DE102004004658B4

DE102004004658B4 - Befestigungselement mit temperaturinduzierbarem Formänderungseffekt

Info

Publication number: DE102004004658B4
Application number: DE102004004658A
Authority: DE
Inventors: Markus BÖHM
Original assignee: Faurecia Innenraum Systeme GmbH
Current assignee: Faurecia Innenraum Systeme GmbH
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2024-01-30
Also published as: DE102004004658A1; WO2005073566A1

Abstract

Befestigungselement zur Bildung einer lösbaren Verbindung mit
– zumindest einem ersten und einem zweiten Befestigungsbereich (110, 112), welche an einem ersten und zweiten Schnapphaken ausgebildet sind,
– einem Formänderungselement (120), das einen temperaturinduzierbaren Formänderungseffekt aufweist, wobei das Formänderungselement mit dem ersten und zweiten Schnapphaken mechanisch gekoppelt ist (116, 118), wobei die Schnapphaken (106, 108) durch Anregung des Formänderungseffekts aufeinander zu bewegbar sind, sodass durch Anregung des Formänderungseffekts die Verbindung gelöst werden kann, und wobei das Formänderungselement einen Draht (120) aufweist,
– elastischen Mitteln (124) zur Ausübung einer Kraft auf das Befestigungselement in einer Ausschubrichtung (126),
– mit einer Basis (102), an der die ersten und zweiten Schnapphaken angeordnet sind,
– mit einem sockelförmigen Element (104), das auf der Basis zwischen den ersten und zweiten Schnapphaken angeordnet ist, und welches zur Aufnahme der Kraft der elastischen Mittel (124) ausgebildet ist, und wobei das sockelförmigen Element eine...

Description

Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement zur Bildung einer lösbaren Verbindung, beispielsweise zur Befestigung von Kraftfahrzeuginnenverkleidungsteilen.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Kraftfahrzeuginnenverkleidungsteile mittels Schnappverbindungen aus Kunststoff an einer Trägerstruktur zu befestigen. Zur Demontage müssen dabei die einzelnen Schnappverbindungen zu gänglich sein, um sie zu lösen. Deshalb sind vorbekannte Schnappverbindungen im Kraftfahrzeugbereich entweder sichtbar oder durch eine Blende kaschiert. Nicht sichtbare Verbindungen mittels Schnappverbindungen sind im Stand der Technik nicht oder nur sehr aufwändig realisierbar. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Schnappverbindungen für die Demontage zugänglich sein müssen, was den konstruktiven Gestaltungsspielraum einengt.

Aus der DE 101 08 956 A1 ist ein Montageelement zum Verbinden zweier Gegenstände, insbesondere zweiter Geräteteile bekannt. Das Montageelement besteht aus einer Formgedächtnis-Legierung und hat im Montagezustand eine erste Form sowie eine zweite, die Gegenstände mechanisch verbindende Form in einer Montageendstellung. Die zweite Form wird dem Montageelement unter Ausnutzung von dessen Formgedächtnis-Eigenschaften eingeprägt. Ein ähnliches Montageelement zum Verbinden zweiter Gegenstände ist aus der DE 101 09 222 A1 bekannt.

Aus der US 5,120,175 ist ein nietförmiges Befestigungselement aus einer Formgedächtnis-Legierung bekannt. Zur Anregung des Formänderungseffekts wird eine konventionelle Beheizung verwendet.

Aus der JP 2000-304020 ist ein Befestigungsgerät bekannt, welches zum Lösen einer Befestigung durch Erhitzen ausgebildet ist, wobei das Befestigungsgerät bei Annäherung an die Raumtemperatur nicht wieder in den ursprünglichen befestigten Zustand übergeht. Das Befestigungsgerät verfügt über ein Kopfteil, welches einen größeren Durchmesser als ein Stielteil und zwei gegenüberliegende Beinteile hat, die aus einer Formgedächtnislegierung gefertigt sind. Die beiden Beinteile des Befestigungsgeräts weisen eine schnapphaken-förmige Geometrie auf, so dass sie unter Wärme- oder Kälteeinwirkung ihre Form verändern und dadurch die lösbare Verbindung freigeben.

Ferner beschreibt die WO 2004/001235 A1 ein Befestigungsmittel mit einem Befestigungselement, das einen flexiblen Balken, ein Verbindungsmittel und ein Antriebsmittel hat, welches am Befestigungselement befestigt ist und aus einem Material, wie zum Beispiel einer Formgedächtnislegierung besteht. Wenn die Formgedächtnislegierung aktiviert wird, ist der flexible Balken durch Kontraktion des Formgedächtnismaterials zwischen einer Befestigungs- und einer Abkopplungsposition bewegbar, wodurch eine lösbare Verbindung freigegeben werden kann.

Ein gemeinsamer Nachteil vorbekannter Montageelemente aus Formgedächtnis-Legierungen ist, dass die Demontage umständlich ist, was insbesondere für Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteile nachteilig ist.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Befestigungselement zur Bildung einer lösbaren Verbindung, insbesondere für ein Innenverkleidungsteil zu schaffen.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausfüh rungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Durch die Erfindung wird ein Befestigungselement zur Bildung einer lösbaren Verbindung geschaffen, welches zumindest einen ersten und einen zweiten Befestigungsbereich aufweist. Bei der lösbaren Verbindung handelt es sich beispielsweise um eine kraftschlüssige oder eine formschlüssige Verbindung, vorzugsweise um eine Schnappverbindung aus Kunststoff.

Das Befestigungselement hat ein Formänderungselement, das einen temperaturinduzierbaren Formänderungseffekt aufweist. Das Formänderungselement ist mit dem Befestigungsbereich mechanisch gekoppelt, sodass durch Anregung des Formänderungseffekts die Verbindung gelöst werden kann. Ferner weist das Befestigungselement elastische Mittel zur Ausübung einer Kraft in einer Ausschubrichtung auf. Diese elastischen Mittel haben den Vorteil, dass sich die Demontage erheblich vereinfacht.

Zur Demontage eines erfindungsgemäßen Befestigungselements wird zunächst der temperaturinduzierbare Formänderungseffekt des Formänderungselements angeregt. Hierzu wird das Formänderungselement beispielsweise in seine Hochtemperaturform gebracht und zwar durch Einschalten eines elektrischen Stroms durch das Formänderungselement oder durch induktive oder sonstige Beheizung des Formänderungselements. In seiner Hochtemperaturform bringt das Formänderungselement aufgrund seiner mechanischen Kopplung mit dem Befestigungsbereich diesen in eine Öffnungsstellung, sodass der Befestigungsbereich die lösbare Verbindung freigibt. Aufgrund der von den elastischen Mitteln ausgeübten Kraft wird das Befestigungselement dann in die Ausschubrichtung ausgeschoben.

Je nach Anwendungsfall ermöglicht der Ausschub des Befestigungselements durch die von den elastischen Mitteln ausgeübte Kraft eine bequeme manuelle Erfassung des ausgeschobenen Befestigungselements. Im Falle eines Innen verkleidungsteils, an dem ein oder mehrere solcher Befestigungselemente angeordnet sind, lässt sich das Innenverkleidungsteil leicht von der Trägerstruktur abnehmen, da es aufgrund der elastischen Mittel bei der Demontage zumindest ein Stück weit ausgeschoben wird.

Neben diesen Handhabungsvorteilen ermöglicht die Erfindung eine optisch gefälligere Gestaltung von Kraftfahrzeuginnenverkleidungsteilen und räumt dem Konstrukteur eine größere konstruktive Freiheit ein, da die einzelnen Befestigungsstellen des Innenverkleidungsteils an der Trägerstruktur nicht unbedingt von außen zugänglich sein müssen.

Das Befestigungselement weist eine Basis auf, an der zwei gegenüberliegende Schnapphaken angeordnet sind. Die Schnapphaken sind mit dem Formänderungselement mechanisch verbunden, sodass sie durch Anregung des Formänderungseffekts aufeinander zu bewegt werden. Hierdurch geben die Schnapphaken die Schnappverbindung frei, sodass die elastischen Mittel das Befestigungselement ausschieben.

Das Befestigungselement hat ein sockelförmiges Element, welches auf der Basis angeord- net ist, und auf welches die Kraft des elastischen Mittels wirkt. Vorzugsweise sind die elastischen Mittel mit dem sockelförmigen Element verbunden, sodass diese mit dem Befestigungselement eine bauliche Einheit bilden. Alternativ oder zusätzlich können die elastischen Mittel jedoch auch an der Trägerstruktur befestigt sein, mit welcher das Befestigungselement die lösbare Verbindung eingehen kann.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat das Befestigungselement einen elektrischen Leiter, über den ein Stromkreis durch das Formänderungselement geschlossen werden kann. Durch Schließung des Stromkreises erwärmt sich das Formänderungselement, sodass der Formände rungseffekt angeregt wird. Für die Demontage muss also lediglich der Strom eingeschaltet werden, sodass sich einerseits die Verbindung löst und andererseits das Befestigungselement bzw. das Innenverkleidungsteil ein Stück weit ausgeschoben wird.

Alternativ wird ein Stromfluss durch ein dynamisches elektromagnetisches Feld in dem Formänderungselement induziert, um dieses zu erwärmen.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verläuft der elektrische Leiter zur Schließung des Stromkreises durch das sockelförmige Element, die Basis und/oder das elastische Element. Beispielsweise kann der elektrische Leiter von der Basis her kontaktiert werden oder er kontaktiert mit der Trägerstruktur, so dass von dorther eine Spannung angelegt werden kann.

Zur Realisierung des temperaturinduzierbaren Formänderungseffekts des Formänderungselements können verschiedene geeignete Technologien zum Einsatz kommen:
Beispielsweise kann ein Formänderungselement durch Übereinanderschichtung von Materialien unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten realisiert werden; wenn unterschiedliche metallische Materialien eingesetzt werden, bezeichnet man eine solche Anordnung als Bimetallstreifen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der temperaturinduzierbare Formänderungseffekt durch Einsatz von Materialien mit Formgedächtniseffekt erreicht. Entsprechende Legierungen werden auch als Shape-Memory-Alloys (SMA) bezeichnet. Beispiele hierfür sind die Legierungen NiPi- und NiTiPb. Weitere Formgedächtnislegierungen sind aus "Legierungen mit Formgedächtnis", Dieter Stöckel, Erhard Hornbogen, Expert-Verlag, 1988, ISBN 3-8169-0323-1 bekannt. Alternativ oder zusätzlich können auch leitfähige Kunststoffe, wie sie aus dem Gebiet der Polyelectronics bekannt sind, einge setzt werden. Aus solchen Formgedächtnislegierungen können Torsionsstäbe gefertigt werden.

Bei dem Formgedächtniseffekt handelt es sich um einen reversiblen Effekt. Hierzu kann ein Einwege-Effekt mit einer zusätzlichen mechanischen Rückstelleinrichtung verwendet werden. Dieser reversible Effekt beruht darauf, dass so genannte Memory-Legierungen im martensitischen Zustand eine wesentlich geringere Festigkeit aufweisen als in der Hochtemperatur-Phase. Durch Erwärmen wird also die Formänderung des Antriebselements in die Hochtemperaturform, z. B. durch Einschalten eines elektrischen Stromes bewirkt. Nach Abschalten des Stroms nimmt das Antriebselement nicht automatisch seine Ausgangsform wieder ein, sondern es wird durch eine durch geeignete mechanische Mittel aufgebrachte Kraft wieder in die Ausgangsform zurückgebracht.

Alternativ wird ein Material eingesetzt, das einen Zweiwege-Effekt aufweist. Beim Zweiwege-Effekt "erinnert" sich das Material sowohl an die Hochtemperatur- als auch an eine Niedrigtemperaturform. Als Spezialfall des Zweiwege-Effekts können auch Materialien, die einen Allround-Effekt aufweisen, eingesetzt werden.

Der Einsatz von Materialien mit Formgedächtniseffekt für die Automobiltechnik ist an sich bekannt aus "Legierungen mit Formgedächtnis", Kapitel 3.8.2, Seite 92 bis 94, und zwar für Nebelscheinwerfer mit Steinschlag-Schutzlamellen mit einer Nickel-Titan-Zugfeder als Memory-Element sowie für temperaturabhängige Stellfunktionen im Motor-, Getriebe- und Fahrgestellbereich, wie z. B. für Lüfterkupplungen von Motoren, Drosselvorrichtungen von Einspritzpumpen sowie für Kraftfahrzeuggetriebe mit verbessertem Schaltverhalten. Aus der CA 2346260A1 ist ferner auch der Einsatz von Formgedächtnislegierungen zur Einstellung eines Rückspiegels an sich bekannt.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die vorteilhafte Verwendung von Materialien mit Formgedächtniseffekt zur Realisierung eines Befestigungselements, insbesondere zur Anwendung im Automobilbereich. Aufgrund der Verwendung von Materialien mit Formgedächtniseffekt kann auf kostengünstige und konstruktiv einfache Art und Weise ein optisch ansprechendes Design von Kraftfahrzeuginnenverkleidungsteilen geschaffen werden, wobei gleichzeitig die Demontage der Innenverkleidungsteile sehr leicht zu handhaben ist.

Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Befestigungselements, welches eine lösbare Verbindung mit einer Trägerstruktur eingeht,
2 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens für die Demontage des Befestigungselements.
Die 1 zeigt einen Befestigungsklips 100 mit einer Basis 102 und einem Sockel 104. Die Basis 102 trägt zwei gegenüberliegende Schnapphaken 106 und 108.
Die Schnapphaken 106 und 108 haben jeweils hakenförmige Befestigungsbereiche 110 bzw. 112, die in entsprechende Ausnehmungen in einer Trägerstruktur 114 eingreifen.
Die Schnapphaken 106 und 108 haben jeweils ein Lager 116 bzw. 118. Die Lager 116, 118 dienen zur Aufnahme von einer oder mehrerer Wicklungen eines Drahts 120 aus einer Formgedächtnislegierung. Der Draht 120 wird durch eine Klemme 122 des Sockels 104 kontaktiert. Die Klemme 122 ist mit elektrischen Leitern verbunden, welche der Übersichtlichkeit halber in der 1 nicht dargestellt sind.
Ferner befindet sich ein elastisches Element 124 zwischen dem Sockel 104 und der Trägerstruktur 114. Vorzugsweise ist das elastische Element 124 fest mit dem Sockel 104 verbunden, um eine bauliche Einheit mit dem Befestigungsklips 100 zu bilden. Alternativ kann das elastische Element 124 jedoch auch mit der Trägerstruktur 114 fest verbunden sein. In der gezeigten Montageposition wird das elastische Element 124 komprimiert, sodass dieses eine Kraft auf den Befestigungsklips 100 in Ausschubrichtung 126 ausübt.
Die elektrischen Leiter, die zu der Klemme 122 führen, können entweder über auf der Oberfläche der Basis 102 angeordnete Kontaktstellen zur Schließung des elektrischen Stromkreises durch den Draht 120 kontaktiert werden und/oder die Leitungen verlaufen durch das elastische Element 124 hindurch, um mit geeigneten Kontaktstellen der Trägerstruktur 114 zu kontaktieren, über welche der Stromkreis durch den Draht 120 geschlossen werden kann.
Bei dem elastischen Element 124 handelt es sich beispielsweise um eine Schraubenfeder oder um ein elastisches Material. Bei der Trägerstruktur 114 kann es sich beispielsweise um die Trägerstruktur eines Kraftfahrzeugs für die Befestigung von Kraftfahrzeuginnenverkleidungsteilen handeln. In diesem Fall kann die Basis 102 des Befestigungsklips 100 mit einem solchen Innenverkleidungsteil fest verbunden sein. Zur Demontage wird der Strom durch den Draht 120 eingeschaltet, indem an die Kontaktstellen der Leiter, die zu der Klemme 122 führen, eine geeignete Spannung angelegt wird.
Hierdurch wird der Draht 120 erwärmt und der Formänderungseffekt induziert, das heißt, der Draht 120 zieht sich zusammen und geht in seine Hochtemperaturform über, sodass sich die Befestigungsbereiche 110 und 112 in die Richtungen 128 bzw. 130 bewegen. Aufgrund dessen wird die formschlüssige Verbindung mit der Trägerstruktur 114 gelöst, sodass das elastische Element 124 relaxieren kann, wodurch der Befestigungsklips 100 aus der Trägerstruktur 114 zumindest ein Stück weit ausgeschoben wird.
Die 2 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens. In dem Schritt 200 erfolgt eine Montage, indem durch Einrasten von Schnapphaken eine Schnappverbindung aus Kunststoff hergestellt wird. Zur Demontage wird in dem Schritt 202 der temperaturinduzierbare Formänderungseffekt des Formänderungselements des Befestigungsklips angeregt. Dies erfolgt durch Einschalten eines Stroms bzw. einer Spannung oder durch induktive Erwärmung des Formänderungselements. Aufgrund dessen nimmt das Formänderungselement in dem Schritt 204 seine Hochtemperaturform ein.
Dadurch wird die Verbindung gelöst und der Befestigungsklips wird in dem Schritt 206 aufgrund des relaxierenden elastischen Elements aus der Trägerstruktur ausgeschoben. Der Befestigungsklips bzw. das Innenverkleidungsteil, an dem sich der Befestigungsklips befindet, kann dann leicht von der Trägerstruktur abgenommen werden, womit die Demontage abgeschlossen ist. Das Formänderungselement kühlt dann wieder ab und nimmt in dem Schritt 208 seine Niedrigtemperaturform an. Daraufhin kann eine erneute Montage und Demontage erfolgen.

100: Befestigungsklips
102: Basis
104: Sockel
106: Schnapphaken
108: Schnapphaken
110: Befestigungsbereich
112: Befestigungsbereich
114: Trägerstruktur
116: Lager
118: Lager
120: Draht
122: Klemme
124: elastisches Element
126: Ausschubrichtung

Claims

Befestigungselement zur Bildung einer lösbaren Verbindung mit – zumindest einem ersten und einem zweiten Befestigungsbereich (110, 112), welche an einem ersten und zweiten Schnapphaken ausgebildet sind, – einem Formänderungselement (120), das einen temperaturinduzierbaren Formänderungseffekt aufweist, wobei das Formänderungselement mit dem ersten und zweiten Schnapphaken mechanisch gekoppelt ist (116, 118), wobei die Schnapphaken (106, 108) durch Anregung des Formänderungseffekts aufeinander zu bewegbar sind, sodass durch Anregung des Formänderungseffekts die Verbindung gelöst werden kann, und wobei das Formänderungselement einen Draht (120) aufweist, – elastischen Mitteln (124) zur Ausübung einer Kraft auf das Befestigungselement in einer Ausschubrichtung (126), – mit einer Basis (102), an der die ersten und zweiten Schnapphaken angeordnet sind, – mit einem sockelförmigen Element (104), das auf der Basis zwischen den ersten und zweiten Schnapphaken angeordnet ist, und welches zur Aufnahme der Kraft der elastischen Mittel (124) ausgebildet ist, und wobei das sockelförmigen Element eine Klemme (122) zur Kontaktierung des Drahtes aufweist.
Befestigungselement nach Anspruch 1, wobei der Befestigungsbereich (110, 112) zur Bildung einer kraftschlüssigen oder formschlüssigen Verbindung ausgebildet ist.
Befestigungselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die elastischen Mittel (124) mit dem sockelförmigen Element (104) verbunden sind.
Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem elastischen Mittel um eine Feder (124) handelt.
Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der lösbaren Verbindung um eine Schnappverbindung aus Kunststoff handelt.
Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Formänderungseffekt um einen Formgedächtniseffekt handelt.
Befestigungselement nach Anspruch 6, wobei es sich bei dem Formgedächtniseffekt um einen Zweiweg-Effekt handelt.
Befestigungselement nach Anspruch 6 oder 7, wobei es sich bei dem Formgedächtniseffekt um einen Allround-Effekt handelt.
Befestigungselement nach Anspruch 6, wobei es sich bei dem Formgedächtniseffekt um einen Einwege-Effekt handelt.
Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem elektrischen Leiter zur Schließung eines Stromkreises durch das Formänderungselement.
Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, welches als Befestigungsklips ausgebildet ist.
Innenverkleidungsteil mit zumindest einem Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11.