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Die
Erfindung betrifft ein Befestigungselement zur Anbringung auf einem
Gewindebolzen mit einem hülsenartigen
Halteelement, das einen sich in Richtung seiner Längsachse
erstreckenden Hohlraum zur Aufnahme des Gewindebolzens und wenigstens
einen verformbaren Klemmbereich aufweist, der bestrebt ist, eine
in den Hohlraum hinein ragende, den Gewindebolzen festhaltende Klemmstellung
einzunehmen, und mit einem an einen zu befestigenden Gegenstand
andrückbaren
Flansch, der an dem in Montagerichtung vorderen Ende des Halteelements
angeordnet ist.
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Befestigungselemente
der angegebenen Art werden insbesondere im Automobilbau zur Befestigung
von Teilen auf Gewindebolzen verwendet. Die Besonderheit dieser
Befestigungselemente besteht darin, daß sie ohne Drehung allein durch
eine axiale Bewegung in die Befestigungsstellung auf einen Gewindebolzen
gebracht und fest mit dem Gewindebolzen verbunden werden können. Die
Verbindung kann wieder gelöst
werden, indem das Befestigungselement wie eine Mutter von dem Gewindebolzen
abgeschraubt wird. Durch Drehen des Befestigungselementes in Anzugsrichtung
besteht außerdem
die Möglichkeit,
die axiale Klemmkraft einer hergestellten Verbindung zu erhöhen.
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Bei
einem aus
DE 101 33
063 A1 bekannten Befestigungselement der angegebenen Art
hat das Halteelement einen polygonalen Querschnitt und eine Wand
mit radial nachgebenden Wandabschnitten, die radial nach außen verformt
werden, wenn das Halteelement auf den Gewindebolzen aufgeschoben
wird. Eine Spannhülse
ist abbrechbar an einem Ende des Halteelementes angeformt und ihr
innerer Querschnitt ist so bemessen, daß er über die Außenseite des Halteelementes
geschoben werden kann, wobei die radial nachgebenden Wandabschnitte
nach innen verformt werden, so daß das Gewinde des Gewindebolzens
teilweise in die nachgebenden Wandabschnitte eingeformt werden kann.
Ein Flansch ist unmittelbar an dem Halteelement angebracht. Zur
Befestigung eines Gegenstandes sind bei diesem Befestigungselement
mehrere Montageschritte und Werkzeuge erforderlich.
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Aus
JP 61-79018 ist ein Befestigungselement zur Befestigung eines Bauteils
an einem Gewindebolzen bekannt, welches ein hülsenförmiges, mit Längsschlitzen versehenes
Halteelement, in den Längsschlitzen
angeordnete, federnde Haltefinger zum Festklemmen des Gewindebolzens
und einen auf das Bauteil auflegbaren Flansch aufweist. An dem in
Montagerichtung vorderen Ende des Halteelements sind abgewinkelte
Spangen angeordnet, deren Enden sich in einem Abstand von dem Flansch radial
nach außen
erstrecken. Mit Hilfe der Spangen kann das Befestigungselement an
dem zu befestigen Bauteil vormontiert werden, wobei die Spangen
den Innenrand einer Montageöffnung
umgreifen. Zur endgültigen
Montage kann dann das Bauteil mit dem vormontierten Befestigungselement
auf den an einer Unterlage befestigten Gewindebolzen gedrückt werden.
Bei diesem Befestigungselement ist als nachteilig anzusehen, daß der Gewindebolzen
bereits von dem Haltefinger erfaßt wird, bevor das Bauteil
seine endgültige
Lage ander Unterlage erreicht. Hierdurch wird ein nachträgliches
Ausrichten des Bauteils erschwert. Auch das Einführen des Gewindebolzens in das
Befestigungselement ist hierbei schwierig, weil der Gewindebolzen
durch das Bauteil und den Flansch des Befestigungselements verdeckt
ist.
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Aus
EP 0 566 296 B1 ist
ein Kunststoffdruckknopf zur Befestigung einer Zierleiste oder eines
Karosseriepanels an einer Fahrzeugkarosserie bekannt, welcher einen
zylindrischen Schaft mit darin angeordneten Haltefingern zum Ergreifen
eines Gewindebolzens aufweist. An dem in Montagerichtung hinteren
Ende des Schaftes ist ein kreischeibenförmiger Haltekopf ausgebildet
und das andere Ende des Schaftes weist einen sich in Montagerichtung
konisch erweiternden Kragen auf, der an seinem Umfangsrand mehrere
Klammern hat, mittels welcher der Druckknopf zur Vormontage in einem
Montierloch des zu befestigenden Bauteils festhaltbar ist. In der hierdurch
erreichten Vormontageposition des Druckknopfes kann das Bauteil
zunächst
in der Montageposition ausgerichtet werden und danach durch vollständiges Eindrücken des
Druckkopfes in das Montierloch und Aufdrücken auf den Gewindebolzen
das Bauteil endgültig
befestigt werden. Bei diesem Befestigungselement ist als nachteilig
anzusehen, daß sich
der Kopf in der Befestigungsstellung in einem erheblichen Abstand
von der Oberfläche
befindet, an der der Gewindebolzen angeschweißt ist. Das zu befestigende
Bauteil muß daher
eine besondere Auswölbung
haben, damit es in der Befestigungsstellung an dem Kopf anliegt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Befestigungselement der
eingangs genannten Art zu schaffen, welches an dem zu befestigenden
Gegenstand vormontiert werden kann und in der vormontierten Stellung
das Plazieren und Ausrichten des zu befestigenden Gegenstands erleichtert.
Weiterhin soll das Befestigungselement ohne Zuhilfenahme von Werkzeugen
von Hand mit einem Gewindebolzen verbindbar sein.
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Die
Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 angegebene Erfindung
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Nach
der Erfindung ist der an den zu befestigenden Gegenstand andrückbare Flansch
des Befestigungselements in einem Abstand von dem Halteelement angeordnet
und mittels Federlaschen an dem Halteelement befestigt. Hierdurch
kann der Flansch an dem zu befestigenden Gegenstand vormontiert
werden, wobei das Halteelement, durch die Federlaschen gehalten,
in einem Abstand von dem zu montierenden Gegenstand verbleibt, der
so groß bemessen
werden kann, daß der
bei der Montage des Gegenstands an einem Träger der durch die Montageöffnung des
Gegenstands und den Flansch hindurchragende Gewindebolzen noch nicht
von dem Klemmelement erfaßt
wird. Der zu montierende Gegenstand kann daher zunächst in
der erforderlichen Weise ausgerichtet und bewegt werden, ohne daß das Befestigungselement
mit dem Gewindebolzen verrastet und dadurch Ausrichtbewegungen beeinträchtigt oder
verhindert. Ein vorzeitiges Verrasten des Befestigungselements an
einer falschen Stelle wird somit vermieden. Ist das Ausrichten erfolgt,
so kann das Halteelement von Hand auf den Gewindebolzen gedrückt werden,
wobei die Federlaschen elastisch verformt werden und mit der dadurch
hervorgehobenen Federkraft den Flansch an den Gegenstand andrücken. Die
Federlaschen sind hierbei so ausgelegt, daß ihre Verformung von Hand
ohne weiteres möglich
ist.
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Das
erfindungsgemäße Befestigungselement
hat weiterhin den Vorteil, daß durch
den Abstand zwischen dem Flansch und dem Halteelement ein Freiraum
geschaffen ist, durch den die Öffnung des
Flansches gut sichtbar ist. Hierdurch wird das Positionieren des
Flansches relativ zu einem Gewindebolzen erleichtert, da durch die Öffnung im
Flansch der hinter dem Bauteil befindliche Bolzen besser gesehen
werden kann.
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Nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, daß der Flansch
eine größere radiale
Erstreckung hat als das vordere Ende des Halteelements und daß die Federlaschen
sich von dem Halteelement radial nach außen und nach einer Biegung
um etwa 90° zu
der dem Halteelement zugekehrten Rückseite des Flansches hin erstrecken. Diese
Gestaltung begünstigt
das Verformen der Federlaschen und ermöglicht einen direkten Kontakt zwischen
dem Halteelement und dem Flansch in der Befestigungsstellung, so
daß die
Haltekräfte
unmittelbar auf den Flansch übertragen
werden können.
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Als
ausreichend und vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn wenigstens zwei
Federlaschen in symmetrischer Anordnung einander gegenüberliegend vorgesehen
sind. Hierdurch läßt sich
das Befestigungselement einfach herstellen und die symmetrische
Anordnung der Federlaschen gewährleistet, daß das Halteelement
beim Andrücken
an den Flansch seine Mittellage zum Flansch beibehält. Abweichend
von dieser Gestaltung können
aber durchaus auch mehr als zwei Federlaschen vorgesehen sein. Auch
eine Verbindung des Halteelements mit dem Flansch durch nur eine
einzige Federlasche ist möglich,
erfordert aber etwas mehr Geschicklichkeit beim Aufdrücken des
Halteelements auf einen Gewindebolzen.
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Eine
geringe Steckkraft bei gleichzeitig sicherer Verankerung des Halteelements
auf einem Gewindebolzen wird nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung
dadurch erreicht, daß der
Innendurchmesser des Hohlraums größer ist als der Außendurchmesser
des Gewindebolzens und daß das
Halteelement in den Hohlraum hineinragende Haltefinger aufweist,
die zur Längsachse
des Halteelements derart geneigt sind, daß sie sich mit zunehmendem Abstand
von dem vorderen Ende des Halteelements von der Wand des Hohlraums
entfernen. An ihren freien Enden können die Haltefinger zur Verbesserung
der Haftung Zähne
tragen, die in die Gewinderillen des Gewindebolzens eingreifen.
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Das
Einführen
eines Gewindebolzens in den Hohlraum des Halteelements wird durch
eine Ausgestaltung erleichtert, bei der die Eintrittsöffnung des Hohlraums
eine konische Erweiterung aufweist, deren Durchmesser nach außen zunimmt.
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Nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann das Halteelement eine
polygonale, insbesondere sechskantige Außenkontur haben. Hierdurch
ist es möglich,
das Befestigungselement mit Hilfe eines Schlüssels zu drehen, um es nach
seiner Befestigung von einem Gewindebolzen wieder zu lösen. Das
in Montagerichtung hintere Ende des Halteelements kann einen geschlossenen,
insbeson dere ebenfalls polygonalen bzw. sechskantigen Boden haben,
der zur Versteifung des Halteelements insbesondere für das Losschrauben
beiträgt.
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Der
Flansch des Befestigungselements ist ringförmig und hat eine zentrale Öffnung,
die kleiner ist als die radiale Erstreckung des Halteelements, wobei
seine Rückseite
eine Anlagefläche
für das
vordere Ende des Halteelements bildet. Vorzugsweise ist der Flansch
nach Art einer Tellerfeder gestaltet, um in der Befestigungsstellung
eine federnde Vorspannung zwischen dem Halteelement und dem zu befestigenden
Gegenstand hervorrufen zu können. Zur
Erzielung der gewünschten
Federwirkung kann der Flansch einen verstärkten Umfangsrand und mehrere,
sich im wesentlichen radial von der Öffnung in Richtung des Umfangsrandes
erstreckende Schlitze haben. Hierdurch läßt sich eine flache Federkennlinie
erzielen.
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Eine
ungünstige
Verformung der Federlaschen beim Losschrauben des Befestigungselements
wird nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung dadurch vermieden,
daß an
dem Flansch einerseits und an dem dem Flansch zugekehrten Ende des
Halteelements andererseits Kupplungselemente und Gegenkupplungselemente
angeordnet sind, die ineinandergreifen und eine Drehung des Flansches relativ
zum Halteelement verhindern, wenn der Flansch in montiertem Zustand
des Befestigungselements an dem Halteelement anliegt. Die Kupplungselemente
können
durch axiale Vorsprünge
an dem Flansch und die Gegenkupplungselemente durch die Vorsprünge aufnehmende
Aussparungen im Halteelement gebildet sein.
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Zur
Sicherung des Klemmelements gegen Lösen kann der Flansch eine Verdrehsicherung
aufweisen, die im Zusammenwirken mit dem zu befestigenden Bauteil
einen Drehwiderstand hervorruft.
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Das
Befestigungselement ist vorzugsweise einteilig aus Kunststoff hergestellt.
Das Halteelement ist hierzu mit seitlichen Öffnungen für die Formkerne zur Ausbildung
der Haltefinger versehen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben,
das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen
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1 eine
Seitenansicht eines Befestigungselements nach der Erfindung,
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2 eine
Draufsicht des Befestigungselements gemäß 1,
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3 einen
Querschnitt durch eine Befestigungsanordnung unter Verwendung des
Befestigungselements gemäß 1 in
Vormontagestellung,
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4 einen
Querschnitt der Befestigungsanordnung gemäß 3 in Endmontagestellung.
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Das
in der Zeichnung dargestellte Befestigungselement 1 besteht
aus einem Halteelement 2 und einem Flansch 3,
die durch Federlaschen 4 miteinander verbunden sind. Das
Halteelement 2 hat die Form einer Hülse von sechseckigem Querschnitt,
die einen im Querschnitt ebenfalls sechseckigen Hohlraum 5 umschließt und an
einem Ende durch einen sechseckigen Boden 6 verschlossen
ist. An zwei einander gegenüberliegenden
Wänden 7, 8 des
Hohlraums 5 sind jeweils zwei Haltefinger 9, 10 angebracht,
die sich in einem Winkel von etwa 45° zur Längsachse des Halteelements 2 in
den Hohlraum 5 und in Richtung des Bodens 6 erstrecken.
An ihren freien Enden weisen die Haltefinger 9, 10 jeweils zwei
Zähne auf,
die einen zum Eingreifen in Gewinderillen eines Gewindebolzens geeigneten
Abstand haben. Die Haltefinger 9 sind gegenüber den ihnen
gegenüberliegenden
Haltefingern 10 in axialer Richtung um die halbe Ganghöhe des zugeordneten Bolzengewindes
in axialer Richtung versetzt. Das dem Boden 6 entgegengesetzte
Ende des Halteelements 2 ist mit einer konischen, sich
in Richtung des Flansches 3 erweiternden Öffnung 11 versehen,
siehe 3. Beiderseits der Wände 7, 8 weist
das Halteelement 2 rechteckige Öffnungen 12, 13 auf,
die zur Aufnahme von Formkernen bei der Herstellung des Befestigungselements
dienen. Durch einen achsparallelen Steg 14, der sich an
einer Ecke des sechseckigen Querschnitts befindet, sind die Öffnungen 12, 13 voneinander
getrennt. Ein zweiter Steg 14 befindet sich in spiegelbildlicher
Anordnung auf der in 1 nicht sichtbaren Rückseite
des Befestigungselements.
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Die
Federlaschen 4 sind auf entgegengesetzten Seiten außen an dem
offenen Ende des Halteelements 2 angeformt und erstrecken
sich in spiegelbildlicher Anordnung von dem Halteelement 2 etwa
entlang eines Viertelkreises nach außen und in Montagerichtung
nach vorn, so daß ihre
an den Flansch 3 angeformten Enden ungefähr senkrecht auf
die ebene Rückseite 15 des
Flansches 3 auftreffen. Der Abstand zwischen dem Halteelement 2 und dem
Flansch 3 ist somit ungefähr gleich dem Krümmungsradius
der Federlaschen 4. Auf beiden Seiten der Federlaschen 4 weist
das Halteelement 2 sich radial nach außen erstreckende Vorsprünge 16, 17 auf, die
zur Abstützung
des Halteelements 2 an der Rückseite 15 des Flansches 3 bestimmt
sind. Zwischen den Vorsprüngen 16, 17 befindet
sich jeweils eine als Kupplungselement dienende Aussparung 18.
Die Aussparungen 18 wirken mit Mitnehmerzapfen 19 zusammen,
der auf der Rückseite 15 des
Flansches 3 angeordnet ist und Gegenkupplungselemente bilden.
Bei Annäherung
des Halteelements 2 an den Flansch 3 dringen die
Mitnehmerzapfen 19 in die Aussparungen 18 ein
und ermöglichen
dadurch die Übertragung
eines Drehmoments zwischen dem Halteelement 2 und dem Flansch 3.
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Der
Flansch 3 hat eine zentrale Öffnung 20, deren Durchmesser
etwa gleich dem Abstand entgegengesetzter Seitenflächen (Schlüsselweite)
des Halteelements 2 ist. Von der Öffnung 20 erstrecken sich
vier Schlitze 21 nach außen etwa bis zur Hälfte der
radialen Breite des Flansches 3. Durch die Schlitze 21 wird
die elastische Nachgiebigkeit des inneren Umfangsrandes des Flansches 3 erhöht. Der Flansch 3 weist
außerdem
einen verstärkten
Umfangsrand 23 auf, der auf der dem Halteelement 2 abgekehrten
Vorderseite des Flansches 3 eine erhabene Anlagefläche 22 bildet.
An zwei einander entgegengesetzten Stellen des Umfangsrandes 23 sind
an den Flansch 3 Finger 24 angeformt, die annähernd tangential über den
Umfangsrand 23 hinausragen und dazu bestimmt sind, den
Flansch 3 gegen Verdrehen zu sichern.
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In
den 3 und 4 ist eine Befestigungsanordnung
unter Verwendung des Befestigungselements 1 gezeigt. Auf
einer Unterlage 30 aus Blech, beispielsweise einem Karosserieteil
eines Kraftfahrzeugs, ist ein Gewindebolzen 31 durch Schweißen befestigt.
Eine Verkleidungsplatte 32, beispielsweise ein Unterboden,
weist an einer mit dem Gewindebolzen 31 zusammenwirkenden
Befestigungsstelle eine Ausnehmung 33 und in dieser eine Öffnung 34 auf,
durch die der Gewindebolzen 31 hindurchgesteckt wird. Zur
Vorbereitung der Montage wird das Befestigungselement 1 mit
dem Flansch 3 in die Ausnehmung 33 der Verkleidungsplatte 32 eingesetzt
und mittels Halteelementen 35 verrastet, die an der Verkleidungsplatte 32 vorgesehen
sind und den Außenrand
des Flansches 3 übergreifen.
Die Verrastung an den Halteelementen 35 ist so gestaltet
und die Ausnehmung 33 ist so groß bemessen, daß der Flansch 3 in
radialer Richtung zum Ausgleich von Maßabweichungen relativ zur Verkleidungsplatte 32 bewegt
werden kann.
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Nach
der Vormontage des Befestigungselements 1 an der Verkleidungsplatte 32 wird
die Verkleidungsplatte 32 in ihre Einbaulage an der Unterlage 30 gebracht,
in der sie wie in 3 gezeigt, an der Unterlage 30 anliegt.
Hierbei durchdringt der Gewindebolzen 31 die Öffnung 34 in
der Verkleidungsplatte 32 und die Öffnungen 20 und 11 im
Befestigungselement 1. Die Länge des Gewindebolzens 31 und
der Abstand der Haltefinger 9, 10 des Halteelements 2 von
der Anlagefläche 22 des
Flansches 3 sowie die Dicke des zwischen dem Flansch 3 und
der Unterlage 30 befindlichen Abschnitts der Verkleidungsplatte 32 sind
jedoch so aufeinander abgestimmt, daß der Gewindebolzen 31 nicht
von den Haltefingern 9, 10 erfaßt und festgehalten
werden kann. Die Verkleidungsplatte 32 kann daher in dieser
Montagesituation zur richtigen Plazierung relativ zur Unterlage 30 bewegt
werden und bei Bedarf auch nochmals von der Unterlage 30 entfernt
werden, um so das richtige Ausrichten zu erleichtern.
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Ist
die gewünschte
Lage der Verkleidungsplatte 32 erreicht, so wird zu ihrer
Befestigung an dem Gewindebolzen 31 das Halteelement 2 von Hand
auf den Gewindebolzen 31 gedrückt und dadurch in die in 4 gezeigte
Position gebracht. Bei diesem Vorgang biegen sich die inneren Enden
der Federlaschen 4 nach unten und das Halteelement 2 gelangt
mit seinem vorderen Ende und den Vorsprüngen 16, 17 in
Kontakt mit der Rückseite 15 des
Flansches 3. Die Haltefinger 9, 10 werden
beim Eindringen des Gewindebolzens 31 in das Halteelement 2 auseinandergedrückt und überspringen
die einzelnen Gewinderippen, bis sie schließlich in der endgültigen Befestigungsstellung
mit ihren Zähnen
in die Gewinderillen des Gewindebolzens 31 einrasten und das
Halteelement 2 an dem Gewindebolzen 31 festhalten.
Die in der Befestigungsstellung stärker gebogenen Federlaschen 4 erzeugen
eine in axialer Richtung gegen den Flansch 3 gerichtete
Federkraft, durch die der Flansch 3 gegen die Verkleidungsplatte 32 gedrückt wird.
Zusätzlich
kann bei der Montage das Halteelement 2 noch näher als
in 4 gezeigt an die Verkleidungsplatte 32 angenähert werden,
wodurch sich auch der Flansch 3 elastisch verformt und dadurch
die Andruckkraft erhöht.
Somit verbleibt die Befestigungsanordnung in der Befestigungsstellung federnd
verspannt und ist dadurch gegen Schwingen und Verdrehen gesichert.
Eine zusätzlich
Verdrehsicherung wird durch die Finger 23 erreicht, die
sich in den Rand der Ausnehmung 33 eingraben.
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In
der Befestigungsstellung greifen die Mitnehmerzapfen 19 am
Flansch 3 in die Aussparungen 18 am Halteelement 2 ein
und sichern dadurch das Halteelement 2 mit Hilfe des Flansches 3 gegen
Verdrehen auch dann, wenn durch äußere Einwirkung, beispielsweise
Steinschlag, die Federlaschen 4 zerstört werden sollten.
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Das
Lösen der
Befestigungsanordnung ist durch Drehen des Halteelements 2 mit
Hilfe eines Schraubenschlüssels
möglich.
Die Drehkraft wird hierbei über
die in die Aussparungen 18 eingreifenden Mitnehmerzapfen 19 auf
den Flansch 3 übertragen,
wobei auch die Hemmwirkung der Finger 23 überwunden
werden muß.
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Das
beschriebene Befestigungselement ermöglicht durch die Gestaltung
des Halteelements eine geringe Montagekraft, dennoch aber hohe Abzugskräfte, da
sich die Haltefinger bei Belastung in Löserichtung gegen den Gewindebolzen
verkeilen. Die Federlaschen sorgen dafür, daß das Halteelement sich vor
der Montage immer in der richtigen Position befindet. Nach dem Losschrauben
des in die Befestigungsstellung gedrückten Befestigungselements
kehren die Federlaschen wieder in ihre Ausgangslage zurück und ermöglichen
erneut eine einfache Montage. Mit Hilfe der Federlaschen und der elastischen
Verformbarkeit des Flansches kann bei der Montage eine vergleichsweise
große
Andruckkraft erzeugt werden, die die Befestigungsanordnung gegen
Schwingungseinflüsse
schützt.