DE102018124406A1

DE102018124406A1 - Steckkupplung mit Toleranzausgleich

Info

Publication number: DE102018124406A1
Application number: DE102018124406.1A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Heinrichs; Jan Norman Kratzsch; Michael Kahre
Original assignee: Boellhoff Verbindungstechnik GmbH
Current assignee: Boellhoff Verbindungstechnik GmbH
Priority date: 2018-10-02
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2020-04-02
Also published as: CN210599752U; CN110131272B; WO2020069857A1; US12025164B2; US20210355979A1; CN110131272A

Abstract

Eine einteilig ausgebildete Kupplungsaufnahme 1, die in einer langlochförmigen Installationsöffnung 80 eines Bauteils B1 verrastbar ist, einen Aufnahmeraum 40 bereitstellt, in dem Kupplungskopf 14 eines Kupplungsbolzens 10 lösbar verrastbar und in einem verrasteten Zustand in dem Aufnahmeraum 40 geradlinig bewegbar ist, und die die folgenden Merkmale aufweist: eine geschlossen umlaufende Wand 35 eines kuppelartigen Gewölbes umgibt den Aufnahmeraum 40 des Kupplungsbolzens 10, wobei das Gewölbe eine äußere Verraststruktur 44 zum Befestigen der Kupplungsaufnahme 30 in der Installationsöffnung 80 des Bauteils B1, ein offenes Ende mit einer langlochförmigen Einstecköffnung 36 für ein Einstecken des Kupplungsbolzens 10 in einer Einsteckrichtung Rund ein geschlossenes Ende 38 mit einer dazu benachbarten inneren Verraststruktur 56 für den Kupplungskopf 14 des Kupplungsbolzens 10 aufweist, ein langlochförmiger Öffnungsquerschnitt Pder Einstecköffnung 36 sowie ein langlochförmiger innerer Gewölbequerschnitt Qdes Aufnahmeraums 40 jeweils senkrecht zur Einsteckrichtung Rsind durch eine Längsachse Lund eine dazu quer verlaufende kürzere Querachse Qdefiniert, und die innere Verraststruktur 56 des kuppelartigen Gewölbes umfasst an einer Innenwand des Aufnahmeraums zwei einander gegenüberliegend angeordnete innere Raststege 56, die parallel zur Längsachse Ldes inneren Gewölbequerschnitts 42 verlaufen und einen Hinterschnitt entgegengesetzt zur Einsteckrichtung Rbilden, wobei die innere Verraststruktur 56 keine Raststege parallel zur Querachse Qdes inneren Gewölbequerschnitts 42 umfasst und eine Bewegung eines verrasteten Kupplungsbolzens 10 entlang der inneren Raststege 56 im Aufnahmeraum 40 quer zur Einsteckrichtung Rgestattet.

Description

Gebiet der Erfindung
Vorliegende Erfindung betrifft eine einteilig ausgebildete Kupplungsaufnahme, die in einer langlochförmigen Installationsöffnung eines Bauteils verrastbar ist, einen Aufnahmeraum bereitstellt, in dem ein Kupplungskopf eines Kupplungsbolzens lösbar verrastbar und in einem verrasteten Zustand in dem Aufnahmeraum geradlinig bewegbar ist. Zudem betrifft vorliegende Erfindung eine Steckkupplung mit der oben beschriebenen Kupplungsaufnahme und einem Kupplungsbolzen mit Kupplungskopf, der in der Kupplungsaufnahme verrastbar ist. Außerdem wird durch vorliegende Erfindung eine Verbindung eines ersten Bauteils mit mindestens einer langlochförmigen Installationsöffnung für die Kupplungsaufnahme und eines zweiten Bauteils, an dem mindestens ein Kupplungsbolzen mit Kupplungskopf befestigt ist, bereitgestellt. Abschließend beschreibt vorliegende Erfindung ein Herstellungsverfahren für die Kupplungsaufnahme, insbesondere ein Spritzgussverfahren.
Hintergrund der Erfindung
In unterschiedlichen Anwendungsfeldern der Industrie, wie beispielsweise im Automobilbau, unterstützen lösbare Steckverbindungen das universelle Verbinden von mindestens zwei Bauteilen. So werden beispielsweise Leuchten in Fahrzeugkarosserien installiert oder Anbauteile zur Gestaltung eines Fahrzeuginnenraums angebracht.
Neben einer vereinfachten Installation bzw. einem vereinfachten Verbinden von zwei Bauteilen durch eine derartige Steckkupplung dienen diese Konstruktionen auch zur Dämpfung von möglichen Bauteilschwingungen. Auf diese Weise werden beispielsweise Lärmbelästigungen im Fahrzeug reduziert. Ein entsprechendes Beispiel einer derartigen Steckkupplung bestehend aus einer Kupplungsaufnahme und einem Kupplungsbolzen mit Kugelkopf ist in EP 1 746 294 A1 beschrieben. Die Kupplungsaufnahme dieser Steckkupplung besteht aus einem elastischen Material, wie beispielsweise einem Elastomer, um oben genannte Schwingungsdämpfung zu gewährleisten.
Sollten höhere Haltekräfte erforderlich sein, die beispielsweise durch eine elastische Kupplungsaufnahme nicht realisiert werden können, lässt sich der Kupplungskopf auch mit höheren Haltekräften fixieren. Zu diesem Zweck schlägt EP 1 524 440 A1 vor, eine metallische Halteklammer in die Kupplungsaufnahme zu integrieren.
Obige Steckverbindungen haben den Nachteil, dass die Kupplungsaufnahme und der damit zu verbindende Kupplungsbolzen in ihrer Position genau aufeinander ausgerichtet sein müssen. Andernfalls steht die hergestellte Steckverbindung unter mechanischen Spannungen oder ist aufgrund einer Fehlausrichtung von Kupplungsaufnahme und Kupplungsbolzen gar nicht erst realisierbar.
Um diesem Nachteil vorzubeugen, offenbart beispielsweise DE 10 2017 123 424 A1 eine Steckkupplung mit Winkelausgleich. Die Kupplungsaufnahme dieser Steckkupplung verrastet den Kupplungskopf des Kupplungsbolzens derart, dass dieser dennoch in einem bestimmten Winkelbereich verschwenkbar ist. Trotz des Verschwenkens, also der Veränderung der Winkelposition zwischen Kupplungsbolzen und Kupplungsaufnahme, wird die Verbindung zwischen Kupplungsaufnahme und Kupplungsbolzen nicht beeinträchtigt bzw. gelöst. Zu diesem Zweck weist die Kupplungsaufnahme zwar eine innere Verrastung des Kupplungsbolzens auf, ermöglicht aber gleichzeitig über eine langlochförmige Öffnung der Kupplungsaufnahme ein Verschwenken des Schafts des Kupplungsbolzens.
Nur entfernt mit Steckkupplungen verwandt beschreibt DE 40 14 598 C1 eine Verbindungsmöglichkeit, die einen linearen Toleranzausgleich der hergestellten Verbindung gestattet. Zu diesem Zweck wird beispielsweise ein Karosserieteil mit einem Kupplungsbolzen versehen. Eine daran zu befestigende Wandverkleidung weist einen schienenartigen Abschnitt auf, in den der Kupplungskopf eingeklipst werden kann. Darin ist der Kupplungskopf geradlinig verschiebbar angeordnet, um Toleranzen ausgleichen zu können.
DE 39 02 399 A1 beschreibt die Befestigung eines Zierleistenhalters an einem Karosserieblech eines Kraftfahrzeugs. In dem Karosserieblech sind mindestens zwei Installationsöffnungen vorgesehen, in denen jeweils eine elastische verformbare Kupplungsaufnahme für das Ende eines Kupplungsbolzens angeordnet ist. Die mindestens zwei Kupplungsbolzen sind an der Halteleiste bewegbar befestigt. Wenn nämlich die Befestigungspunkte der Halteleiste nicht genau mit den Installationsöffnungen und den darin angeordneten Kupplungsaufnahmen fluchten, müssen diese Toleranzen ausgeglichen werden. Zu diesem Zweck sind die Kupplungsbolzen in der Halteleiste verschieblich angeordnet, sodass Ungenauigkeiten in der Flucht der Installationslöcher vor Herstellen der Verbindung ausgeglichen werden können. Sobald die Verbindung zwischen Karosserieteil und Halteleiste hergestellt ist, sind die Verbindungspunkte über Kupplungsbolzen und Kupplungsaufnahme fixiert. Somit ist vor dem Herstellen der Verbindung ein Ausgleich von Toleranzen möglich. Sobald die Verbindung aber vorliegt, lassen sich Toleranzen aufgrund der fehlenden Bewegbarkeit von Karosserieteil und Trägerleiste jedoch nicht mehr ausgleichen. Dies führt ungünstigerweise zu inneren mechanischen Spannungen der Verbindung, welche die hergestellte Verbindung belasten oder sogar lösen können.
Es ist daher die Aufgabe vorliegender Erfindung, eine im Vergleich zum Stand der Technik angepasste einteilige Kupplungsaufnahme zur Realisierung einer Steckkupplung bereitzustellen, mit der auch nach Herstellen einer Steckverbindung mögliche Toleranzen zwischen den miteinander verbundenen Bauteilen ausgleichbar sind, ohne dadurch die hergestellte Verbindung nachteilig zu belasten.
Zusammenfassung der Erfindung
Die obige Aufgabe wird durch eine einteilig ausgebildete Kupplungsaufnahme gemäß dem unabhängigen Anspruch 1, durch eine Steckkupplung mit dieser Kupplungsaufnahme und einem dazu passenden Kupplungsbolzen mit einem Kupplungskopf gemäß dem unabhängigen Anspruch 8, durch eine Verbindung eines ersten Bauteils mit mindestens einer langlochförmigen Installationsöffnung für eine derartige Kupplungsaufnahme und eines zweiten Bauteils in Kombination mit einem Kupplungsbolzen gemäß dem unabhängigen Anspruch 10 sowie durch ein Herstellungsverfahren für die Kupplungsaufnahme gemäß dem unabhängigen Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten und Weiterentwicklungen vorliegende Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung, den begleitenden Zeichnungen sowie den anhängenden Ansprüchen hervor.
Vorliegende Erfindung offenbart eine einteilig ausgebildete Kupplungsaufnahme, die in einer langlochförmigen Installationsöffnung eines Bauteils verrastbar ist. Zudem zeichnet sich die Kupplungsaufnahme dadurch aus, dass sie einen Aufnahmeraum bereitstellt, indem ein Kupplungskopf eines Kupplungsbolzens lösbar verrastbar und in einem verrasteten Zustand in dem Aufnahmeraum geradlinig bewegbar ist. Des Weiteren weist die Kupplungsaufnahme folgende Merkmale auf: eine geschlossen umlaufende Wand eines kuppelartigen Gewölbes umgibt den Aufnahmeraum des Kupplungsbolzens, wobei das Gewölbe eine äußere Verraststruktur zum Befestigen der Kupplungsaufnahme in der Installationsöffnung des Bauteils, ein offenes Ende mit einer langlochförmigen Einstecköffnung für ein Einstecken des Kupplungsbolzens in einer Einsteckrichtung und ein geschlossenes Ende mit einer dazu benachbarten inneren Verraststruktur für den Kupplungskopf des Kupplungsbolzens aufweist, ein langlochförmiger Öffnungsquerschnitt der Einstecköffnung sowie ein langlochförmiger innerer Gewölbequerschnitt des Aufnahmeraums jeweils senkrecht zur Einsteckrichtung sind durch eine Längsachse und eine dazu quer verlaufende kürzere Querachse definiert und die innere Verraststruktur des kuppelartigen Gewölbes umfasst an einer Innenwand des Aufnahmeraums zwei einander gegenüberliegend angeordnete innere Raststege, die parallel zur Längsachse des inneren Gewölbequerschnitts verlaufen und einen Hinterschnitt bezogen auf die Einsteckrichtung bilden, wobei die innere Verraststruktur keine Raststeg parallel zur Querachse des inneren Gewölbequerschnitts umfasst und eine Bewegung eines verrasteten Kupplungsbolzens entlang der inneren Raststeg im Aufnahmeraum quer zur Einsteckrichtung gestattet.
Aufgrund ihrer Konstruktion stellt die erfindungsgemäße Kupplungsaufnahme einen Aufnahmeraum für den Kupplungsbolzen bereit, der gerade nicht wie eine Kugelpfanne vollständig umlaufend den Kupplungskopf im Aufnahmeraum verrastet. Stattdessen gewährleistet der langlochförmige Gewölbequerschnitt der Kupplungsaufnahme, dass nur an zwei einander gegenüberliegenden Wänden des Gewölbes innere Raststege für den Halt des Kupplungskopfes bereitgestellt werden.
Da die mit inneren Raststegen ausgestatteten inneren Gewölbewände aufgrund des langlochförmigen Gewölbequerschnitts parallel zueinander verlaufen, bilden sie eine schienenähnliche Befestigungsmöglichkeit für den Kupplungsbolzen. Diese schienenähnliche Befestigungsmöglichkeit zeichnet sich dadurch aus, dass entgegen der Einsteckrichtung der Kupplungsbolzen, insbesondere der Kupplungskopf, verrastend gehalten ist, während er quer zur Einsteckrichtung innerhalb des Aufnahmeraums und axial geführt durch die inneren Raststege bewegbar ist.
Diese Bewegungsmöglichkeit gewährleistet, dass Bauteiltoleranzen beim Zusammenbau des ersten und zweiten Bauteils ausgeglichen werden können. Gleichzeitig ist mit dieser Bewegbarkeit des Kupplungskopfes innerhalb der Kupplungsaufnahme aber auch ein Toleranzausgleich innerhalb der bereits hergestellten Verbindung möglich. Denn falls sich beispielsweise durch thermische Belastungen, eine Ausrichtung der beiden Bauteile zueinander ändern sollte, wird dadurch die Verbindung nicht beeinträchtigt. Denn stattdessen verändert der verrastete Kupplungsbolzen innerhalb der Kupplungsaufnahme in Richtung der Längsachse des Gewölbequerschnitts seine Position, wobei die Verbindungsqualität und -stärke erhalten bleiben.
Da vorzugsweise der Gewölbequerschnitt mit seiner langlochförmigen Gestalt über die gesamte Tiefe der Kupplungsaufnahme, d. h. parallel zur Einsteckrichtung, gegeben ist, kann auch der mit dem Kupplungskopf verbundene Schaft des Kupplungsbolzens der Ausgleichbewegung des Kupplungskopfes folgen. Denn diese Ausgleichsbewegung wird durch die Wände der Kupplungsaufnahme nicht behindert und seitlich geführt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Kupplungsaufnahme weist deren Einstecköffnung einen radial auswärts vorstehenden und um die Einstecköffnung umlaufenden Flansch auf, der eine Anlagefläche quer zur Einsteckrichtung bildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung wird die Kupplungsaufnahme in einer langlochförmigen Installationsöffnung eines Bauteils installiert. Diese Installation umfasst ein Einstecken der Kupplungsaufnahme in die in ihrer Form an die Kupplungsaufnahme angepasste Installationsöffnung, wodurch die Kupplungsaufnahme in dieser Installationsöffnung verrastet wird. Dieses Verrasten realisiert das Zusammenspiel des um die Einstecköffnung der Kupplungsaufnahme umlaufenden radial vorstehenden Flansches mit äußeren Raststegen an der Außenseite des kuppelartigen Gewölbes. Da der umlaufende Flansch radial vorsteht, stellt er eine Anlagefläche für das Bauteil benachbart zur Installationsöffnung bereit.
Weiterhin bevorzugt umfasst die Kupplungsaufnahme einen Dichtring, der auf der Anlagefläche des umlaufenden Flansches angeordnet ist.
Während der umlaufende Flansch einerseits die oben beschriebene Abstützfunktion bei der Installation der Kupplungsaufnahme in der Installationsöffnung des Bauteils realisiert, dient er ebenfalls bevorzugt als Anlage- und Stützfläche für eine Dichtung der Kupplungsaufnahme. Diese Dichtung, die bevorzugt als ein umlaufender Dichtring geformt ist, stützt sich an dem umlaufenden Flansch ab. Sobald die Kupplungsaufnahme in der Installationsöffnung des Bauteils verrastet worden ist, wird vorzugsweise der Dichtung zwischen dem Bauteil und dem umlaufenden Flansch der Kupplungsaufnahme in einem komprimierten Zustand gehalten. Dies stellt sicher, dass die Installationsöffnung bei passendem Sitz des Dichtsrings gegen den Eintritt von Flüssigkeiten und Verschmutzung abgedichtet ist.
Um die Position des Rings auf dem Flansch zu unterstützen, weisen ebenfalls bevorzugt die einander gegenüberliegenden längeren Seiten des Flansches in Einsteckrichtung ragende Anlagekanten oder Stege auf. Auf diese Weise wird der dichte Ring in einer rinnenähnlichen Konstruktion zwischen der Außenwand der Kupplungsaufnahme und derartigen Stegen gehalten. Es ist ebenfalls bevorzugt, die Stege in Richtung Außenwand der Kupplungsaufnahme geneigt anzuordnen, um dadurch eine bevorzugte Presspassung oder Klemmung des Dichterings vor der Installation zu unterstützen. Auf diese Weise bilden die seitlich angeordneten Stege am umlaufenden Flansch eine Transportsicherung, sodass die Kupplungsaufnahme gemeinsam mit dem Dichtring zum Installationsort transportiert werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsaufnahme weisen die inneren Raststeg der inneren Verraststruktur eine Auflaufschräge zugewandt zur Einstecköffnung und eine Rast schräge abgewandt von der Einstecköffnung auf und ein Neigungswinkel der Auflaufschräge bezogen auf die Einsteckrichtung ist kleiner als ein Neigungswinkel der Rastschräge bezogen auf die Einsteckrichtung.
Die bevorzugte Formgebung der inneren Verraststruktur in Einsteckrichtung gestaltet bzw. stellt die erforderliche Montagekraft zum Verrasten des Kupplungskopfes in der Kupplungsaufnahme ein. Des Weiteren stellt die Formgebung die Lösekraft für das Entfernen des Kupplungskopfes aus der Kupplungsaufnahme ein. Aufgrund dieses mechanischen Zusammenhangs ist es bevorzugt, dass der Neigungswinkel der Auflaufschräge im Verhältnis zur Einsteckrichtung kleiner ausgebildet ist als der Neigungswinkel der Rastschräge ebenfalls im Verhältnis zur Einsteckrichtung. Dadurch wird sichergestellt, dass dem Werker ein Einsetzen und ein Verbinden von zwei Bauteilen mithilfe der erfindungsgemäßen Kupplungsaufnahme erleichtert wird. Denn der kleinere Neigungswinkel der Auflaufschräge gewährleistet geringere Schubkräfte, um den Kupplungskopf in der Kupplungsaufnahme zu verrasten.
Sobald der Kupplungsbolzen in der Kupplungsaufnahme befestigt ist, stützt sich der Kupplungskopf an den Rastschrägen der inneren Raststege ab. Ein Lösen des Kupplungsbolzens aus der Kupplungsaufnahme ist nur dann möglich, wenn der Kupplungskopf die steiler im Vergleich zu den Auflaufschrägen ausgebildeten Rastschrägen überwindet. Entsprechend wird durch diese Geometrie und den größeren Neigungswinkel sichergestellt, dass die Haltekräfte zwischen Kupplungsaufnahme und Kupplungsbolzen höher sind als die Montagekräfte.
Vorzugsweise wird der Halt des Kupplungsbolzens in der Kupplungsaufnahme dadurch unterstützt, dass die Kupplungsaufnahme aus einem Hartgummi oder Hartplastik besteht. Im Gegensatz zu gängigen Steckkupplungen aus Elastomeren weist das oben genannte Material eine geringe elastische Verformbarkeit auf. Das bedeutet, dass für den Kupplungskopf die Rastschrägen nur dann überwindbar sind, wenn sich die am Kupplungskopf anliegenden Wände der Kupplungsaufnahme in Richtung Querachse des Gewölbequerschnitts nach außen drücken lassen, ohne dass die Wanddicke quer zur Einsteckrichtung elastisch verringert bzw. durch den Kupplungskopf punktuell verformend eingedrückt wird. Eine ähnliche Verformung tritt beispielsweise auf, wenn ein Stab in Längsrichtung komprimiert wird. Auch in diesem Fall wird ein seitliches Ausweichen des in Längsrichtung belasteten Stabes mit dem Begriff ausbuckeln bezeichnet. Das bedeutet, dass sich der Stab quer zur Längsrichtung, in seiner Stärke/Dicke nicht elastisch verformt, sondern die wirkenden mechanischen Spannungen in Längsrichtung durch ein seitliches Ausweichen oder Biegen reduziert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung wird die äußere Verraststruktur durch mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordneter äußerer Raststege gebildet, welche parallel zur Längsachse des inneren Gewölbequerschnitts verlaufen und benachbart zum umlaufenden Flansch der Einstecköffnung angeordnet sind.
Wie bereits oben in Bezug auf die Funktion und Anordnung des umlaufenden Flansches erläutert worden ist, wird die Kupplungsaufnahme in der Installationsöffnung durch die Wechselwirkung bzw. die abstützende Wirkung der äußeren Raststege und des umlaufenden Flansches gehalten. Bevorzugt bieten die längeren äußeren Seiten der Kupplungsaufnahme die Möglichkeit, die äußeren Raststege länger auszubilden, als wenn sie entlang der verbindenden kürzeren Seite der Kupplungsaufnahme angeordnet wären. Nichtsdestotrotz ist es ebenfalls bevorzugt, ergänzend zu den äußeren Raststegen entlang der längeren Außenseiten der Kupplungsaufnahme weitere äußere Raststege entlang der kürzeren Seiten der Kupplungsaufnahme anzuordnen. Dies ist natürlich auch bei einem gebogenen Seitenverlauf möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die äußeren Raststege der äußeren Verraststruktur eine Auflaufschräge abgewandt vom umlaufenden Flansch und eine Rastschräge zugewandt zum umlaufenden Flansch auf und ein Neigungswinkel der Auflaufschräge bezogen auf die Einsteckrichtung ist kleiner als ein Neigungswinkel der Rastschräge bezogen auf die Einsteckrichtung.
Im Hinblick auf die Konstruktion der äußeren Raststege gelten die gleichen geometrischen Gestaltungsideen, wie sie oben im Hinblick auf die inneren Raststege beschrieben worden sind. Daher wird zur Ausgestaltung der äußeren Rast Stege auf die obige Diskussion der Geometrie der inneren Raststege und der entsprechenden Neigungswinkel von Auflaufschräge und Rastschräge verwiesen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsaufnahme ist ein Abstand zwischen einer dem Flansch zugewandten Unterkante des äußeren Raststegs und einer dem Flansch abgewandten und innen liegenden Oberkante des inneren Raststegs größer oder gleich einem inneren Abstand der umlaufenden Wand parallel zur Querachse des Gewölbequerschnitts im Aufnahmeraum des Kupplungskopfes, vorzugsweise in Einsteckrichtung oberhalb der inneren Raststege.
Wie oben bereits erwähnt worden ist, besteht die Kupplungsaufnahme vorzugsweise aus einem Hartplastik oder Hartgummi. Dieses Material liegt in einem hartelastischen Zustand vor, der beispielsweise aus dem Materialgebiet der Thermoplaste bekannt ist. Aufgrund dieser Materialwahl ist eine elastische Verformung der Kupplungsaufnahme beim Einsetzen und Lösen des Kupplungsbolzens eingeschränkt. Daher ist es erforderlich und bevorzugt, dass die Kupplungsaufnahme in Einsteckrichtung eine ausreichend große Tiefe und eine damit verbundene Wandlänge aufweist, die ein Ausbuckeln oder Ausweichen der Wandbereiche quer zur Längsachse des Gewölbequerschnitts erlauben, um den Kupplungskopf über die innere Verraststruktur einzusetzen und zu entfernen. In diesem Zusammenhang ist es von Bedeutung, dass sich im installierten Zustand die Kupplungsaufnahme mit der Unterkante der äußeren Raststege in Richtung des Flansches an der Innenseite der Installationsöffnung des Bauteils abstützt. Entsprechend verhindert der Rand der Installationsöffnung ein Ausweichen der Außenseite der Kupplungsaufnahme radial auswärts bezogen auf die Installationsöffnung. Der Kupplungskopf muss beim Lösen die Rastschräge der inneren Verraststruktur überwinden. Die nach außen gerichteten Druckkräfte auf die Rastschräge der inneren Verraststruktur lösen ein seitliches Krümmen der Außenwand der Kupplungsaufnahme aber nicht ein elastisches Eindrücken des inneren Raststegs aus. Dieses Krümmen ist bei dem bevorzugten hartelastischen Material der Kupplungsaufnahme nur dann ausreichend zum Lösen des Kupplungskopfes, wenn der Abstand zwischen der bezogen auf den Flansch gesehenen Oberkante des inneren Raststegs und der Unterkante des äußeren Raststegs eine ausreichende Länge zum Aufkrümmen bereitstellt. Diese Länge ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung größer oder gleich dem inneren Abstand der umlaufenden Wand parallel zur Querachse des Gewölbequerschnitts im Aufnahmeraum des Kupplungskopfes der Kupplungsaufnahme.
Vorliegende Erfindung umfasst zudem eine Steckkupplung mit einer Kupplungsaufnahme gemäß der oben beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen und mit einem Kupplungsbolzen mit einem Kupplungskopf, vorzugsweise ein kugelförmiger Kupplungskopf, der in der Kupplungsaufnahme verrastbar ist.
In Kombination mit der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Kupplungsaufnahme ist ein bekannter Kupplungsbolzen mit einem kugelförmigen Kopf verwendbar. Derartige Kupplungsbolzen zeichnen sich beispielsweise durch einen Kugelkopf und einen sich daran anschließenden Schaft mit einem Befestigungsende aus. Neben dem Kugelkopf sind aber auch linsenförmige Köpfe oder anders geformte Köpfe denkbar, solange sie eine Verdickung bilden, die in der Kupplungsaufnahme verrastbar ist.
Als Befestigungsende für den Schaft des Kupplungsbolzens dient beispielsweise ein Gewindeabschnitt. Es ist ebenfalls denkbar, den Kupplungsbolzen in eine Öffnung einzukleben oder mit einem Bauteil zu verschweißen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steckkupplung weist der Kupplungsbolzen axial unterhalb des Kupplungskopfes zwei diametral zueinander angeordnete Stege oder Flügel auf, die innerhalb der Kupplungsaufnahme einen Versatz des verrasteten Kupplungskopfes parallel zur Längsachse des Gewölbequerschnitts blockieren.
Gemäß unterschiedlicher bevorzugter Ausgestaltungen vorliegender Erfindung wird die erfindungsgemäß bevorzugte Kupplungsaufnahme zur Bereitstellung eines Loslagers und eines Festlagers verwendet. Der Begriff Loslager bezeichnet in diesem Zusammenhang die Verbindung zwischen Kupplungsaufnahme und Kupplungsbolzen, in der der Kupplungsbolzen innerhalb der Kupplungsaufnahme im verrasteten Zustand eine lineare Ausgleichsbewegung durchführen kann. Der Begriff Festlager bezeichnet eine Verbindung aus Kupplungsaufnahme und Kupplungsbolzen, der keine Bewegung des Kupplungsbolzens innerhalb der Kupplungsaufnahme zulässt, sobald die Verbindung zwischen Kupplungsaufnahme und Kupplungsbolzen hergestellt worden ist. Während die oben beschriebenen Ausgestaltungen der Kupplungsaufnahme in Kombination mit einem Kupplungsbolzen mit einem runden Schaft ein Loslager bereitstellen, wird durch den Kupplungsbolzen mit den zwei diametral zueinander angeordneten Stegen oder Flügeln ein Festlager realisiert. Denn sobald der Kupplungsbolzen mit den Stützstegen bzw. Stützflügeln innerhalb der Kupplungsaufnahme verrastet ist, verhindern diese Stützstege oder Stützflügel eine Bewegung des Kupplungsbolzens entlang der Längsachse des Gewölbequerschnitts der Kupplungsaufnahme.
Vorliegende Erfindung umfasst zudem eine Verbindung eines ersten Bauteils mit mindestens einer langlochförmigen Installationsöffnung, in der jeweils die Kupplungsaufnahme gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen befestigt ist, sowie eines zweiten Bauteils, an dem mindestens ein Kupplungsbolzen mit einem Kupplungskopf, vorzugsweise einem kugelförmigen Kupplungskopf, über ein dem Kupplungskopf abgewandtes Befestigungsende befestigt ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform obiger Verbindung weist das zweite Bauteil mindestens zwei Kupplungsbolzen auf, von denen ein Kupplungsbolzen axial unterhalb des Kupplungskopfes zwei diametral zueinander angeordnete Stege oder Flügel umfasst, die innerhalb der Kupplungsaufnahme einen Versatz des verrasteten Kupplungskopfes parallel zur Längsachse des Gewölbequerschnitts blockieren, um eine Verbindung mit konstanter Position in einer Bezugsfläche zu bilden.
Wie bereits oben erläutert worden ist erzielt die Verbindung aus Kupplungsaufnahme und Kupplungsbolzen mit zwei diametral zueinander angeordneten Stützstegen oder Stützflügeln eine bezogen auf eine Fläche konstante Position der Verbindung. Gleichzeitig wird ebenfalls eine Verbindung mit konstanter Position des zweiten Bauteils in Bezug auf das erste Bauteil realisiert. Denn sobald der Kupplungsbolzen mit diametral angeordneten Stützstegen oder Stützflügeln innerhalb der Kupplungsaufnahme verrastet ist, lässt sich der Kupplungsbolzen innerhalb der Kupplungsaufnahme weder linear verschieben noch drehen, sodass die eingestellte Position von erstem und zweitem Bauteil relativ zueinander konstant bleibt.
Vorliegende Erfindung offenbar zudem ein Herstellungsverfahren für die oben beschriebene Kupplungsaufnahme in ihren unterschiedlichen bevorzugten Ausgestaltungen. Dieses Herstellungsverfahren weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellen einer Spritzgussform mit den komplementären Merkmalen bezüglich der oben beschriebenen Ausführungsformen der Kupplungsaufnahme, Spritzgießen der Kupplungsaufnahme in der bereitgestellten Spritzgussform und Entformen der Kupplungsaufnahme aus der Spritzgussform.
In diesem Zusammenhang ist es erfindungsgemäße bevorzugt, die Kupplungsaufnahme aus einem Hartgummi oder einem Hartplastik herzustellen, welches eine geringere Elastizität als übliche Elastomere aufweist.
Figurenliste
Die bevorzugten Ausführungsformen vorliegender Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung einer Steckkupplung mit bevorzugter Kupplungsaufnahme, Dichtring und Kupplungsbolzen mit im Querschnitt rundem Schaft,
2 eine bevorzugte Ausführungsform des Kupplungsbolzens mit zwei diametral zueinander angeordneten Stegen oder Flügeln,
3 a) eine Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Steckkupplung mit Kupplungsaufnahme und Kupplungsbolzen parallel zur Querachse des Gewölbequerschnitts der Kupplungsaufnahme,
3 b) eine Schnittdarstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Steckkupplung mit Kupplungsaufnahme und Kupplungsbolzen parallel zur Querachse des Gewölbequerschnitts der Kupplungsaufnahme,
3 c) eine Schnittdarstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Steckkupplung mit Kupplungsaufnahme und Kupplungsbolzen parallel zur Querachse des Gewölbequerschnitts der Kupplungsaufnahme,
4 ein Schnitt entlang der Linie B-B aus 3,
5 a) ein Schnitt entlang der Linie B-B aus 3 durch eine Kupplungsaufnahme, in die ein Kupplungsbolzen mit gegenüberliegend angeordneten Stützflügeln oder Stützstegen eingesetzt ist,
5 b) eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Kupplungsbolzens mit zwei diametral zueinander angeordneten Stegen oder Flügeln,
6 eine Außenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Kupplungsaufnahme,
7 eine weitere Außenansicht einer bevorzugten Kupplungsaufnahme,
8 eine Außenansicht der Kupplungsaufnahme aus 7 mit Dichtring,
9 eine perspektivische Darstellung der bevorzugten Kupplungsaufnahme mit Dichtring,
10 eine Schnittdarstellung gemäß 3 ohne Bauteil und ohne installierten Kupplungsbolzen,
11 eine Schnittdarstellung gemäß 4 ohne Bauteil und ohne installierten Kupplungsbolzen und
12 ein Flussdiagrammen einer bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens der Kupplungsaufnahme.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steckkupplung 1. Diese besteht aus einem Kupplungsbolzen 10 und einer Kupplungsaufnahme 30. In unterschiedlichen bevorzugten Ausführungsformen der Steckkupplung 1 wird die Kupplungsaufnahme 30 mit einem Dichtring 70 kombiniert.
Mit der Steckkupplung 1 werden ein erstes Bauteil B1 und ein zweites Bauteil B2 auf einfache Weise lösbar miteinander verbunden. Ein Beispiel derartiger Verbindungen ist die Befestigung von Anbauteilen, wie Leuchten, Verkleidungen und dergleichen, an der Karosserie eines Kraftfahrzeugs. Je nach Konstruktion und Größe der Anbauteile werden diese mit Hilfe einer oder mehreren Steckkupplungen 1 befestigt. Entsprechend sind vorzugsweise im ersten Bauteil B1 eine Mehrzahl von Installationsöffnungen 80 vorgesehen, in denen jeweils die Kupplungsaufnahme 30 verrastet wird. Es ist ebenfalls bevorzugt, die Kupplungsaufnahme 30 fest in der Installationsöffnung 30 zu fixieren, vorzugsweise durch Kleben.
Das zweite Bauteil B2 ist mit mindestens einem Kupplungsbolzen 10 ausgestattet. Dieser wird zum Herstellen einer Verbindung in die Kupplungsaufnahme 30 eingeführt und dort verrastet. Für eine derartige Verbindung ist die Kombination der Kupplungsaufnahme 30 und des Kupplungsbolzens 10 bevorzugt, wenn zwischen den verbundenen Bauteilen B1 und B2 Toleranzen ausgeglichen werden müssen. Denn der Kupplungsbolzen 10 ist aufgrund des runden Schafts 12 in der Lage, lineare Ausgleichsbewegungen innerhalb der Kupplungsaufnahme 30 durchzuführen, um Toleranzen auszugleichen. Eine derartige Verbindung mit der Eigenschaft, Ausgleichsbewegungen zwischen den verbundenen Bauteilen B1, B2 zuzulassen, bezeichnet man als Loslager.
Es ist ebenfalls von praktischer Bedeutung, zwei Bauteile B1, B2 über mindestens ein Festlager miteinander zu verbinden. In diesem Fall gestattet die Steckkupplung 1' bestehend aus der Kupplungsaufnahme 30 und einer bevorzugten Ausführungsform des Kupplungsbolzens 10' keine Relativbewegung zwischen der Kupplungsaufnahme 30 und dem Kupplungsbolzen 10' im verrasteten Zustand der beiden. Wie man anhand von 2 sieht, weist der Kupplungsbolzen 10' für ein Festlager wie der Kupplungsbolzen 10 einen Kupplungskopf 14, einen Schaft 12 und ein Befestigungsende 16 am Schaft 12 auf.
Zusätzlich erstrecken sich bevorzugt von dem Schaft 12 in einer diametralen einander gegenüberliegenden Anordnung zwei Flügel oder Stege 18. Die Flügel oder Stege 18 sind in Richtung einer möglichen Versatzrichtung des Kupplungsbolzens 10' innerhalb der Kupplungsaufnahme 30 angeordnet. Auf diese Weise wird eine Ausgleichsbewegungen des Kupplungsbolzens 10' innerhalb der Kupplungsaufnahme 30 verhindert, welche für den Kupplungsbolzen 10 innerhalb der Kupplungsaufnahme 30 möglich wäre. Auf diese Weise bildet die Verbindung aus Kupplungsaufnahme 30 und Kupplungsbolzen 10' mit Flügeln 18 ein Festlager der beiden miteinander verbundenen Bauteile B1, B2.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen vorliegender Erfindung sind bspw. langgestreckte zweite Bauteile B2 aufgrund thermischer Belastungen Längenschwankungen ausgesetzt, die eine Verbindung zum ersten Bauteil B1 mit Toleranzausgleich erfordern. Gleichzeitig muss aber auch gewährleistet sein, dass das zweite Bauteil B2, vorzugsweise eine langgestreckte Heckleuchte mit einer Länge im Bereich von 1-2 m, verlässlich an einer definierten Position in der Karosserie unverrückbar befestigt ist. Daher werden toleranzbelastete Bauteile B2 über mindestens zwei Steckkupplungen 1 verbunden, die ein Loslager und ein Festlager bilden (siehe oben). Entsprechend wird bevorzugt eine langgestreckte Heckleuchte als zweites Bauteil B2 mit mehreren Kupplungsbolzen 10, 10' ausgestattet, von denen ein Kupplungsbolzen 10' die Flügel 18 umfasst. Dieser definiert die feste Befestigungsposition der Heckleuchte, während Toleranzen in der Verbindung über die Steckkupplung 1 bestehend aus dem Kupplungsbolzen 10 und der Kupplungsaufnahme 30 ausgeglichen werden.
Zur Illustration eines Festlagers zeigt 5 a einen Kupplungsbolzen 10' mit Flügeln 18, der in der Kupplungsaufnahme 30 verrastet ist. Man erkennt, dass die Flügel 18 quer zur Einsteckrichtung R_E des Kupplungsbolzens 10' in die Kupplungsaufnahme 30 unmittelbar benachbart zu einer Innenwand 32 der Kupplungsaufnahme 30 enden. Dadurch sind Ausgleichsbewegungen des Kupplungsbolzens 10' quer zur Einsteckrichtung R_E innerhalb der Kupplungsaufnahme 30 verhindert.
Eine bevorzugte alternative Ausgestaltung des Kupplungsbolzen 10" ist in 5 b gezeigt. In dieser Konstruktion weisen die Flügel 18' eine geringere axiale Erstreckung im Vergleich zu 5 a auf. Um dennoch eine Bewegung des Kupplungsbolzens 10" innerhalb des Aufnahmeraums 40 der Kupplungsaufnahme 30 über die Flügel 18" blockieren zu können, ist der Schaft 12' mit einem langlochförmigen Querschnitt ausgebildet. Die längere Seite des langlochförmigen Querschnitts des Schafts 12' verläuft parallel zur Längsachse L₄₂ des Gewölbequerschnitts 42.
Vorzugsweise sind am Schaft 12' und/oder am Kopf 14' Flächensegmente F₁₂ und F₁₄ angeordnet (siehe 5 b), die parallel zur Längsachse L₄₂ verlaufen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung entspricht die Dicke des Schafts 12' parallel zur Querachse Q₄₂ der Quer-Breite B₄₀ des Aufnahmeraums 40. Ist der Kupplungsbolzen 10" in der Kupplungsaufnahme 30 verrastet, stützen sich die Flächensegmente F₁₂ und F₁₄ an der Innenwand 32 der Kupplungsaufnahme 30 ab. Die passgenaue Verbindung unterstützt die Haltekräfte und realisiert einen bevorzugten integrierten Formschluss zwischen Kupplungsaufnahme 30 und Kupplungsbolzen 10".
Die Verbindung eines bevorzugten Loslagers zeigen die 3 a-c und 4. Der in der Kupplungsaufnahme 30 angeordnete Kupplungsbolzen 10 ist dort in der Lage, Ausgleichsbewegungen A quer zur Einsteckrichtung R_E durchzuführen. Dadurch wird die Verbindung zwischen dem Kupplungsbolzen 10 und der Kupplungsaufnahme 30 nicht beeinträchtigt oder gelockert.
Die Kupplungsaufnahme 30 der 1 ist in einer vergrößerten perspektivischen Darstellung in 9 gezeigt. Seitliche Darstellungen gehen aus den 6 bis 8 hervor.
Die Kupplungsaufnahme 30 umfasst eine geschlossen umlaufende Wand 35 ohne Durchbrüche, die die Innenwand 32 und die Außenwand 34 bildet. Die umlaufende Wand 35 definiert betrachtet in Einsteckrichtung R_E zunächst eine langlochförmige Einstecköffnung 36. Durch die Einstecköffnung 36 wird der Kupplungsbolzen 10; 10' in die Kupplungsaufnahme 30 eingesteckt und dort verrastet.
Aufgrund der langlochförmigen Gestalt der Einstecköffnung 36 ist ein Öffnungsquerschnitt P der Einstecköffnung 36 durch eine Längsachse L₃₆ und eine kürzere Querachse Q₃₆ beschreibbar. Zudem definiert die umlaufende Wand 35 ein Gewölbe mit einem inneren Aufnahmeraum 40 und einem geschlossenen Ende 38 der Kupplungsaufnahme 30. Der innere Aufnahmeraum 40 ist durch einen langlochförmigen Gewölbequerschnitt 42 quer zur Einsteckrichtung R_E qualifiziert. Der Gewölbequerschnitt 42 ist ebenfalls durch eine Längsachse L₄₂ und eine Querachse Q₄₂ definiert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der Gewölbequerschnitt 42 im Wesentlichen dem Öffnungsquerschnitt P der Einstecköffnung 36. Denn die umlaufende Wand 35 mit der Innenwand 32 erstreckt sich annähernd senkrecht zu dem Flansch 50, der die Einstecköffnung 36 umgibt.
Der Flansch 50 erstreckt sich vorzugsweise senkrecht zur Außenwand 34 nach außen und bildet eine erste und eine zweite Anlagefläche 52, 54. Die erste Anlagefläche 52 dient vorzugsweise als Stützfläche in einer Verbindung der Kupplungsaufnahme 30 mit dem ersten Bauteil B1. Denn sobald die Kupplungsaufnahme 30 in die langlochförmige Installationsöffnung 80 eingesetzt worden ist, stützt sich die erste Anlagefläche 52 am ersten Bauteil B1 ab.
In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, zwischen dem Flansch 50 und dem ersten Bauteil B1 eine Dichtung, insbesondere einen Dichtring 70, anzuordnen. Der Dichtring 70 wird zwischen der ersten Anlagefläche 52 des Flansches 50 und dem ersten Bauteil B1 komprimiert, um eine bevorzugt flüssigkeitsdichte und gegen Verschmutzung abgedichtete Verbindung zwischen der Kupplungsaufnahme 30 und dem ersten Bauteil B1 zu realisieren.
Vorzugsweise besteht der umlaufend angeordnete Dichtring 70 aus Moosgummi, Gummi, Silikon oder einem anderen geeigneten Dichtmaterial.
Um den bevorzugt angeordneten Dichtring 70 im komprimierten Zustand zwischen der Anlagefläche 52 und dem ersten Bauteil B1 nicht zu überlasten, sind Anlagestege 53 am Flansch 50 vorgesehen. Die Anlagestege 53 erstrecken sich von der Anlagefläche 52 in Einsteckrichtung R_E . Vorzugsweise sind zwei einander gegenüberliegend angeordnete Anlagestege 53 parallel zur Längsachse L₃₆ der Einstecköffnung 36 vorgesehen. Es ist ebenfalls bevorzugt, weitere Anlagestege parallel zur Querachse Q₃₆ oder einen am Flansch 50 umlaufenden Anlagesteg 53 anzuordnen.
In der Verbindung zwischen der Kupplungsaufnahme 30 und dem ersten Bauteil B1 stützen sich die Anlagestege 53 am ersten Bauteil B1 ab. Der Dichtring 70 weist in Einsteckrichtung R_E bevorzugt eine Dicke auf, die größer ist als die Länge des Anlagestegs 53 in Einsteckrichtung R_E . Dadurch wird der Dichtring 70 in der Verbindung zwar abdichtend komprimiert, aber nicht durch die Verbindung überlastet oder beschädigt.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Anlagesteg 53 bei übermäßiger mechanischer Belastung in der Verbindung mit dem Bauteil B1 seitlich ausweicht. Dadurch wird eine mechanische Überlastung des Flansches 50 und der Kupplungsaufnahme 30 vermieden.
Wird die Kupplungsaufnahme 30 in die langlochförmige Installationsöffnung 80 eingesteckt, verrastet sie dort mithilfe der äußeren Verraststruktur. Die äußere Verraststruktur umfasst äußere Raststege 44, die parallel zur Längsachse L₃₆ , L₄₂ des Öffnungsquerschnitts P und des Gewölbequerschnitts 42 verlaufen und einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Die äußeren Raststeg 44 haben eine Auflaufschräge 46, auf die ein Rand der Installationsöffnung 80 beim Einsetzen der Kupplungsaufnahme 30 in die Installationsöffnung 80 aufläuft. Zudem hat der Raststeg 44 eine Rast schräge 48, hinter bzw. an der sich der Rand der Installationsöffnung 80 des ersten Bauteils B1 verrastet.
Wie man beispielsweise anhand von 10 erkennen kann, ist ein Neigungswinkel α der Auflaufschräge 46 kleiner als ein Neigungswinkel β der Rastschräge 48. Durch diese geometrische Gestaltung ist gewährleistet, dass eine Installationskraft zum Verrasten der Kupplungsaufnahme 30 über die Auflaufschräge 46 in der Installationsöffnung 80 kleiner ist als eine Lösekraft zum Lösen der Kupplungsaufnahme 30 über die Rastschräge 48 aus der Installationsöffnung 80.
In Analogie zur äußeren Verraststruktur ist im Aufnahmeraum 40 der Kupplungsaufnahme 30 eine innere Verraststruktur zum lösbaren Verrasten des Kupplungsbolzens 10; 10' vorgesehen. Die innere Verraststruktur umfasst zwei einander gegenüberliegend angeordnete Raststege 56. Die Raststege 56 verlaufen bevorzugt parallel zur Längsachse L₃₆ , L₄₂ der Einstecköffnung 36 oder des Gewölbequerschnitts 42. Zudem weisen die inneren Raststege 56 jeweils eine der Einstecköffnung 36 zugewandte Auflaufschräge 58 auf. An der der Einstecköffnung 36 abgewandten Seite der inneren Raststege 56 ist eine Rastschräge 60 für den Kupplungsbolzen 10; 10' vorgesehen. In Analogie zu den äußeren Raststegen in 44 gilt, dass ein Neigungswinkel γ der Auflaufschräge 58 kleiner ist als ein Neigungswinkel δ der Rastschräge 60.
Somit ist bevorzugt die Installations- oder Verbindungskraft des Kupplungsbolzens 10; 10' zum Überwinden der Auflaufschräge 58 kleiner als eine Lösekraft zum Überwinden der Rastschräge 60. Daher ist die Stärke der Verbindung zwischen dem Kupplungsbolzen 10; 10' und der Kupplungsaufnahme 30 bevorzugt über den Neigungswinkel δ der Rastschräge 60 einstellbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung ist die Stärke der Verbindung zwischen dem Kupplungsbolzen 10; 10' und der Kupplungsaufnahme 30 über einen Abstand D₅₆ der einander gegenüberliegend angeordneten inneren Raststeg 56 einstellbar. Denn beim Lösen der Verbindung muss der Kupplungskopf 14 mit seinem Kopfdurchmesser die inneren Raststeg 56 gegen die Rückhaltekraft der Wand 35 nach außen drücken und diese passieren. Aufgrund des hochelastischen Materials der Kupplungsaufnahme 30 drückt sich dabei der Kupplungskopf 14 nicht elastisch in die Wand 35 hinein. Vorzugsweise weist der Aufnahmeraum 40 in Einsteckrichtung R_E oberhalb der inneren Raststege 56 parallel zur Querachse Q₄₂ , Q₃₆ eine Breite B₄₀ auf. Die Breite B₄₀ entspricht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung einem Durchmesser des Kupplungskopfes 14. Um die Lösekräfte des Kupplungskopfes 14 aus der Kupplungsaufnahme 30 ausreichend hoch einzustellen, ist es bevorzugt, wenn für den Abstand D 56 der inneren Raststege 56 gilt: $0,65 \cdot B_{40} \leq D_{56} \leq 0,9 \cdot B_{40},$
vorzugsweise $0,78 \cdot B_{40} \leq D_{56} \leq 0,82 \cdot B_{40}_{.}$
Entsprechend der oben angegebenen Dimensionen wird der Kupplungskopf 14 bevorzugt in der Kupplungsaufnahme 30 reibschlüssig und formschlüssig gehalten, wenn der Durchmesser des Kupplungskopfes der Breite B₄₀ entspricht oder größer ist.
Es ist ebenfalls bevorzugt, für die Führung des Kupplungskopfes 14 im Aufnahmeraum 40 eine Zentrierung des Kupplungskopfes 14 im Aufnahmeraum 40 bereitzustellen. In diesem Fall ist der Abstand D₅₆ der Raststege 56 gleich dem inneren Wandabstand B₄₀ im Aufnahmeraum 40, so dass die inneren Raststege 56 gar nicht vorhanden sind.
In einer bevorzugten Verbindung der beiden Bauteile B1, B2 mit mindestens zwei Steckkupplungen realisiert beispielsweise eine Kupplungsaufnahme 30 mit der Dimensionierung D₅₆<B₄₀ eine kraft- und formschlüssige Verbindung, die als Fest- oder Loslager ausgebildet sein kann. Diese Verbindung ist für die definierte Positionierung und/oder Anordnung der beiden Bauteile B1, B2 zueinander ausreichend. Entsprechend dient die zweite Steckkupplung mit der Kupplungsaufnahme 30 ohne innere Raststege 56, d.h. D₅₆=B₄₀, als Führung für den Kupplungsbolzen 10 bei auftretenden Toleranzen oder dergleichen.
Um den Lastabtrag zwischen dem Kupplungsbolzen 10 und der angrenzenden Innenwand 32 zu unterstützen, ist es ebenfalls bevorzugt, den Kupplungskopf 14 und den Schaft 12 anstelle der runden Form mit abgeflachten Flächensegmenten F₁₄ , F₁₆ auszustatten. Diese würden bevorzugt parallel zur Längsachse L₄₂ verlaufen und in der Verbindung an der Innenwand 32 lastabtragen anliegen.
Zum Einsetzen und Lösen des Kupplungskopfes 14 aus der Kupplungsaufnahme 30 muss der Kupplungskopf 14 die Abschnitte der Wand 35 mit den inneren Raststegen 56 nach außen drücken. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kupplungsaufnahme 30 besteht diese gerade nicht aus einem elastisch verformbaren Material, ähnlich einem Elastomer. Ein derart elastisches Material würde bei häufigen Lastwechseln zwischen den beiden Bauteilen B1, B2 keinen ausreichenden Halt für den Kupplungsbolzen 10; 10' bieten, sodass sich die Verbindung lösen könnte.
Daher wird die Kupplungsaufnahme 30 vorzugsweise aus einem hartelastischen Material mit einem Elastizitätsmodul E≥1000 MPa hergestellt. Diese Materialeigenschaft ist von den Thermoplasten bei Raumtemperatur und tieferen Temperaturen, also allgemein unterhalb des Aufweichungsbereichs, bekannt. Vorzugsweise wird die Kupplungsaufnahme 30 aus Polyamid spritzgegossen.
So besteht die Kupplungsaufnahme 30 gemäß unterschiedlicher bevorzugter Materialgestaltungen aus Polyamid,Polyamid PA 66, Polyamid mit Glasfaseranteil, PA66 mit Glasfaseranteil, POM (Polyoxymethylen). Hier sind ebenfalls andere Kunststoffe anwendbar, die ähnliche Eigenschaften aufweisen.
Die Kupplungsbolzen 10, 10', 10" bestehen vorzugsweise aus Metall oder aus Kunststoff. Ein bevorzugter Kunststoff sind PPA (Polyphthalamide) mit oder oder Glasfaser-Verstärkung (GF), bevorzugt PPA-GF 50.
Da die Kupplungsaufnahme 30 vorzugsweise aus einem hartelastischen Material, wie Hartplastik oder Hartgummi, besteht, lässt sich der Kupplungskopf 14 nicht über elastische Materialverformung aus der Kupplungsaufnahme 30 lösen. Stattdessen muss eine Wandlänge 65 ausreichend groß sein, damit sich die Wand 35 trotz der Abstützung in der Installationsöffnung 80 nach außen ausbeulen kann. Die Wandlänge 65 erstreckt sich von der Rastschräge 48, die sich am ersten Bauteil B1 abstützt. Die Wandlänge 65 endet vorzugsweise an der Rastschräge 60, an der sich der Kupplungskopf 14 abstützt. Bevorzugt ist der Wandabschnitt 65 zwischen der dem Flansch 50 zugewandten Unterkante des äußeren Raststegs 44 und einer dem Flansch 50 abgewandten und innen liegenden Oberkante des inneren Raststegs 56 größer oder gleich einem inneren Abstand B 40 der umlaufenden Wand 32 parallel zur Querachse Q 42 des Gewölbequerschnitts 42 im Aufnahmeraum 40.
Sobald der Kupplungsbolzen 10 in die Kupplungsaufnahme 30 eingesetzt und dort im Aufnahmeraum 40 verrastet ist, wird er über die inneren Raststeg 56 in dieser Position gehalten. Dies geht aus den 3a bis 3c hervor.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung verrastet der Kupplungskopf 14 in Einsteckrichtung RE oberhalb der inneren Raststege innerhalb des Aufnahmeraums 40. Dabei greifen die inneren Raststege 56 in die Vertiefung 13 am Kupplungsbolzen 10 ein. Gemäß der in 3a gezeigten bevorzugten Ausgestaltung ist der Schaft 12 des Kupplungsbolzens 10 mit Untermaß im Vergleich zur inneren Breite B₄₀ der Kupplungsaufnahme 30 ausgebildet. Dieses vorhandene Spiel des Schafts 12 in der Kupplungsaufnahme 30 unterstützt die Beweglichkeit des Kupplungsbolzens in der Kupplungsaufnahme 30.
Um eine mechanische Belastung der Kupplungsaufnahme 30 oder einen Verschleiß dieser zu vermeiden oder um einen stabileren Halt des Kupplungsbolzens 10 im Vergleich zu 3a zu realisieren, ist der Schaft 12 in seinen Dimensionen an die innere Breite B₄₀ angepasst. Dazu ist der Schaft 12 passgenau geformt, wie es 3c zeigt. Dort ist ein Schaftdurchmesser D₁₂ gleich der inneren Breite B₄₀ des Aufnahmeraums 40 parallel zur Querachse.
Alternativ dazu, siehe 3c, weist der Schaft 12 eine radiale Schaftverdickung 11 auf. Die Schaftverdickung 11 stützt sich in gleicher Weise wie der Schaft 12 aus 3 b an der Innenwand 32 der Kupplungsaufnahme 30 ab.
Mit Hilfe der bevorzugten Ausgestaltungen der 3 b und 3 c und der dort gezeigten passgenauen Anordnung des Kupplungsbolzens 10 in der Kupplungsaufnahme 30 wird ein vorteilhafter flächiger Lastabtrag zwischen Kupplungsbolzen 10 und Kupplungsaufnahme 30 realisiert. Dies gewährleistet einen integrierten Formschluss zwischen Kupplungsaufnahme 30 und Kupplungsbolzen 10. Zudem reduziert diese Anordnung den Verschleiß beider Bauteile 30, 10.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die Haltekräfte zwischen den inneren Raststegen 56 und dem Kupplungsbolzen 10 gezielt erhöht werden. Zu diesem Zweck werden bevorzugt der Schaft 12 und der Kupplungskopf 14 mit einem langlochförmigen Querschnitt bereitgestellt. Der langlochförmige Querschnitt ist mit seiner Längsachse parallel zur Längsachse L₄₂ des Gewölbequerschnitts 42 angeordnet. Aufgrund dieser abgeflachten Geometrie des Kupplungsbolzens 10 liegt anstelle einer Punktberührung eine Linienberührung und -abstützung zwischen Kupplungsaufnahme 30 und Kupplungsbolzen 10 vor, wie es in ähnlicher Weise in 5 b dargestellt ist. Dann käme bevorzugt der Kupplungsbolzen 10" ohne die Flügel 18' zum Einsatz.
Wie man anhand von 4 erkennen kann, beschränken die inneren Raststeg 56 eine Bewegung des Kupplungsbolzens 10 entgegen der Einsteckrichtung R_E . Quer zur Einsteckrichtung R_E stellt der Aufnahmeraum 40 einen Freiraum bereit, der die Ausgleichsbewegung in Richtung der Pfeile A gestattet. Im Rahmen dieser Ausgleichsbewegungen führen bevorzugt die inneren Raststeg 56 den Kupplungsbolzen 10, wenn sie in die umlaufende Vertiefung 13 am Kupplungsbolzen 10 zwischen Kupplungskopf 14 und dem Schaft 12 eingreifen.
Weiterhin bevorzugt weist die Kupplungsaufnahme 30 keine inneren Raststege auf, die parallel zur Querachse Q₃₆ , Q₄₂ verlaufen. Denn die inneren Raststege 56 bieten einen ausreichenden Halt für den Kupplungsbolzen 10; 10'.
Wie oben bereits erwähnt worden ist, wird die Kupplungsaufnahme 30 vorzugsweise mithilfe eines Spritzgussverfahrens hergestellt. Im Rahmen dieses Spritzgussverfahrens erfolgt in einem Schritt S1 ein Bereitstellen einer Spritzgussform mit den komplementären Merkmalen bezüglich der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Kupplungsaufnahme 30. Im Schritt S2 wird die Kupplungsaufnahme 30 in der bereitgestellten Spritzgussform spritzgegossen. Danach erfolgt im Schritt S3 ein Entformen der Kupplungsaufnahme 30 aus der Spritzgussform.
Bezugszeichenliste

1: Steckkupplung
10: Kupplungsbolzen
11: Schaftverdickung
12: Schaft
13: Vertiefung
14: Kupplungskopf
16: Befestigungsende
18: Flügel, Steg
30: Kupplungsaufnahme
32: Innenwand
34: Außenwand
35: umlaufende Wand
36: Einstecköffnung
38: geschlossenes Ende
40: Aufnahmeraum
42: Gewölbequerschnitt
44: äußere Raststege
46: Auflaufschräge
48: Rastschräge
50: Flansch
52: erste Anlagefläche des Flansches
53: Anlagesteg
54: zweite Anlagefläche des Flansches
56: innere Raststege
58: Auflaufschräge
60: Rastschräge
70: Dichtring
80: Installationsöffnung
B1,B2: Bauteile
A: Ausgleichsbewegungen
L₃₆: Längsachse der Einstecköffnung
L₄₂: Längsachse des Gewölbequerschnitts
Q₃₆: Querachse der Einstecköffnung
Q₄₂: Querachse des Gewölbequerschnitts
α, β, γ, δ: Neigungswinkel
D₅₆: innerer Abstand der inneren Raststege 56
B₄₀: innere Breite des Aufnahmeraums 40
F₁₂, F₁₆: Flächensegmente an Schaft 12 und Kopf 16

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1746294 A1 [0003]
EP 1524440 A1 [0004]
DE 102017123424 A1 [0006]
DE 4014598 C1 [0007]
DE 3902399 A1 [0008]

Claims

Eine einteilig ausgebildete Kupplungsaufnahme (1), die in einer langlochförmigen Installationsöffnung (80) eines Bauteils (B1) verrastbar ist, einen Aufnahmeraum (40) bereitstellt, in dem Kupplungskopf (14) eines Kupplungsbolzens (10) lösbar verrastbar und in einem verrasteten Zustand in dem Aufnahmeraum (40) geradlinig bewegbar ist, und die die folgenden Merkmale aufweist: a. eine geschlossen umlaufende Wand (35) eines kuppelartigen Gewölbes umgibt den Aufnahmeraum (40) des Kupplungsbolzens (10), wobei das Gewölbe eine äußere Verraststruktur (44) zum Befestigen der Kupplungsaufnahme (30) in der Installationsöffnung (80) des Bauteils (B1), ein offenes Ende mit einer langlochförmigen Einstecköffnung (36) für ein Einstecken des Kupplungsbolzens (10) in einer Einsteckrichtung R_E und ein geschlossenes Ende (38) mit einer dazu benachbarten inneren Verraststruktur (56) für den Kupplungskopf (14) des Kupplungsbolzens (10) aufweist, b. ein langlochförmiger Öffnungsquerschnitt (P₃₆) der Einstecköffnung (36) sowie ein langlochförmiger innerer Gewölbequerschnitt (Q₄₂) des Aufnahmeraums (40) jeweils senkrecht zur Einsteckrichtung R_E sind durch eine Längsachse (L₃₆) und eine dazu quer verlaufende kürzere Querachse (Q₃₆) definiert, und c. die innere Verraststruktur (56) des kuppelartigen Gewölbes umfasst an einer Innenwand des Aufnahmeraums zwei einander gegenüberliegend angeordnete innere Raststege (56), die parallel zur Längsachse (L₄₂) des inneren Gewölbequerschnitts (42) verlaufen und einen Hinterschnitt entgegengesetzt zur Einsteckrichtung R_E bilden, wobei d. die innere Verraststruktur (56) keine Raststege parallel zur Querachse (Q₄₂) des inneren Gewölbequerschnitts (42) umfasst und eine Bewegung eines verrasteten Kupplungsbolzens (10) entlang der inneren Raststeg (56) im Aufnahmeraum (40) quer zur Einsteckrichtung R_E gestattet.
Kupplungsaufnahme gemäß Anspruch 1, deren Einstecköffnung einen radial auswärts vorstehenden und um die Einstecköffnung umlaufenden Flansch aufweist, der eine Anlagefläche quer zur Einsteckrichtung umfasst.
Kupplungsaufnahme gemäß Anspruch 2, die einen Dichtring (70) umfasst, der auf der Anlagefläche (52) des umlaufenden Flansches (50) angeordnet ist.
Kupplungsaufnahme gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in der die inneren Raststege der inneren Verraststruktur eine Auflaufschräge zugewandt zur Einstecköffnung und eine Rastschräge abgewandt von der Einstecköffnung aufweisen und ein Neigungswinkel der Auflaufschräge bezogen auf die Einsteckrichtung kleiner ist als ein Neigungswinkel der Rastschräge bezogen auf die Einsteckrichtung R_E.
Kupplungsaufnahme gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in Kombination mit Anspruch 2, deren äußere Verraststruktur durch mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordnete äußere Raststege gebildet wird, welche parallel zur Längsachse des inneren Gewölbequerschnitts verlaufen und benachbart zum umlaufenden Flansch der Einstecköffnung angeordnet sind.
Kupplungsaufnahme gemäß Anspruch 5, in der die äußeren Raststege der äußeren Verraststruktur eine Auflaufschräge abgewandt vom umlaufenden Flansch und eine Rastschräge zugewandt zum umlaufenden Flansch aufweisen und ein Neigungswinkel der Auflaufschräge bezogen auf die Einsteckrichtung kleiner ist als ein Neigungswinkel der Rastschräge bezogen auf die Einsteckrichtung.
Kupplungsaufnahme gemäß Anspruch 5, in der ein Abstand zwischen einer dem Flansch zugewandten Unterkante des äußeren Raststegs und einer dem Flansch abgewandten und innen liegenden Oberkante des inneren Raststegs größer oder gleich einem inneren Abstand der umlaufenden Wand parallel zur Querachse des Gewölbequerschnitts im Aufnahmeraum des Kupplungskopfs (14) ist, vorzugsweise in Einsteckrichtung oberhalb der inneren Raststege.
Eine Steckkupplung mit einer Kupplungsaufnahme gemäß einem der Ansprüche 1-7 und einem Kupplungsbolzen mit einem Kupplungskopf, vorzugsweise ein kugelförmiger Kupplungskopf, der in der Kupplungsaufnahme verrastbar ist.
Steckkupplung gemäß Anspruch 8, deren Kupplungsbolzen axial unterhalb des Kupplungskopfes zwei diametral zueinander angeordnete Stege oder Flügel aufweist, die innerhalb der Kupplungsaufnahme einen Versatz des verrasteten Kupplungskopf parallel zur Längsachse des Gewölbequerschnitts blockieren.
Eine Verbindung eines ersten Bauteils mit mindestens einer langlochförmigen Installationsöffnung, in der jeweils die Kupplungsaufnahme gemäß eines der Ansprüche 1 bis 7 befestigt ist, und eines zweiten Bauteils, an dem mindestens ein Kupplungsbolzen mit einem Kupplungskopf, vorzugsweise einem kugelförmigen Kupplungskopf, über ein dem Kupplungskopf abgewandtes Befestigungsende befestigt ist.
Verbindung gemäß Anspruch 10, in der das zweite Bauteil mindestens zwei Kupplungsbolzen aufweist, von denen ein Kupplungsbolzen axial unterhalb des Kupplungskopfes zwei diametral zueinander angeordnete Stege oder Flügel aufweist, die innerhalb der Kupplungsaufnahme einen Versatz des verrasteten Kupplungskopfes parallel zur Längsachse des Gewölbequerschnitts blockieren, um eine Verbindung mit konstanter Position des zweiten Bauteils in Bezug auf das erste Bauteil zu bilden.
Ein Herstellungsverfahren für eine Kupplungsaufnahme gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dass die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen einer Spritzgussform mit den komplementären Merkmalen bezüglich der Kupplungsaufnahme, Spritzgießen der Kupplungsaufnahme in der bereitgestellten Spritzgussform und Entformen der Kupplungsaufnahme aus der Spritzgussform.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 12, in dem die Kupplungsaufnahme aus einem Hartgummi oder einem Hartplastik hergestellt wird, welches eine geringere Elastizität als übliche Elastomere aufweist.