ОХВАТЫВАЕМЫЙ И ОХВАТЫВАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ЗАЩЕЛКИВАНИЕМ ДВУХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА И СООТВЕТСТВУЮЩЕЕ СОЕДИНЕНИЕ
MALE AND FEMALE ELEMENT FOR SNAP JOINT OF TWO PARTS OF POLYMER MATERIAL AND RESPECTIVE JOINT

Изобретение относится к охватываемому и охватывающему элементам для соединения защелкиванием двух деталей из полимерного материала, а также к соответствующему соединению.
Для соединения деталей, в частности, для соединения деталей из полимерного материала часто используют защелкивающиеся фиксаторы. Соединение при помощи фиксаторов не требует больших затрат при монтаже и является быстрым.
Однако фиксаторы из полимерного материала подвержены старению, что может привести к образованию зазора между частями фиксатора и, следовательно, между соединяемыми деталями. Такого зазора следует избегать, так как он может привести к ослаблению фиксатора по причине небольших перемещений между деталями и к появлению вибраций между соединенными деталями, являющихся источником нежелательного шума.
Кроме того, в некоторых областях применения необходимо, чтобы фиксаторы были исключительно стойкими к вырыванию, то есть противостояли тяговому усилию, действующему в направлении защелкивания.
Таким образом, существует потребность в соединениях защелкиванием, которые являются прочными и не приводят со временем к появлению зазора между соединенными деталями.
В связи с этим объектом изобретения является охватываемый элемент для соединения защелкиванием двух деталей из полимерного материала, при этом указанный охватываемый элемент расположен в направлении защелкивания и содержит, по меньшей мере, одну плоскость симметрии, содержащую направление защелкивания, причем этот охватываемый элемент содержит сверху вниз в направлении защелкивания: головку, среднюю часть, основание с поперечным сечением, увеличивающимся вниз, плоскую опору, перпендикулярную к плоскости симметрии, при этом головка имеет конусную форму в сечении, перпендикулярном к плоскости симметрии и содержащем направление защелкивания, при этом вершина конуса направлена вверх, при этом, согласно изобретению, головка содержит, по меньшей мере, две плоские нижние стенки, симметричные относительно указанной плоскости симметрии, при этом указанные плоские нижние стенки соединены, каждая, с плоской боковой стенкой средней части, причем эти плоские боковые стенки являются симметричными относительно плоскости симметрии, при этом каждая нижняя стенка головки образует с боковой стенкой средней части угол от 100 до 120°, причем ширина головки в направлении, перпендикулярном к указанной плоскости симметрии, превышает высоту головки в направлении защелкивания.
За счет взаимодействия с охватывающим элементом в соответствии с изобретением такая конструкция обеспечивает монтаж без зазора в направлении защелкивания, хорошую стойкость к вырыванию в этом направлении защелкивания, хорошую стойкость к поперечным воздействиям (перпендикулярно к плоскости симметрии). Кроме того, этот охватываемый элемент является малочувствительным к продольным воздействиям (перпендикулярным к поперечным воздействиям и к направлению защелкивания). Кроме того, благодаря специальной форме, головка мало подвергается или совсем не подвергается деформации во время изготовления. Конусная форма обеспечивает также направление и центровку охватываемого элемента при его приближении к охватывающему элементу.
Кроме того, эта конструкция позволяет уменьшить высоту охватываемого элемента: он может иметь общую высоту (размер в направлении защелкивания головки, средней части и основания) от 13 до 17 мм, например, 15 мм. Это представляет интерес, когда охватываемый элемент используют для соединения деталей, работающих в сложных условиях, например, для соединения деталей обшивки салона автотранспортного средства, в частности, на уровне двери.
Этот охватываемый элемент можно выполнить из любого полимера, например, из полипропилена с наполнителем или без него, имеющего достаточную жесткость, чтобы не деформироваться при рабочих температурах, которые могут колебаться от -30°C до 100°C. Его можно выполнить, например, посредством формования.
Отношение (а) ширины головки к ее высоте предпочтительно меньше или равно 1, например, составляет от 0,4 до 1.
Высота головки может составлять от 2 до 6 мм, например, 3,8 мм. Эта высота головки соответствует, например, 2/7 суммы высот головки, средней части и основания, например, от 1/3 до 1/4.
Высота средней части может составлять от 1 до 3 мм, например, 1,3 мм. Эта высота средней части соответствует, например, 2/10 суммы высот головки, средней части и основания, например, от 1/12 до 1/5.
Высота основания может составлять 9/14, например, от 3/5 до 4/5.
Ширина головки может составлять от 6 до 8 мм, например, 6,8 мм. Эта ширина может представлять собой от 1/2 до 1/3 наибольшей ширины основания. Соотношение (а) между высотой головки и ее шириной изменено на обратное по сравнению с обычно применяемыми пропорциями. Таким образом, эта головка имеет общую «плоскую» форму. Это придает ей высокую стойкость к вырыванию при ограниченном габаритном размере.
Предпочтительно, но не ограничительно указанные плоские стенки средней части являются параллельными относительно указанной плоскости симметрии. При этом выполнение охватываемого элемента упрощается и является исключительно надежным. Вместе с тем, эти плоские стенки средней части могут образовать угол от 0 до 5° с плоскостью симметрии, чтобы облегчить отделение охватываемого элемента от пресс-формы во время его изготовления.
Предпочтительно, но не ограничительно угол между каждой нижней стенкой головки и смежной боковой стенкой средней части может составлять от 100 до 115°, например, 108°.
Предпочтительно, но не ограничительно плоская опора оснащена, по меньшей мере, двумя подпорками, расположенными симметрично с двух сторон от основания относительно плоскости симметрии, при этом указанные подпорки образуют перпендикулярные выступы от стороны опоры, неподвижно соединенной с основанием. Эти подпорки могут быть расположены вдоль основания и образуют, таким образом, ребра с двух сторон охватываемого элемента.
Такие подпорки позволяет улучшить опору охватывающего элемента в соответствии с изобретением на охватываемый элемент и еще больше способствуют сохранению нулевого зазора в направлении защелкивания между двумя элементами, охватываемым и охватывающим. Высота двух подпорок в направлении защелкивания равна, например, 1 мм и, например, составляет от 0,5 до 12 мм. Эти две подпорки компенсируют отклонение ориентации между устанавливаемой в соответствии с потребностями отделки нижней стороной плоской опоры охватываемого элемента с двумя подпорками и плоской опорой охватывающего элемента с язычками, которая предпочтительно является перпендикулярной к направлению защелкивания.
Предпочтительно, но не ограничительно охватываемый элемент может иметь один или несколько следующих отличительных признаков:
- верхний конец конусной формы головки является закругленным, и этот признак позволяет, в частности, облегчить введение головки в отверстие охватывающего элемента, а также обеспечивает выигрыш в компактности охватываемого узла;
- угол в вершине конусной формы головки составляет от 70° до 90°, например, 80°; это представляет собой оптимальный компромисс между усилиями при монтаже и выигрышем в размере по общей высоте;
- нижний конец конусной формы головки соединен с плоскими нижними стенками головки плоскими боковыми стенками, параллельными плоскости симметрии, и такие боковые стенки позволяют усилить края головки с точки зрения рисков вырывания в случае смещения центра фиксатора по отношению к язычкам охватывающего элемента (узел допускает поперечное смещение в ±1,5 мм);
- нижний конец конусной формы головки соединен с плоскими нижними стенками головки плоскими боковыми стенками, параллельными плоскости симметрии, и размер в направлении защелкивания этих боковых стенок составляет от 0,5 до 1,5 мм. Этот размер может быть по существу равен размеру указанных подпорок. Эта конструкция способствует лучшей опоре нижних стенок головки на края отверстия охватывающего элемента, в которое вводят охватываемый элемент, и позволяет, таким образом, ограничить или даже устранить любой риск появления зазора в направлении защелкивания между охватываемым и охватывающим элементами. Кроме того, эта конструкция обеспечивает тесные контакты конца язычков охватывающего элемента с низом головки и средней частью. Предпочтительно все стороны концов язычков охватывающего элемента имеют тупые углы. Таким образом, кромки на конце язычков являются малочувствительными к деформации во время тяговых усилий вырывания.
- в центре основания вдоль указанной опоры, по меньшей мере, частично выполнена полость, причем эта полость расположена параллельно плоскости симметрии и перпендикулярно к направлению защелкивания; эта полость позволяет скрыть основание, чтобы его не было видно со стороны опоры, противоположной к стороне, на которую опирается основание, в частности, при образовании усадочных раковин во время формования охватываемого элемента;
- общая высота охватываемого элемента, соответствующая размеру в направлении защелкивания от верхней стороны плоской опоры до верхнего конца головки, составляет от 13 до 17 мм, включая пределы.
Объектом изобретения является также охватывающий элемент для соединения защелкиванием двух деталей из полимерного материала, причем этот охватывающий элемент выполнен с возможностью взаимодействия с охватываемым элементом в соответствии с изобретением в направлении защелкивания и имеет плоскость симметрии, содержащую направление защелкивания, причем эта плоскость симметрии совпадает с плоскостью симметрии охватываемого элемента, когда его защелкивают в охватывающем элементе. Этот охватывающий элемент, который содержит плоскую опору, имеющую приемное отверстие для захождения охватываемого элемента, выполнен таким образом, чтобы, когда опора охватываемого элемента опирается на опору охватывающего элемента, края отверстия входили в контакт с нижними стенками головки и с боковыми стенками средней части охватываемого элемента без зазора в направлении защелкивания.
Таким образом, края отверстия опираются на стенки, образуя между собой угол от 100 до 120°, что обеспечивает устойчивое взаимодействие между краями отверстия охватывающего элемента и охватываемым элементом, когда охватываемый элемент защелкивают в охватывающем элементе после прохождения головки охватываемого элемента через отверстие охватывающего элемента.
Предпочтительно, но не ограничительно отверстие охватывающего элемента может содержать, по меньшей мере, два плоских язычка, симметричных относительно плоскости симметрии, при этом каждый свободный конец язычка образован двумя плоскими концевыми стенками, имеющими наклон под таким же углом, что и угол, образованный между каждой нижней стенкой головки охватываемого элемента и смежной боковой стенкой средней части, поэтому эти концевые стенки прилегают к нижним и плоским стенкам охватываемого элемента, когда его защелкивают в охватывающем элементе. Как уже было указано выше, эта особая форма способствует устранению зазора в направлении защелкивания между соединенными охватывающим элементом и охватываемым элементом. Кроме того, эта конструкция обеспечивает тесные контакты конца язычков с низом головки и со средней частью. Предпочтительно все стороны концов язычков охватывающего элемента имеют тупые углы. Таким образом, кромки на конце язычков являются малочувствительными к деформации во время тяговых усилий вырывания.
Предпочтительно, но не ограничительно отверстие охватывающего элемента содержит, по меньшей мере, два плоских язычка, симметричных относительно плоскости симметрии охватываемого элемента, когда его вводят в отверстие, причем эти язычки соединены с опорой через зону утонения материала, толщина которой меньше толщины опоры и/или толщины язычка, например, толщины опоры и язычка.
Эта зона утонения обеспечивает определенную гибкость язычков, облегчающую введение охватываемого элемента через отверстие охватывающего элемента, и участвует также в удержании концов язычков под головкой охватываемого элемента, чтобы уменьшить или устранить зазор в направлении защелкивания.
Эта зона утонения материала начинается от теоретической линии сопряжения язычка с плоской опорой на ее рабочей стороне.
Соотношение между глубиной локального утонения и толщиной плоской опоры может не ограничительно составлять 2/5 и даже от 1/5 до 1/2 в зависимости от природы полимера.
Ширина этого утонения может не ограничительно составлять от 1 до 3 мм, например, 2,2 мм.
Эта зона утонения материала может быть образована, например, канавкой, выполненной на верхней стороне плоской опоры охватывающего элемента в основании каждого язычка по всей длине язычка, причем эта канавка может иметь закругленное поперечное сечение.
Расстояние между подпоркой плоской опоры охватываемого элемента и зоной утонения материала охватывающего элемента может составлять от 2,5 мм до 5 мм, например, 3,5 мм.
Во время монтажа именно на эти плоские части между утонением и двумя подпорками опоры с двух сторон охватываемого элемента действует усилие соединения, прикладываемое в вертикальном направлении. Предел упругости материалов предусматривает дополнительный ход, чтобы обеспечивать прохождение язычков под головкой. Это соответствует концепции с нулевым зазором между этими частями и выполнению инструмента по номиналу. Кроме того, эта концепция позволяет избежать всех расходов по дорогостоящей отладке инструмента.
Охватываемый и охватывающий элементы в соответствии с изобретением можно использовать для соединения защелкиванием деталей из полимерного материала, таких как обшивки салона автотранспортного средства, например, обшивки двери.
Объектом изобретения является также соединение двух деталей из полимерного материала, соединенных при помощи, по меньшей мере, одной пары охватываемого и охватывающего элементов в соответствии с изобретением, при этом каждый охватываемый или охватывающий элемент выполнен заодно с одной из соединяемых деталей.
Далее следует описание со ссылками на неограничивающие прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показано соединение двух деталей из полимерного материала согласно варианту осуществления изобретения, причем это соединение реализовано при помощи охватываемого элемента и охватывающего элемента согласно варианту осуществления изобретения, вид в перспективе;
на фиг. 2 показан охватываемый элемент и охватывающий элемент, показанные на фиг. 1, перпендикулярно к их плоскости симметрии, вид в поперечном разрезе;
на фиг. 3 показана головка и средняя часть охватываемого элемента, изображенного на фиг. 1 и 2, увеличенный вид в поперечном разрезе;
на фиг. 4 показаны язычки охватывающего элемента, изображенного на фиг. 1 и 2, увеличенный вид в поперечном разрезе.
В настоящем описании термины «верхний», соответственно «верх», и «нижний», соответственно «низ», следует рассматривать относительно направления защелкивания охватываемого и охватывающего элементов. Это направление защелкивания соответствует направлению сближения защелкиваемых охватываемого и охватывающего элементов. На фигурах это направление защелкивания соответствует вертикальному направлению Ζ в ортонормированной системе координат Χ, Y, Ζ.
На фиг. 1 показано соединение 1 двух деталей 2, 3 из полимерного материала, соединенных при помощи, по меньшей мере, одной пары из охватываемого 10 и охватывающего 20 элементов в соответствии с изобретением.
В представленном примере охватываемый элемент 10 выполнен заодно с деталью 2, нижняя сторона 142 которой должна быть видимой стороной. Охватывающий элемент 20 выполнен заодно с деталью 3. Эти детали 2 и 3 являются, например, элементами обшивки салона автотранспортного средства, в частности, обшивки дверной панели.
Используемым полимерным материалом может быть полипропилен с наполнителем или без наполнителя.
Охватываемый элемент 10 расположен в направлении защелкивания Ζ и содержит, по меньшей мере, одну плоскость симметрии Р, включающую в себя направление защелкивания Ζ.
Этот охватываемый элемент 10 содержит сверху вниз в направлении защелкивания Ζ: головку 11, среднюю часть 12, основание 13 с поперечным сечением, увеличивающимся вниз, и плоскую опору 14, перпендикулярную к плоскости симметрии Р.
Головка 11 имеет конусную форму в сечении, перпендикулярном к плоскости симметрии Ρ и содержащем направление защелкивания (как показано на фиг. 2 и 3), при этом вершина конуса направлена вверх.
Головка 11 содержит, по меньшей мере, две плоские нижние стенки 111 и 112, симметричные относительно плоскости симметрии Р.
Верхний конец 113 головки 11, который соответствует концу конусной формы, является закругленным.
Угол в вершине O конусной формы головки 11 составляет от 70° до 90°, например, 80° (см. фиг. 3).
Нижний конец конусной форму головки 11 соединен с плоскими нижними стенками 111, 112 головки 11 плоскими боковыми стенками 114, 115, параллельными плоскости симметрии Р.
Средняя часть 12 содержит две боковые стенки 121, 122, симметричные относительно плоскости симметрии Р. В данном примере эти боковые стенки 121, 122 параллельны плоскости симметрии Р.
В представленном примере эти боковые стенки 121, 122 средней части 12 и нижние стенки 111, 112 головки 11 имеют по существу одинаковый размер в сечении, перпендикулярном к плоскости симметрии Ρ и содержащем направление защелкивания (сечение соответствует сечению, показанному на фиг. 2). Этот размер составляет, например, от 1 до 3 мм, предпочтительно от 2 до 2,5 мм.
Основание 13 имеет расширяющуюся к низу форму. Оно может быть образовано двумя плоскими боковыми стенками 131, 132, симметричными относительно плоскости симметрии Р, как показано на фигурах.
Кроме того, основание содержит часть с полостью 133 в своем центре вдоль плоской опоры 14, как показано на фиг. 1 и 2.
Эти боковые стенки 131, 132 образуют с опорой 14 угол β от 100 до 130°, например, 115°. Толщина этих боковых стенок 131, 132 может составлять от 0,8 до 1,5 мм на уровне части 133 с полостью.
Плоская опора 14 охватываемого элемента 10 содержит верхнюю сторону 141 и противоположную нижнюю сторону 142, причем последняя соответствует видимой стороне детали 2. Основание 13 в данном примере неподвижно соединено с верхней стороной 141. Эта плоская опора 14 содержит также две подпорки 143, 144, расположенные симметрично с двух сторон от основания 13 относительно плоскости симметрии Р. Эти подпорки 143, 144 выполнены параллельно плоскости симметрии Ρ по всей длине охватываемого элемента 10 (иначе говоря, по всему его размеру в направлении, перпендикулярном к направлению защелкивания Ζ и параллельном плоскости симметрии Р, то есть оси X на фигурах). Размер в направлении защелкивания Ζ подпорок 143, 144 может составлять от 0,5 до 12 мм в зависимости от ориентации отделочной видимой стороны относительно оси монтажа узла фиксаторов одной детали, в данном случае плоская опора 21 является просто параллельной плоской опоре 14, и размер составляет 1 мм.
Согласно изобретению, плоские нижние стенки 111, 112 головки соединены, каждая, с плоской боковой стенкой 121, 122 соответственно средней части 12, при этом каждая нижняя стенка 111, 112 головки 11 образует со смежной боковой стенкой 121, 122 средней части угол α от 100 до 120°, например, 108°, как показано на фиг. 3.
Согласно изобретению, ширина L головки 11 в направлении, перпендикулярном к плоскости симметрии Ρ (соответствует оси X на фигурах), превышает высоту Η головки в направлении защелкивания Ζ, как показано на фиг. 2 и 3.
Эта высота Η может составлять от 2 до 6 мм, например, 3,8 мм. Ширина L может составлять от 5 до 8 мм, например, 6,8 мм.
Таким образом, общая высота охватываемого элемента, соответствующая его размеру в направлении защелкивания Ζ от верхней стороны 141 опоры 14 до верхнего конца 113 головки 11, может составлять от 13 до 17 мм, например, 15 мм. Узел может быть вписан в параллелепипед размером 25×15×15 мм. Толщина Е2 опоры 14 может составлять от 2 до 3,5 мм, например, 2,5 мм.
Охватывающий элемент 20 имеет ту же плоскость симметрии Р, содержащую направление защелкивания Ζ, что и охватываемый элемент 10, когда последний защелкивают в охватывающем элементе 20.
Охватывающий элемент 20 содержит плоскую опору 21, имеющую приемное отверстие 22 для захождения охватываемого элемента.
Охватывающий элемент 20 выполнен таким образом, чтобы, когда опора 14 охватываемого элемента 10 опирается на опору 21 охватывающего элемента 20, края приемного отверстия 22 входили в контакт с нижними стенками 111, 112 головки и с боковыми стенками 121, 122 средней части 12 охватываемого элемента 10 без зазора в направлении защелкивания Ζ.
В представленном примере приемное отверстие 22 содержит два плоских язычка 23,24, симметричных относительно плоскости симметрии Р.
Каждый свободный конец 231, 241 язычка 23, 24 образован двумя плоскими концевыми стенками 232, 233; 242, 243 соответственно, имеющими наклон под таким же углом α, что и угол α, образованный между каждой нижней стенкой 111, 112 головки 11 охватываемого элемента 10 и смежной боковой стенкой 121, 122 средней части 12. Таким образом, как показано на фиг. 2, эти плоские концевые стенки 232, 233; 242, 243 прилегают к нижним 111, 112 и к плоским боковым 121, 122 стенкам охватываемого элемента 10, когда его защелкивают в охватывающем элементе 20.
Каждый язычок 23, 24 соединен с опорой 21 через зону 25, 26 утонения материала соответственно относительно толщины E1 опоры 21 и толщины е язычка 23, 24.
Эта зона 25, 26 утонения материала находится между концом язычка 231, 241 и подпоркой 143, 144 опоры 14 охватываемого элемента 10, когда его защелкивают в охватывающем элементе 20.
В представленном примере эта зона 25, 26 утонения материала образована канавкой 27, 28, выполненной на верхней стороне 211 опоры 21 охватывающего элемента 20 в основании каждого язычка 23,24 по всей длине язычка (размер по оси X на фигурах). Эта канавка 27, 28 имеет закругленное поперечное сечение. Зона утонения материала 25, 26, показанная на фигурах, отступает от верхней стороны 211 опоры 21 на расстояние, составляющее от 1/5 до 1/2 толщины E1. Толщина е язычков 23,24 равна 4/5 толщины E1 опоры 21, например, составляет от 1,5 мм до 3 мм.
Каждая зона 25, 26 утонения отделена от соответствующей опоры 143, 144 охватываемого элемента 10 расстоянием от 2,5 до 5 мм, например, 3,5 мм.
Угол наклона γ язычков 23, 24 относительно плоскости опоры 21 может составлять от 100 до 130°, например, 118°, когда охватываемый элемент защелкивают в охватывающем элементе. Предпочтительно между углом β боковых стенок 131, 132 основания 13 и углом (180-γ) существует разность от 1 до 5°, например, 3°, для обеспечения контакта концов 232 и 242 язычков 23 и 24 с охватываемым элементом 10.
Например, можно выполнить охватывающий элемент 20, имеющий следующие размеры:
Толщина е язычка 23, 24: 2 мм
Толщина Ε опоры 21: 2,5 мм