden Seitenwänden (21, 22), dabei ist jede Seitenwand an seinem Ende mit einem Verbindungsriegel (25) versehen, welcher sich in einen Schlitz (26) hinein erstreckt, welch letzterer durch die genannten gegenüberliegenden Seitenwände (21, 22) und durch eine die genannten Seitenwände verbindende Querwand (27) begrenzt ist, um so mit den Rippen (15) des ersten Elementes im Eingriff zu stehen, und

- Hineinfügen der Rippen (15) in die Schlitze (26), dadurch gekennzeichnet, daß die Riegel (18) durch einen einheitlichen querverlaufenden und nach innen gewölbten Steg (16) miteinander verbunden sind, und daß dabei der gewölbte Quersteg (16) einer permanenten Verformung auf solche Weise ausgesetzt ist, daß der Steg in eine Lage gepreßt wird die bündig ist mit der querverlaufenden Ebene zwischen seinen gegenüberliegenden Rändern oder darüber hinausragt, dies mit Hilfe eines Verformungswerkzeuges (3), welches das erste Element selbst als Hebel benutzt und so die nach außen vorstehenden Riegel (18) seitlich in eine keilförmige Reibungsverbindung ins Innere des Schlitzes (26) des zweiten Elementes hineindrückt.

2. Verfahren laut Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verformungswerkzeug (3) ein Dorn ist und als Handhabungsmittel während dem Zusammenbau der Elemente benutzt wird.

3. Profilelement (1) mit einem Querschnitt der einen zentralen Teil (10) und Randbereiche (14) aufweist, wobei mindestens einer der Randbereiche (14) mit zwei im wesentlichen parallel verlaufenden Rippen (15) versehen sind, welch letztere seitlich abstehende Nuten (17) und daran angrenzende unterschnittene Riegel (18) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (17) mit Hilfe eines einstückigen querverlaufenden und nach innen gewölbten Steges (16) miteinander verbunden sind.

4. Element nach Patentanspruch 3, bei welchem der gewölbte Steg (16) eine dünnere Wandstärke besitzt als die Wandstärke der Rippen (15), und wobei der Steg zusätzlich an seinen sich gegenüberliegenden seitlichen Enden mit längsverlaufenden Aussparungen (19) versehen ist.

5. Element nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Element als extrudiertes Hohlprofil vorgesehen ist.

6. Lasttragende Struktureinheit mit einer Mehrzahl von Profilelementen gemäß Patentanspruch 3 welche gemäß dem in Patentanspruch 1 definierten Verfahren verbunden und verriegelt sind.