NIET- ODER SCHRAUBVERBINDUNG EINES KUNSTSTOFFTEILS MIT EINEM WEITEREN TEIL
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Niet- oder
Schraubverloindung zum Verbinden zweier Bauteile. Der¬ artige Verbindungen werden insbesondere im Bereich des Fahrzeugbaus, insbesondere im Kraftfahrzeugbau, verwendet.
Zum Verbinden zweier Bauteile eignen sich verschiede¬ ne Verbind.ungsverfahren. Zum einen können die Bautei¬ le an entsprechenden Stellen miteinander verklebt oder verschweißt oder auch verlötet werden. Um eine lösbare Verbindung zu schaffen, werden auch Schraub- verbindunojen verwendet, bei denen eine Schraube durch zueinander- angeordnete Öffnungen in den beiden Bau¬ teilen gesteckt und mit einer Mutter oder einer Niet¬ mutter gekontert wird. Eine weitere Alternative für eine lösbare Verbindung sind Nietverbindungen, bei denen anstelle einer Schraube eine Niete durch die
fluchtend angeordneten Durchgangsöffnungen in den beiden zu verbindenden Bauteilen durchgeschoben und anschließend gestaucb_t wird. Die Niete selbst besitzt an einem ihrer Enden einen Nietkopf, der aufgrund seiner Verbreiterung gegenüber dem Nietschaft und den Bauteilöffnungen die Niete auf einer Seite eines Bau¬ teils festlegt. Durch, die Stauchung wird auch am an¬ deren Ende der Niete eine Verbreiterung geschaffen, die hier wie im Folgenden ebenfalls unter Nietkopf zusammenfasst werden soll. Denn prinzipiell ist es möglich, die Niete md_t ihrem Schaft von der einen Seite oder auch von der anderen Seite durch die Durchgangsöffnungen ±.n den Bauteilen zu stecken und die Stauchung dann auf der jeweils anderen Seite an- zubringen. Entscheidend ist lediglich, dass zuletzt auf beiden Seiten der: Durchgangsöffnungen Verbreite¬ rungen vorhanden sind, die die Niete in den Durch¬ gangsöffnungen festlegen.
Die Krafteinleitung "von jedem Bauteil in die Verbin¬ dung erfolgt über den jeweiligen Nietkopf, Schrauben¬ kopf bzw. die Mutter und ist durch die Größe des Kop¬ fes bestimmt.
Niet- und Schraubverloindungen werden dabei herkörran- licherweise insbesondere zur Verbindung von Bauteilen aus Metall, insbesondere aus Blech, verwendet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Niet- oder SchraubVerbindung zur Verfügung zu stellen, die eine gute Krafteinleltung gewährleistet bei gleich¬ zeitig hoher Steifigkeit der Befestigungsstelle.
Diese Aufgabe wird durch eine Niet- oder Schraubver- bindung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiter¬ bildungen der erfindungsgemäßen Niet- oder Schraub-
Verbindung werden in den jeweiligen abhängigen An¬ sprüchen beschrieben.
Eine Verbindung wird nun dadurch erfindungsgemäß wei- tergebildet, dass zumindest das erste Bauteil im Be¬ reich der Verbindung eine topfar"tige Vertiefung in Richtung des zweiten Bauteils aufweist. Diese Vertie¬ fung weist einen Boden, vorteilhsfterweise einen fla¬ chen Boden, auf, in dem die Niet— oder Schraubenöff- nung angeordnet ist. Der Topf weist dabei einen
Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser des Kopfes der in dem Topf angeordneten Niete, Schraube bzw. Mutter. Eine derartige topfartige Ver¬ tiefung kann, wenn von der anderen Seite des ersten Bauteils betrachtet, auch als domartige Erhöhung be¬ zeichnet werden, wobei die Öffnung im Dach des Domes angeordnet ist.
Durch die topfartige Vertiefung bzw. domartige Erhö- hung ergibt sich eine 3D-Struktu.r, durch die eine
Versteifung eines ersten Bauteil,s im Bereich der Nie¬ te bzw. Schraube bewirkt wird. Denn die Seitenwandun¬ gen der topfartigen Vertiefung versteifen die Gesamt¬ struktur, Schwingungen um den Verbindungspunkt werden so verringert oder vermieden.
Ein weiterer Vorteil einer derartigen topfartigen Vertiefung besteht darin, dass zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil ein Abstand entsteht, der der Tiefe der topfartigen Vertiefung entspricht. Sind beispielsweise zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil Dichtungen angeordnet, beispiels¬ weise als Ringdichtung um die topfartige Vertiefung, so kann die Höhe der topfartigerα Vertiefung so einge- stellt werden, dass die Vertiefung als Stopper (Dis¬ tanzhalter) wirkt und die Kompression der Dichtung
beim Befestigen der beiden Bauteile aneinander limi¬ tiert. Dies ermöglicht, die entsprechende Dichtung innerhalb ihres elastischen Bereiches zu komprimie¬ ren, so dass eine zuverlässige Abdichtung cjewährleis- tet ist.
Die erfindungsgemäße Verbindung ist sehr rasch und leicht zu montieren und besitzt ein geringes Gewicht. Insbesondere im Vergleich zu im Kunststoffbereich bisher vorherrschenden Schraubverbindungen ergibt sich eine erheblich vereinfachte Montage bei Verwen¬ dung einer Nietverbindung nach der vorliegenden Er¬ findung.
Dabei sind die erfindungsgemäßen Verbindungen hinrei¬ chend wasserdicht, so dass sie in jeder Hinsicht mit bisherigen Verbindungen konkurrieren können.
Die erfindungsgemäße Verbindung wird insbesondere eingesetzt zur Verbindung mindestens eines ersten Bauteils aus Kunststoff mit einem zweiten Bauteil, das aus Metall oder auch ebenfalls aus Kunststoff be¬ stehen oder Kunststoff enthalten kann. Im Bereich der Kunststoffbauteile werden bisher Nietverbindungen we- gen technischer Schwierigkeiten nicht eingesetzt.
Ist der Durchmesser der topfartigen Vertiefung we¬ sentlich größer als der Durchmesser des Nietkopfes, Schraubkopfes oder der Mutter, so ergibt sich auf- grund des größeren Umfanges der Wandung dex Vertie¬ fung verglichen mit dem Umfang des Kopfes eine erheb¬ lich längere Linie für die Krafteinleitung aus der Verbindung in das Bauteil bzw. umgekehrt. Zwar findet immer noch die Krafteinleitung vom Nietkopf, der Schraube oder der Mutter in den Boden der Vertiefung lediglich im Bereich des Nietköpfes, der Schraube
oder der Mutter statt. Um eine ausreichende Krafteirx- leitung hier zu erzielen, kann daher der Boden der Vertiefung gegenüber dem restlichen ersten Bauteil verstärkt ausgeführt werden. Dies hat jedoch weiter— hin den Vorteil, dass diese Materialdicke lediglich im Bereich des Bodens der Vertiefung erhöht wird, während die Materialstärke im restlichen Bereich des ersten Bauteils gering gehalten werden kann.
Insgesamt ergibt sich also aus der Verbindung in das erste Bauteil eine lange Übergangskante mit einer großen Flächenanbindung.
Die übertragbaren Kräfte sind dadurch nicht mehr be— grenzt, so dass Schwingungen des ersten Bauteils un¬ terdrückt und Risse im ersten Bauteil vermieden wer¬ den können. Die erfindungsgemäße Verbindung ist auch bei starken mechanischen Einwirkungen, wie beispiels¬ weise im Falle eines Aufpralls eines Fahrzeugs mit derartigen Verbindungen auf einen Gegenstand sehr stabil.
Es ist weiterhin bei dieser Verbindung als Nietver¬ bindung nicht erforderlich, eine Niethülse in die Durchgangsöffnungen einzuführen. Durch derartiges di¬ rektes Nieten ergibt sich eine weitere Fertigungsvex- einfachung und Kostenersparnis.
Eine besonders vorteilhafte Verbindung ergibt sich dann, wenn die Wandung der topfartigen Vertiefung keinen kreisförmigen Querschnitt aufweist, sondern beispielsweise in Sterngeometrie ausgeführt wird. Bei dieser Geometrie wird periodisch der Radius des Um— fangs der Wandung längs des Umfangs variiert, so dass sich Aus- und Einbuchtungen der Wandung ergeben.
Hierdurch wird eine Anbindungsflache erzielt, die bei
gleicher Größe einem Vielfachen, z.B. dem Eineinhalbfachen, einer kreisrunden Wandung ent¬ spricht. Die Kontaktstrecke zur Einleitung von Kräf¬ ten in die Verbindung aus dem ersten Bauteil erhöht sich also erheblich, so dass weit größere Kräfte ü- bertragen werden können.
Die Verbindung kann selbstverständlich nicht nur für das erste Bauteil eine topfartige Vertiefung aufwei- sen, sondern auch das zweite Bauteil kann in entspre¬ chender Weise ausgeführt sein. Insofern gilt das für das erste Bauteil bisher und im folgenden gesagte e- benso für das zweite Bauteil. Es ist daher auch mög¬ lich, dass topfartige Vertiefungen des ersten Bau- teils und des zweiten Bauteils an ihren Böden mit den erfindungsgemäßen Verbindungen verbunden werden.
Die erfindungsgemäße Verbindung dient insbesondere der Befestigung von Funktionsmodülen, beispielsweise Fensterheber oder Trennwände zwischen Trockenseite und Nassseite in Kraftfahrzeugen, insbesondere zur Befestigung von Türmodulen an Türinnenblechen. Selbstverständlich ist auch die Befestigung an Türau¬ ßenblechen oder anderen Elementen möglich. Bei Türau- ßenblechen ergibt sich jedoch, dass die erfindungsge¬ mäße Verbindung an nicht sichtbaren bzw. versteckten Bereichen angeordnet werden sollte.
Es wird nun ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Nietverbindung gegeben. Es zeigen
Figur 1 den Querschnitt einer erfindungsgemä¬ ßen Nietverbindung vor dem Stauchen der Niete;
Figur 2 einen weiteren Querschnitt durch eine
solche Nietverbindung;
Figur 3 eine Aufsicht auf ein erstes Bauteil mit einer erfindungsgemäßen Nietver- bindung.
Hier wie im Folgenden werden für gleiche oder ähnli¬ che Bauelemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, so dass unter Umständen auf ihre wieder- holte Beschreibung verzichtet wird.
Figur 1 zeigt den Querschnitt durch eine Nietverbin¬ dung 1 zur Verbindung eines ersten Bauteils 2 mit ei¬ nem zweiten Bauteil 3. Die beiden Bauteile 2 und 3 besitzen zueinander fluchtend angeordnete Durchgangs¬ öffnungen (Nietöffnungen) 4 bzw. 5. Durch diese Niet¬ öffnungen 4 und 5 ist eine Niete 6 gesteckt, die mit ihrem Nietköpf 8 auf der der Verbindung abgewandten Seite des Bauteils 2 anliegt und so das Bauteil 2 in seiner Position festlegt.
Die Niete ist in ungestauchtem Zustand gezeigt, so dass die zweite Verbreiterung auf der der Verbindung abgewandten Seite des Bauteils 3 nicht zu sehen ist. Eine solche Verbreiterung kann in Entsprechung zum Nietkopf 8 ebenfalls dann als Nietkopf bezeichnet werden.
Die Niete 6 durchdringt folglich mit ihrem Nietschaft 7 die erste Öffnung 4 und die zweite Öffnung 5, wobei im vorliegenden Beispiel die Achse 13 des Nietschaf¬ tes 7 senkrecht auf der Verbindungsfläche zwischen den Bauteilen 2 und 3 steht.
Das Bauteil 2 weist eine topfartige Vertiefung 10 auf, wobei von dem Bauteil 2 lediglich mit diese Ver-
tiefung 10 dargestellt ist. Das Bauteil 2 erstreckt sich von der Oberkante dieser topfartigen Vertiefung 10 seitlich, wobei diese Erstreckung nicht weiter dargestellt ist, sondern beispielsweise in Figur 3 gezeigt wird. Die topfartige Vertiefung 10 besitzt eine Wand 11, die um die Achse 13 konisch umläuft. Von dieser Vertiefung 10 ist im Querschnitt der Figur 1 lediglich eine Halbschale dargestellt. Die Vertie¬ fung 10 weist einen ebenen, flachen Boden 12 auf, der flach an dem ebenfalls im Bereich der Nietverbindung flachen Bauteil 3 anliegt und die Verbindungsfläche definiert. Die Wand 11 ist gewellt, so dass sie Aus¬ buchtungen 15 und Einbuchtungen 16 aufweist. Der Querschnitt der Wand in einer Ebene senkrecht zur Achse 13 besitzt damit eine sternförmige, blumenför- mige oder sandkuchenförmige Gestalt. Durch diese sternförmige Gestalt ist die Länge der Wand 11 im Querschnitt wesentlich größer als bei einem kreisrun¬ den Querschnitt. Im vorliegenden Beispiel ist diese Länge um den Faktor 1,8 größer als bei kreisförmigem Querschnitt, so dass sich eine um den Faktor 1,8 ver¬ längerte Kontaktstrecke zwischen dem Boden 12 der Vertiefung und damit der Niete 6 und dem hier nicht dargestellten Rest des Bauteils 1 ergibt. Die Kraft- einleitung aus dem Bauteil in die Niete und umgekehrt wird daher erheblich verbessert.
In diesem Beispiel eines Türmoduls 2 aus Kunststoff beträgt der Durchmesser der Öffnung 4 7,5 mm, der Durchmesser des Nietschaftes 6,4 mm, die Dicke des
Bodens 12 2,5 mm und die Dicke des Bauteils 3 0,8 mm.
Figur 2 zeigt dieselbe Nietverbindung, wobei jedoch lediglich die Vertiefung 10 und die ebenfalls noch nicht gestauchte Niete 6 dargestellt sind.
Figur 3 zeigt ein Türmodul 2 und ein Lautsprecherele¬ ment 3, die miteinander verbunden sind.
Das Türmodul 2 weist hier einen Topf 10 auf, der eine erste Nietöffnung 4 besitzt. Diese Nietöffnung 4 be¬ findet sich mittig im Boden 12 des Topfes 10. Die Wand 11 besitzt wiederum Ausbuchtungen 15 und Ein¬ buchtungen 16, so dass sich ein sternförmiger Quer¬ schnitt der Wand 11 ergibt. Das Türmodul 2 erstreckt sich von der dem Boden 12 abgewandten Kante der Wand 11 seitlich und parallel zum flachen Boden 12 nach außen. In diesem Bereich sind dann die Funktionsele¬ mente des Türmoduls 2, beispielsweise das Lautspre¬ cherelement 3 oder ein Fensterheber, angebracht.
In einem weiteren Beispiel entsprechend den Figuren 1 bis 3 ist die Niete durch eine Schraube und eine Mut¬ ter ersetzt, wobei die Mutter ihrerseits auch am Tür¬ innenblech angeschweißt oder anderweitig befestigt sein kann.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass sie auch in der Großserie einfach und kostengünstig herstellbar ist.
So ist die topfartige Vertiefung insbesondere auch spritzgusstechnisch günstig. Besonders die winklige Anordnung sorgt beispielsweise dafür, dass das Fließ- vexhalten des Spritzgussmaterials (vorzugsweise Kunststoff, dieser kann besonders vorzugsweise als Kunststoff mit Faserzuschlag, etwa PPLGF = Polypropy¬ len mit Langglasfasern, ausgeführt sein) günstig ist. Hierdurch werden Fließprobleme weitgehend vermieden. Auch das Entformen ist entsprechend einfacher.
Vorteilhaft ist außerdem, dass diese topfartige Ver¬ tiefung auch leicht in metallischen Werkstoffen her-
gestellt werden kann. Insbesondere die Formen der Wandung, welche eine umfängsmäßig variable Form (bei¬ spielsweise Sternform) haben, sind auch in einem Stanz- bzw. Prägeprozess leicht herstellbar, ohne dass es zu örtlichen Überbeanspruchungen des Materi¬ als kommt.
Schließlich ist in puncto Stabilität ein großer Vor¬ teil gegeben. Der Bereich um die Durchgangsbohrung des Nietes bzw. der Schraube wird durch die topfarti¬ ge Vertiefung (insbesondere wenn diese Wandung der topfartigen Vertiefung umfangsmäßig variiert ist, z.B. gewellt ist) stark versteift. Hierdurch kommt es nicht mehr zu Brüchen bzw. ein Verziehen im Bereich unmittelbar um die Durchgangsöffnung herum, da durch die versteifende Topfstruktur (insbesondere wenn die¬ se gewellt, sternförmig etc. ist) die Kräfte gleich¬ mäßig auf eine größere Fläche verteilt werden. Ein Vorteil z.B. einer gewellten, sternförmigen Wandung liegt darin, dass durch ihre variable Gestaltung eine Überleitung in angrenzende Geometrien leichter mög¬ lich ist.
Die Erfindung ist insbesondere im Automobilbereich vielfältig anwendbar.
So kann beispielsweise eine vorteilhafte Ausführungs- form vorsehen, dass sowohl das erste als auch das zweite Bauteil entsprechend topfartige Vertiefungen aufweisen, welche komplementär zueinander geformt sind. Hierdurch erleichtert sich zum einen die ..Posi¬ tionierung, zum anderen wird eine noch bessere Ver¬ steifung erreicht (eine Gegenform zur Erreichung ei¬ ner besseren Positionierung ist allerdings nicht un- bedingt nötig, da - zumindest bei Türmodulen - ein Locatorsystem (RPS) üblicherweise eingesetzt wird) .