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Die Erfindung betrifft ein Befestigungssystem, mit dem ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil aneinander befestigt werden können. Das erste Bauteil hat eine Mehrzahl von Befestigungsvorsprüngen, wobei jeweils zwei Befestigungsvorsprünge eine Befestigungsaufnahme zwischen sich einschließen. Das zweite Bauteil hat ebenfalls eine Mehrzahl von Befestigungsvorsprüngen, wobei jeweils zwei Befestigungsvorsprünge eine Befestigungsaufnahme zwischen sich einschließen. Im verbundenen Zustand der Bauteile stehen die Befestigungsvorsprünge des ersten Bauteils mit den Befestigungsaufnahmen des zweiten Bauteils in Eingriff und umgekehrt.
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Mechanische Verbindungen zwischen zwei Bauteilen kommen in vielen technischen Bereichen zum Einsatz. Dazu gehören die Luftfahrt, Raumfahrt, Automotive, Eisenbahn, Schifffahrt und Bauwesen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Befestigungssystem vorzustellen, bei dem die Bauteile leicht miteinander verbunden werden können, während zugleich eine hohe Festigkeit der Verbindung erreicht wird. Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß sind die Befestigungsvorsprünge des ersten Bauteils mit Kompressionsschlitzen versehen. Durch die erfindungsgemäßen Kompressionsschlitze ergibt sich der Vorteil, dass die Befestigungsvorsprünge beim Herstellen der Verbindung zusammengedrückt werden können, sodass das Herstellen der Verbindung erleichtert wird. Es ist also nicht erforderlich, dass zum Herstellen der Verbindung das Material der Befestigungsvorsprünge in sich komprimiert wird, sondern es findet eine Verformung statt, bei der der Kompressionsschlitz sich verkleinert. Das Material der Befestigungsvorsprünge selbst kann so stabil sein, dass sich eine stabile Struktur ergibt.
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Das erfindungsgemäße Befestigungssystem kann so gestaltet sein, dass lediglich eines der Bauteile Befestigungsvorsprünge mit Kompressionsschlitzen aufweist. Von Vorteil ist es, wenn sowohl bei dem ersten Bauteil als auch bei dem zweiten Bauteil Befestigungsvorsprünge mit Kompressionsschlitzen versehen sind.
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Um lokale Spannungen beim Zusammendrücken der Befestigungsvorsprünge zu vermeiden, kann das innerhalb des Befestigungsvorsprungs liegende Ende des Kompressionsschlitzes im Querschnitt eine abgerundete Form haben. Bevorzugt erstreckt der Kompressionsschlitz sich im Querschnitt betrachtet mit zwei parallelen Seitenwänden in die Tiefe des Befestigungsvorsprungs hinein. Die beiden parallelen Seitenwände können in einer Halbkreisform auslaufen und miteinander verbunden sein.
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Die Bauteile können jeweils mindestens fünf, vorzugsweise mindestens zehn, weiter vorzugsweise mindestens zwanzig Befestigungsvorsprünge umfassen, die jeweils eine entsprechende Anzahl von Befestigungsaufnahmen zwischen sich einschließen. Im verbundenen Zustand steht vorzugsweise eine entsprechende Anzahl von Befestigungsvorsprüngen in Eingriff mit einer gegenüberliegenden Befestigungsaufnahme.
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Die Befestigungsvorsprünge des ersten Bauteils sind vorzugsweise mit einer Hinterschneidung versehen. Gleiches gilt vorzugsweise auch für die Befestigungsvorsprünge des zweiten Bauteils. Hinterschneidung bedeutet, dass der Befestigungsvorsprung bezogen auf die Einführrichtung, in der der Eingriff mit der gegenüberliegenden Befestigungsaufnahme hergestellt wird, zunächst einen Abschnitt aufweist, der in seitlicher Richtung weiter vorspringt, gefolgt von einem Abschnitt, der in seitlicher Richtung weniger weit vorspringt. Der Befestigungsvorsprung des anderen Bauteils muss an dem breiteren Teil vorbeigeführt werden, um mit der Befestigungsaufnahme in Eingriff gebracht zu werden. Durch die Hinterschneidung wird verhindert, dass die Bauteile ohne weiteres wieder voneinander abgezogen werden können. Die Befestigungsvorsprünge und die Befestigungsaufnahme sind vorzugsweise so aneinander angepasst, dass die Kompressionsschlitze nicht zusammengedrückt sind, wenn die beiden Bauteile miteinander verbunden sind.
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Die Hinterschneidung ist vorzugsweise so geformt, dass das Befestigungssystem eine lösbare Verbindung bildet. Umfasst sind auch Ausführungsformen, bei denen die Verbindung nicht lösbar ist.
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Das erste Bauteil kann eine Mehrzahl von Kompressionsschlitzen aufweisen, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Gleiches kann für das zweite Bauteil gelten. Dabei ist vorzugsweise jeder Befestigungsvorsprung mit genau einem Kompressionsschlitz versehen. Die Bauteile können so gestaltet sein, dass dies die einzigen Kompressionsschlitze sind, dass also weitere Kompressionsschlitzen mit anderer Ausrichtung nicht vorgesehen sind. Die Befestigungsvorsprünge können in Richtung der Kompressionsschlitze eine größere Ausdehnung haben als quer dazu. Bezogen auf diese Längsrichtung der Befestigungsvorsprünge können die Befestigungsvorsprünge parallel zueinander angeordnet sein. Die zwischen den Befestigungsvorsprüngen angeordneten Befestigungsaufnahmen können sich parallel zu den Befestigungsvorsprüngen ebenfalls in Längsrichtung erstrecken.
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Die Befestigungsvorsprünge können durch ihre Längsrichtung und durch Anordnung mehrerer Befestigungsvorsprünge in Querrichtung nebeneinander auf dem ersten Bauteil eine Fläche aufspannen. In Querrichtung wird die Fläche also durch einen Wechsel von Befestigungsvorsprüngen und Befestigungsaufnahmen aufgespannt. Gleiches kann für das zweite Bauteil gelten, wobei die Flächen vorzugsweise gleich groß sind. Die Fläche kann beispielsweise die Form eines Rechtecks haben. Je nach Zweckmäßigkeit und Anwendungsfall sind andere Formen der Fläche möglich.
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Die Befestigungsvorsprünge können so gestaltet sein, dass sie in Längsrichtung einen konstanten Querschnitt haben. Der Querschnitt kann bezogen auf die Mitte des Kompressionsschlitzes symmetrisch sein. Die Befestigungsvorsprünge können in Einführrichtung gesehen vorne einen breiteren Abschnitt und darauf folgend einen schmaleren Abschnitt aufweisen. Der Übergang vom breiteren Abschnitt zum schmaleren Abschnitt bildet die Hinterschneidung der Befestigungsvorsprünge. Der breitere Abschnitt hat einen größeren Abstand zur Struktur des Bauteils als der schmalere Abschnitt. Die Befestigungsvorsprünge des ersten Bauteils können einen zueinander identischen Querschnitt haben. Gleiches kann für das zweite Bauteil gelten.
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Die Befestigungsvorsprünge des ersten Bauteils können komplementär zu der Befestigungsaufnahme des zweiten Bauteils gestaltet sein. Die Befestigungsvorsprünge des zweiten Bauteils können komplementär zu der Befestigungsaufnahme des ersten Bauteils gestaltet sein. Komplementär bedeutet, dass die Außenfläche eines Befestigungsvorsprungs des ersten Bauteils, der in eine Befestigungsaufnahme des zweiten Bauteils eingeführt ist, flächig an den Außenflächen der benachbarten Befestigungsvorsprünge des zweiten Bauteils anliegt. Vorzugsweise füllt der Befestigungsvorsprung des ersten Bauteils die Befestigungsaufnahme des zweiten Bauteils vollständig aus, sodass der Kompressionsschlitz des Befestigungsvorsprungs den einzigen Hohlraum innerhalb der Befestigungsaufnahme bildet, wenn die Bauteile miteinander verbunden sind.
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Die Befestigungsaufnahme ist folglich im Querschnitt identisch zu den zugehörigen Befestigungsvorsprüngen, wenn man den Kompressionsschlitz außer Betracht lässt. Durch eine Mehrzahl solcher Befestigungsvorsprünge und Befestigungsaufnahmen in Querrichtung nebeneinander kann eine geschlossene Struktur gebildet werden, innerhalb derer es außer den Kompressionsschlitzen keine weiteren Hohlräume gibt. Insbesondere lässt sich dies verwirklichen, wenn die Befestigungsvorsprünge des ersten Bauteils im Querschnitt identisch zu den Befestigungsvorsprüngen des zweiten Bauteils sind.
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Ein besonders vorteilhaftes Verhältnis aus Festigkeit der Verbindung und Bedienungsfreundlichkeit ergibt sich, wenn die äußere Kontur des Befestigungsvorsprungs im Querschnitt betrachtet aus einer Mehrzahl von kreissegmentförmigen Abschnitten zusammengesetzt ist. An den mittig angeordneten Kompressionsschlitz kann sich ein erstes Kreissegment mit einem ersten Radius anschließen, der einen konvexen Abschnitt des Befestigungsvorsprungs begrenzt. An das erste Kreissegment kann sich ein zweites Kreissegment mit einem zweiten Radius anschließen, das den Befestigungsvorsprüngen ebenfalls konvex begrenzt. Der zweite Radius ist vorzugsweise größer als der erste Radius. Das zweite Kreissegment erstreckt sich vorzugsweise über die breitest Stelle des Befestigungsvorsprungs hinaus. An das zweite Kreissegment kann sich ein drittes Kreissegment mit einem dritten Radius anschließen, das einen konkaven Abschnitt des Befestigungsvorsprungs begrenzt. Der dritte Radius kann gleich dem zweiten Radius sein. An das dritte Kreissegment kann sich ein viertes Kreissegment mit einem vierten Radius anschließen, wobei das vierte Kreissegment einen konkaven Abschnitt des Befestigungsvorsprungs begrenzt. Der vierte Radius kann gleich dem ersten Radius sein. Das vierte Kreissegment kann sich bis zur Mitte der benachbarten Befestigungsaufnahme erstrecken. Daran anschließen kann sich spiegelverkehrt die Kontur des nächsten Befestigungsvorsprungs. Jeder einzelne Befestigungsvorsprung ist vorzugsweise symmetrische bezogen auf den Kompressionsschlitz.
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Die Kontur des Befestigungsvorsprungs kann eine oder mehrere der genannten Kreissegmente in beliebigen Kombinationen miteinander aufweisen. Von Vorteil ist insbesondere eine Kombination des zweiten und dritten Kreissegments, wobei der Radius beider Kreissegmente übereinstimmt. Dadurch ist die Kraft, die beim Zusammenfügen der Bauteile aufgewendet werden muss, um den Befestigungsvorsprung zu komprimieren, genauso groß wie die beim Lösen der Bauteile voneinander erforderliche Kraft.
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Für das erfindungsgemäße Befestigungssystem kommen unterschiedliche Materialien in Kraft. Insbesondere können die Befestigungsvorsprünge aus einem metallischen oder einem nichtmetallischen Material bestehen.
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Das erfindungsgemäße Befestigungssystem kann bei Bauteilen mit einer festen inneren Struktur zum Einsatz kommen, die sich beim Herstellen der Verbindung nicht in ihrer Form verändern. Es ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, dass das Herstellen der Verbindung möglich ist, ohne dass andere Abschnitte des Bauteils als die Befestigungsvorsprünge verformt werden müssen. Eine Anwendung bei Bauteilen aus einem flexiblen Material ist ebenfalls von der Erfindung umfasst.
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Die Befestigungsvorsprünge können integrale Bestandteile des Bauteils sein oder auf geeignete Weise mit dem Bauteil verbunden sein. Möglich ist eine einstückige Herstellung des Bauteils mit den Befestigungsvorsprüngen als Spritzgussteil. Vorteilhaft kann auch eine Herstellung mittels 3-D-Druck sein, mit dem die Hinterschneidungen in Einführrichtung sich leicht herstellen lassen.
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Das einstückige Bauteil umfasst in einer Ausführungsform eine Tragestruktur, an der die Befestigungsvorsprünge angebracht sind. An der Tragestruktur können Mittel vorgesehen sein, über die die Tragestruktur an einer anderen Komponente befestigt werden kann. Auf diese Weise kann das Befestigungssystem verwendet werden, um beliebige Komponenten miteinander zu verbinden.
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Das erfindungsgemäße Befestigungssystem hat den weiteren Vorteil, dass es in feuchter Umgebung ebenso eingesetzt werden kann wie in trockener Umgebung.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand vorteilhafter Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
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1: eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Befestigungssystems im getrennten Zustand;
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2: eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Befestigungssystems im verbundenen Zustand; und
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3: einen Ausschnitt aus 1 in vergrößerter Darstellung.
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Ein in 1 gezeigtes Befestigungssystem umfasst ein erstes Bauteil 14 und ein zweites Bauteil 15. Das erste Bauteil 14 umfasst eine Mehrzahl von Befestigungsvorsprüngen 16. Zwischen jeweils zwei benachbarten Befestigungsvorsprüngen 16 ist eine Befestigungsaufnahme 17 eingeschlossen. In 1 gezeigt sind sieben nebeneinander angeordnete Befestigungsvorsprünge 16 mit sechs dazwischen angeordneten Befestigungsaufnahmen 17. Das Befestigungssystem kann mehr Befestigungsvorsprünge 16 und Befestigungsaufnahmen 17 umfassen als in 1 gezeigt sind.
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Die Befestigungsvorsprünge sind in 1 im Querschnitt dargestellt. In der senkrecht zur Blattebene ausgerichteten Längsrichtung erstrecken die Befestigungsvorsprünge 16 sich mit konstantem Querschnitt. Die Ausdehnung der Befestigungsvorsprünge in Längsrichtung kann beispielsweise fünfmal oder zehnmal so groß sein wie die in 1 sichtbare Breite des Befestigungsvorsprungs. Die Befestigungsvorsprünge 17 überdecken auf diese Weise eine rechteckige Fläche auf dem Bauteil 14 mit einer sich gleichmäßig wiederholenden Struktur.
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Auf entsprechende Weise ist auf der Oberfläche des zweiten Bauteils 15 eine rechteckige Fläche mit Befestigungsvorsprüngen 18 und Befestigungsaufnahmen 19 bedeckt. Die Befestigungsvorsprünge 18 und die Befestigungsaufnahmen 19 des zweiten Bauteils 15 sind identisch geformt wie die Befestigungsvorsprünge 16 und die Befestigungsaufnahme 17 des ersten Bauteils 14. Würde man das erste Bauteil 14 in 1 an einer horizontalen Linie spiegeln und leicht zur Seite schieben, würde es das zweite Bauteil 15 identisch überdecken.
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Die Form der Befestigungsvorsprünge 18 und der Befestigungsaufnahmen 19 wird anhand der vergrößerten Darstellung der 3 näher erläutert. Danach sind die Befestigungsvorsprünge 18 im Querschnitt symmetrisch mit einem Kompressionsschlitz 20, der mittig angeordnet ist und sich in die Tiefe des Befestigungsvorsprungs 18 hinein erstreckt. An seinem unteren Ende läuft der Kompressionsschlitz 20 in einer halbkreisförmigen Kontur aus.
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An den Kompressionsschlitz 20 schließt sich ein erster kreissegmentförmiger Abschnitt r1 mit einem ersten Radius an. Der erste kreissegmentförmige Abschnitt geht über in einen zweiten kreissegmentförmigen Abschnitt r2 mit einem zweiten Radius, wobei der Radius r2 kleiner ist als der Radius r1. Gemeinsam bilden der erste und der zweite kreissegmentförmige Abschnitt einen konvexen Teil der Kontur des Befestigungsvorsprungs 18. An diesen konvexen Teil schließt sich ein konkaver Teil der Kontur des Befestigungsvorsprungs 18 an. Dieser wird gebildet aus einem dritten kreissegmentförmigen Abschnitt r3, der sich unmittelbar an den zweiten kreissegmentförmigen Abschnitt anschließt. Der dritte kreissegmentförmige Abschnitt r3 hat einen dritten Radius, der genauso groß ist wie der Radius r2. An den dritten kreissegmentförmigen Abschnitt r3 schließt sich ein vierter kreissegmentförmiger Abschnitt r4 an, der einen vierten Radius aufweist. Der Radius r4 ist genauso groß wie der Radius r1. Der vierte kreissegmentförmige Abschnitt r4 bildet zugleich die Mitte der benachbarten Befestigungsaufnahme 19.
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Auf diese Weise entsteht eine zueinander komplementäre Form des Befestigungsvorsprungs 18 zu der Befestigungsaufnahme 19. Würde man die 3 an der horizontalen Linie spiegeln, die sich durch den Übergang zwischen dem zweiten kreissegmentförmigen Abschnitt und dem dritten kreissegmentförmigen Abschnitt hindurch erstreckt und eine leichte Verschiebung zur Seite vornehmen, so würden die Befestigungsvorsprünge 18 und die Befestigungsaufnahme 19 sich abgesehen von den Kompressionsschlitzen 20 identisch überdecken.
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Die breiteste Stelle des Befestigungsvorsprungs 18 wird von dem zweiten kreissegmentförmigen Abschnitt r2 gebildet. Der zweite kreissegmentförmige Abschnitt r2 erstreckt sich über die breiteste Stelle hinaus und bildet damit einen Abschnitt, in dem der Befestigungsvorsprung 18 sich wieder verjüngt. Bezogen auf die Einführrichtung bildet diese Verjüngung eine Hinterschneidung, die von den Befestigungsvorsprüngen des anderen Bauteils hintergriffen werden kann.
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Führt man die Bauteile 14, 15 ausgehend von der in 1 gezeigten Position zusammen, so greifen die Befestigungsvorsprünge 16 des ersten Bauteils 14 in die Befestigungsaufnahme 19 des zweiten Bauteils 15 ein und umgekehrt. Die breiteste Stelle der Befestigungsvorsprünge 16 ist etwas breiter als die schmalste Stelle der Befestigungsaufnahme 19, sodass die beiden nicht ohne Widerstand in Eingriff miteinander gebracht werden können. Drückt man die beiden Bauteile 14, 15 zusammen, so wird über die Außenflächen eine Kraft in Querrichtung auf die Befestigungsvorsprünge 16, 18 ausgeübt, durch die die Befestigungsvorsprünge 16, 18 in Querrichtung zusammengedrückt werden.
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In diesem zusammengerückten Zustand können die breitesten Stellen der Befestigungsvorsprünge 16 die breitesten Stellen der Befestigungsvorsprünge 18 passieren, sodass ein vollständiger Eingriff mit den jeweils gegenüberliegenden Befestigungsaufnahmen 17, 19 erreicht wird. Die Befestigungsvorsprünge 16, 18 entspannen sich wieder, sodass die breitesten Stellen sich gegenseitig hintergreifen. Die Verbindung zwischen den Bauteilen 14, 15 kann auf diese Weise hergestellt werden, ohne dass andere Bereiche der Bauteile 14, 15 als die Befestigungsvorsprünge 16, 18 verformt werden müssen.
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Um die beiden Bauteile 14, 15 wieder voneinander zu trennen wird eine Kraft in entgegengesetzte Richtung ausgeübt. Dadurch werden die Befestigungsvorsprünge 16, 18 erneut zusammengedrückt, sodass die breitesten Stellen überwunden werden können. Der dafür erforderliche Kraftaufwand entspricht im Wesentlichen dem Kraftaufwand beim Herstellen der Verbindung.