Lösbare Befestigung ohne Verbindungselemente

ABBILDUNG 1. In diesem Beispiel für eine Schnappmontage wird der elastische Riegel im zusammenzubauenden Teil ausgelenkt und schnappt beim Zusammenschieben der Teile hinter den Haken in der Basis zurück. Durch seitlichen Druck lässt sich der Einsatz lösen.

Schnappverbindungen aus Kunststoff bedürfen keiner Einführung. Die Kunst ihres Designs wurde im Laufe vieler Jahrzehnte zu einer etablierten Ingenieurspraxis. Die Konstruktion und Verwendung solcher Verbindungen in Blech steckt jedoch trotz offensichtlicher Vorteile wie schneller Montage oder Demontage und dem Verzicht auf Befestigungselemente noch in den Kinderschuhen.

Blechbaugruppen, die Haken oder Schlitze und Laschen verwenden, um Teile zusammenzuhalten, sind nicht neu. Haken oder gleichwertige Strukturen bleiben an einer Schnappverbindung beteiligt und halten die Teile in allen Freiheitsgraden bis auf einen zusammen. Anschließend wird eine Klettverschlussverbindung integriert, die ein Herausrutschen verhindert und das Teil dadurch arretiert. Einmal konzipiert, ermöglichte diese Methode die Entwicklung einer Familie von Befestigungslösungen für verschiedene Kombinationen aus Blech, dünnwandigen Rohren und auf andere Weise hergestellten Komponenten. Im Folgenden finden Sie einige Beispiele als visuelle Referenz.

In Abbildung 1 wird der elastische Riegel im zusammenzubauenden Teil ausgelenkt und schnappt beim Zusammenschieben der Teile hinter den Haken in der Basis zurück. Lösende oder gerichtete Kräfte auf das Teil belasten den Riegel unter Spannung, sodass keine Bedenken hinsichtlich eines Knickens bestehen. Zur manuellen Freigabe können optionale Fingertasten in den Riegeln gedrückt werden.

Abbildung 2 verfügt über einen elastischen Riegel in der Basis, der beim Zusammenschieben durch eine „kurze Kante“ im Teil abgelenkt wird. Nach dem Schieben in die eingerastete Position schnappt der Riegel hinter die Kante zurück und verriegelt das Teil.

In Abbildung 3 wurde eine standardmäßige entriegelte Bajonettverbindung zwischen einem Rohr und einer Platte modifiziert und dient zur Verriegelung der beiden Teile. Dieses kann mit einem Spezialwerkzeug, ebenfalls aus Blech, gelöst werden.

Abbildung 4 zeigt einige Schnappverbindungen. Die Elastizität des Flansches selbst kann zur Bildung einer Raste genutzt werden. In diesem Beispiel dient ein U-förmiger Abschnitt als Grundplatte für eine flache Platte und wird selbst in eine andere Grundplatte eingesetzt. Die rechteckige Verlängerung und das Loch an der Unterseite der eingelegten Flachplatte dienen als Werkzeuggriff zum Einziehen mit einem Schraubendreher. Das U-Profil wird durch Zusammendrücken der Flansche in eine Grundplatte eingesetzt.

Abbildung 5 verdeutlicht die Möglichkeit, Spritzgussteile in ein Schnappdesign zu integrieren. In diesem Fall können elastische Klammern zur Befestigung der unterschiedlichen Materialien verwendet werden. Dies kann auch für bearbeitete Teile verwendet werden.

Es sind viel mehr Verbindungen als die abgebildeten möglich. Sie sind zwischen beliebigen Kombinationen aus Blech und dünnwandigem Rund- oder Rechteckrohr möglich.

Der Zusammenbau kann durch Schiebetranslation, Schiebedrehung, manuelle Verriegelungsaktivierung und gerades Einsetzen erfolgen. Verbindungen können so gestaltet sein, dass sie leicht von Hand zugänglich und lösbar sind, mit Werkzeugen lösbar sind, außerhalb der Reichweite liegen oder unzugänglich (permanent) sind.

Bei einer Verbindung wie in Abbildung 1 kann von einer Demontage abgeraten werden, beispielsweise indem lediglich die Ausrichtung des Hakens in der Basis gespiegelt wird, wodurch die Entriegelungsbewegung (Druck) des Riegels relativ unzugänglich wird, da sie aus dem Inneren des zusammengebauten Teils erfolgen müsste.

ABBILDUNG 2. Diese Baugruppe verfügt über einen elastischen Riegel in der Basis, der beim Zusammenschieben durch eine kurze Kante im Teil abgelenkt wird. Nach dem Verschieben des Teils ist die Baugruppe arretiert.

Elastische Riegel können in die Basis oder in das zu montierende Teil eingearbeitet werden. Die Haken an den elastischen Riegeln können offen bleiben (siehe Abbildung 1) oder geschlossene Schlitze sein (siehe Abbildung 4). Die erforderliche Elastizität kann durch die Biegung der Blechebene selbst oder, bei sorgfältiger Konstruktion, entlang/innerhalb der Materialebene bereitgestellt werden.

Das für eine einfache Montage notwendige Spiel kann reduziert oder ganz eliminiert werden. Richtiges Engagement wird oft durch ein zufriedenstellendes „Klingeln“ signalisiert.

In den meisten Fällen verkürzen sich die Montagezeiten bei Verwendung dieser Schnappverbindungen im Vergleich zur Verwendung von Verbindungselementen erheblich. Dies gilt mit Sicherheit für den gleitenden Eingriff mit in die Teile eingearbeiteter Klinkenauslenkung. Ein einschiebbares Produktionsteil basierend auf dem Design in Abbildung 1 führte zu einer Reduzierung der Biegeanzahl von vier auf zwei, einer Materialeinsparung von ca. 10 % und einer geschätzten Zeitersparnis von 90 % bei der Montage. Wenn der Riegel oder Flansch vor dem Zusammenbau manuell aktiviert wird, wie in Abbildung 4, ist beim Zusammenbau mehr Sorgfalt und Kraft erforderlich, was zu relativ langsameren Montagezeiten führt.

Die Flexibilität des Laserschneidens ermöglicht die Einbeziehung zusätzlicher Details, um die Funktionalität zu erhöhen oder die Montage zu erleichtern. Einige Beispiele sind Bewegungsbegrenzer zur Verhinderung einer plastischen Verformung von Riegeln und Werkzeuggrifffunktionen, bei denen eine werkzeuggestützte Montage oder Demontage sinnvoll ist. Einfache Hilfswerkzeuge zum Lösen von Teilen können auch aus Blech hergestellt werden (siehe Abbildung 3). Obwohl die hier vorgestellten Beispiele alle lasergeschnitten wurden, könnten die gleichen Prinzipien auf Teile angewendet werden, die mit anderen Methoden geschnitten wurden, oder auf Stanzteile.

Der Autor nutzte diese Art von Verbindungen in tatsächlichen Produkten hauptsächlich zur Befestigung von Komponenten an einem Kuhmelkroboter, was zu einer starken Reduzierung der Anzahl der verwendeten Befestigungselemente führte. Es mussten keine Tab-and-Slot-Verbindungen ausgetauscht werden. (Die Laschen-Schlitz-Verbindungen sind der engste Verwandte der in diesem Artikel besprochenen Schnappverbindungen.) Einen Vergleich von Laschen-Schlitz-Designs mit Schnappverbindungen finden Sie in Abbildung 6.

Obwohl zur Sicherstellung der Funktion Prototypentests durchgeführt wurden, waren für die Anwendung keine dynamischen und Belastungstests erforderlich. Bei den meisten Konstruktionen wurden 1,5 bis 5 mm dicke Edelstahlplatten verwendet. Eine Finite-Elemente-Analyse wurde nur in wenigen Fällen durchgeführt, wenn sich die Riegel in der Materialebene verformten oder bei einigen Rohr-Rohr-Verbindungen.

Für Schnappverbindungen ist mehr Vorabentwicklungszeit erforderlich als für herkömmliche Verbindungselemente. Die 3D-Informationen können jedoch recycelt werden, was die spätere Arbeit beschleunigt. Wenn Teile so entworfen oder umgestaltet werden, dass sie Schnappverbindungen integrieren, können sie häufig noch weiter vereinfacht werden, um die Kosten noch weiter zu senken.

Neben dem offensichtlichen industriellen Einsatz dieser Verbindungen machen sie aufgrund ihrer Einfachheit und werkzeuglosen Betätigung auch für verbraucherorientierte Montage- und Flatpack-Produkte Sinn. Denken Sie an Verbraucheranwendungen im IKEA-Stil.

Eine leicht lösbare mechanische Befestigung von Blechen ohne Verbindungselemente ist nun Realität. Die Schnappverbindungen machen es möglich. Beachten Sie jedoch, dass sich neue Möglichkeiten eröffnen, wenn plastische Verformung zugelassen oder sogar als Merkmal enthalten ist und eine Lösbarkeit nicht erforderlich ist.

Hoffentlich lässt sich jemand dazu inspirieren, diese Art von Konstruktionen auf eine solidere technische Grundlage zu stellen, von der die gesamte Industrie profitiert. Dazu könnten Festigkeits- und Dynamiktests sowie die Optimierung der Haken- und Riegelabmessungen für verschiedene Blechdicken und Verwendungszwecke gehören. Eine gewisse Standardisierung würde auch den Weg für die Integration in CAD/CAM-Bibliotheken für die klickbare oder Drag-and-Drop-Platzierung in neuen Designs ebnen. (Fragen Sie dazu Ihren CAD-Anwendungslieferanten.) Auf diese Weise können sie neben den herkömmlichen Muttern, Bolzen, Nieten und Schweißnähten ihren Platz im Werkzeugkasten des Ingenieurs einnehmen.

Weitere Beispiele für Schnappverbindungen finden Sie auf dem YouTube-Kanal oder auf der Website von Newton Innovations. Drei Modelle stehen als kostenloser STEP-Datei-Download im Webshop zur Verfügung.