DE102006008662A1

DE102006008662A1 - Bohrung in einem weichen Kunststoffteil und Montageanordnung

Info

Publication number: DE102006008662A1
Application number: DE200610008662
Authority: DE
Inventors: Hans-Thies Schmidt; Peter Wehrlin
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2026-02-25
Also published as: DE102006008662B4

Abstract

Es wird eine Bohrung (3) in einem weichen Kunststoffteil (2) zur Befestigung an einem festen Basisbauteil (1) und eine Montageanordnung beschrieben, die einfach und preiswert herstellbar sind und eine möglichst optimal sichernde Funktion der Befestigung aufweisen. Hierfür weist die Bohrung (3) für die Befestigung mittels einer Befestigungsschraube (4) einen quetschbaren Materialüberschuß (5) auf.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bohrung in einem weichen Kunststoffteil zur Befestigung an einem festen Basisbauteil und auf eine Montageanordnung mit einem weichen Kunststoffteil, das mindestens eine Bohrung aufweist.

Es ist bekannt, Kunststoffteile zur Befestigung mit verstärkten Befestigungsbohrungen auszubilden. Die DE 43 35 314 A1 beschreibt ein Kunststofflagergehäuse mit Durchgangsbohrungen zum Anschrauben des Gehäuses an einen Träger. Zum Zusammenschrauben von Gehäuseteilen sind optional oder alternativ in die Bohrungen Metallbuchsen eingesetzt. Die Metallbuchsen bestehen aus schraubenförmig gewickeltem Draht. Gegenüber der Bohrungslänge weisen die Metallbuchsen eine solche Länge auf, dass sie unter der durch das An- bzw. Zusammenschrauben aufgebrachten Axialkraft eine axiale Kürzung und eine radiale Weitung erfahren, wobei eine Anpreßkraft auf die Bohrungswandung ausgeübt wird.

Die DE 35 30 083 C2 beschreibt eine selbstschneidende Gewindebuchse für Kunststoffe, um den Kunststoff an einem festen Material mittels einer verstärkten Bohrung zu befestigen.

Zudem ist es bekannt, als Alternative zu der aufwendigen Metall- oder Kunststoffbuchse, die Verschraubung mit selbstsichernden Muttern oder besonderen Anschlägen einzusetzen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Bohrung der eingangs genannten Art und eine Montageanordnung zu schaffen, die einfach und preiswert herstellbar sind und eine möglichst optimal sichernde Funktion der Befestigung auf weisen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe hinsichtlich der Bohrung dadurch gelöst, dass die Bohrung für die Befestigung mittels einer Befestigungsschraube einen quetschbaren Materialüberschuß aufweist.

Aufgrund eines Materialüberschusses in der Bohrung baut sich bei der Montage des weichen Kunststoffteils an einem festen Basisbauteil mittels einer Befestigungsschraube im Bereich des überschüssigen Materials eine Druckkraft auf, die gegen die eingeschraubte Befestigungsschraube und das feste Basisbauteil sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung drückt. Diese auf die Befestigungsschraube ausgeübten Druckkräfte führen zu erhöhten erforderlichen Drehmomenten beim Lösen der Befestigungsschraube und sichern die Schraubverbindung somit ab. Zudem, aufgrund des Materialüberschusses, werden erhöhte Reibungskräfte in der Bohrung des Kunststoffteils gegenüber Gewindegängen der Befestigungsschraube erzeugt, die verhindern, dass die Befestigungsschraube trotz Vibrationen, beispielsweise aufgrund einer Fahrzeugumgebung, nur sehr schwer oder mit zusätzlicher mechanischer Krafteinwirkung, z.B. bei einer gewollten Demontage, lösbar ist.

Da kein zusätzliches, sekundäres Material für eine derartige Schraubverbindung erforderlich ist, um eine selbstsichernde Verschraubung herzustellen, fallen auch keine Kosten für die Fertigung eines, insbesondere aus einem anderen Werkstoff ausgebildeten, Verstärkungs- bzw. Sicherungsmaterial an. Da eine derartige Bohrung sich im Herstellungsprozeß des Kunststoffteils, beispielsweise durch Pressen oder Stanzen ausarbeiten bzw. beispielsweise durch Spritzgießen fertigen läßt, sind die Herstellungskosten eines Kunststoffteils mit erfindungsgemäßen Bohrungen minimiert. Es ergibt sich also eine Teileeinsparung ohne Funktionsverlust.

Eine Schraubverbindung mit solch einer erfindungsgemäßen Bohrung führt zu einer Gewichtsersparnis gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen. Selbstsichernde Verschraubungen entweder in der Mutter oder an Auflagen sind nicht mehr erforderlich.

Bevorzugt ist der Materialüberschuß ringförmig ausgebildet. Es wird somit eine Art Quetschring des zu montierenden relativ weichen Kunststoffteils in der Befestigungsbohrung ausgebildet. Der Quetschring schafft einen gleichmäßigen Druckaufbau und verhindert ein selbsttätiges Verdrehen der Befestigungsschraube. Die Befestigungsschraube wird mit leichtem Druck beim Eindrehen in den Quetschring gedrückt, gräbt sich leicht in den Quetschring ein und greift anschließend in ein Gewinde des festen Basisbauteils ein. Die Befestigungsschraube wird nachfolgend über das erforderliche Drehmoment angezogen. Der verformte Quetschring sichert ein Lösen der Schraubverbindung ab.

Vorteilhafterweise ist der Materialüberschuß des weichen Kunststoffteils zur Befestigungsseite mit dem festen Basisbauteil hin konisch, mit zunehmenden Materialanteil mit sich verjüngendem Bohrungsdurchmesser, ausgebildet. Dabei ist insbesondere der Bohrungsdruchmesser von der der Befestigungsseite abgewandten Seite her, vorzugsweise 5 bis 20%, insbesondere 10 bis 17%, größer als der Nenndurchmesser D der Befestigungsschraube. Somit wird die Befestigungsschraube bei der Montage leicht in die entsprechende Bohrung eingeführt. Eine erhöhte Reibungskraft gegenüber der Befestigungsschraube und der aufgrund der Quetschung resultierende Druckaufbau nimmt erst bei zunehmender Eindringtiefe der Befestigungsschraube zu.

Vorzugsweise ist der Bohrungsdruchmesser zur Befestigungsseite hin mindestens so klein, wie der Kerndurchmesser d der Befestigungsschraube. Diese Dimensionierung ist notwendig, um die erforderliche Quetschung zu erzielen. Der Konus stellt somit den erforderlichen Materialüberschuß bereit, weil er mehr Material aufweist, als das durch die Gewindesteigung und die Gewindegänge der Befestigungsschraube definierte Volumen aufnehmen kann.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der kleinste Konusdurchmesser e der Bohrung zur Befestigungsseite hin, insbesondere 5 bis 25%, kleiner als der Kerndurchmesser d der Befestigungsschraube. Aufgrund dieses Dimensionsverhältnisses muß sich die Befestigungsschraube in die Bohrung des weichen Kunststoffteils eingraben bzw. einschneiden, was zu einer weiteren Verbesserung der selbstsichernden Funktion führt, da der zu quetschende Materialüberschuß und die Reibung somit überhöht sind.

Bei einer alternativen Ausführungsform sind am Ende des Konuslochs in der Bohrung zur Befestigungsseite des festen Basismaterials hin, insbesondere mindestens zwei, Ansätze am kleinsten Durchmesser angeordnet. Diese mindestens zwei Ansätze schaffen einen zusätzlichen Materialüberschuß mit Entspannungs- und Belastungsbereichen, die eine selbstsichernde Verschraubungsfunktion erhöhen. Vorzugsweise sind die Ansätze in Einschraubrichtung widerhakenförmig ausgebildet. Somit wird einem lösenden Drehmoment der Befestigungsschraube noch besser entgegengewirkt.

Außerdem wird erfindungsgemäß die Aufgabe durch eine Montageanordnung mit einem weichen Kunststoffteil, das eine Bohrung mit den oben beschriebenen Merkmalen aufweist und einem festen Basisbauteil gelöst, das bevorzugt aus einem harten Kunststoff oder Metall hergestellt ist, wobei eine Befestigungsschraube das Kunststoffteil und das Basisbauteil zusammenhält.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf zwei zugehörige Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
die 1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Bohrung, und
die 2 eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Bohrung.
Die 1 zeigt in einem schematischen Querschnitt ein festes Basisbauteil 1 auf dem ein weiches Kunststoffteil 2 angeordnet ist. In das weiche Kunststoffteil 2 ist eine Bohrung 3 gefertigt. Das weiche Kunststoffteil 2 wird mittels einer Befestigungsschraube 4 an dem festen Basisbauteil 1 befestigt. Das feste Basisbauteil 1 kann beispielsweise aus einem härteren Kunststoff oder bevorzugt aus Metall hergestellt sein. Um die Befestigungsschraube 4 sicher aufzunehmen, ist in das metallene Basisbauteil 1 ein Gewinde 5 einge schnitten bzw. eingearbeitet.
Die erfindungsgemäße Bohrung 3 ist zur Kopfseite der Befestigungsschraube 4 hin, also der der Befestigungsseite abgewandten Seite, um 15 bis 25% im Durchmesser größer als der Nenndurchmesser D der Befestigungsschraube 4. Die Bohrung 3 verengt sich ungefähr im letzten Drittel zur Befestigungsseite zum Basisbauteil 1 konusförmig hin und bildet somit einen Materialüberschuß 6. Dieser Konus 7 ist ringförmig ausgebildet und kann auch als Quetschring bezeichnet werden. Der Konus 7 weist einen kleinsten Konusdurchmesser e auf, der ungefähr 22% kleiner ist, als der Kerndurchmesser d der Befestigungsschraube 4.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Bohrung 3 kann wie folgt beschrieben werden. Die Befestigungsschraube 4 wird in die Bohrung 3 des zu montierenden Kunststoffteils 2 gesteckt. Durch Anschrauben schneidet sich die Befestigungsschraube 4 in den konusförmigen Ring 7 der Bohrung 3 ein, bis die Befestigungsschraube 4 im Gewinde 5 des festen Basisbauteils 1 eingeschraubt ist. Anschließend wird die Befestigungsschraube 4 über das erforderliche Drehmoment angezogen. Dabei quetscht die Befestigungsschraube 4 bzw. deren Gewinde das weiche Kunststoffteil 2, so dass ein Druck in radialer und axialer Richtung gegen die Befestigungsschraube 4 erzeugt wird. Dieser aufgebaute Druck sorgt für eine Verdrehsicherung der Befestigungsschraube 4. Der als Konus 7 ausgebildete Quetschring erhöht die Reibungskraft gegen die Befestigungsschraube 4 und sichert somit ein Lösen der Schraubverbindung ab. Die Quetschung des Kunststoffteils 2 ist in der 1 nicht dargestellt. Der Konus 7 ist gleichförmig im entspannten Zustand gezeigt, so als ob die Befestigungsschraube 3 noch nicht eingeschraubt wäre. Insoweit stellt der Querschnitt der 1 einen Zustand dar, den es tatsächlich nicht gibt.
Die 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bohrung 3 in einer schematischen Draufsicht. Die 2 zeigt das weiche Kunststoffteil 2 mit der ausgebildeten Bohrung 3, einen Konus 7, der verjüngend zur Befestigungsseite verläuft und einen Konusdurchmesser e auf weist, der kleiner als der Kerndurchmesser d der Befestigungsschraube 4 ist. An dem inneren Umfangsrand des kleinsten Konusdurchmessers e des Konus 7 sind vier im Wesentlichen gleichförmige, widerhakenförmige Ansätze 8 einstückig angesetzt. Die widerhakenförmigen Ansätze 8 bilden einen zusätzlichen Materialüberschuß 6 aus und sorgen zusätzlich durch ihre Widerhakenform dafür, dass die Befestigungsschraube 4 selbstsichernd die Montageanordnung, die das Kunststoffteil 2 und das festere Basisbauteil 1 umfasst, zusammenhält. Die Flanken der Widerhaken der Ansätze 8 sind in der 2 konvex ausgebildet. Es versteht sich, dass die Flanken der Widerhaken auch konkav sein können. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerischen Darstellungen für die Erfindung als wesentlich verwiesen.

1: Festes Basisbauteil
2: Weiches Kunststoffteil
3: Bohrung
4: Befestigungsschraube
5: Gewinde
6: Materialüberschuß
7: Konus
8: Ansatz
d: Kerndurchmesser
D: Nenndurchmesser
e: Konusdurchmesser

Claims

Bohrung (3) in einem weichen Kunststoffteil (2) zur Befestigung an einem festen Basisbauteil (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (3) für die Befestigung mittels einer Befestigungsschraube (4) einen quetschbaren Materialüberschuß (5) aufweist.
Bohrung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialüberschuß (5) ringförmig ausgebildet ist.
Bohrung (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialüberschuß (5) des weichen Kunststoffteils (2) zur Befestigungsseite mit dem festen Basisbauteil (1) konisch mit zunehmenden Materialanteil ausgebildet ist.
Bohrung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrungsdurchmesser von der der Befestigungsseite abgewandten Seite her, vorzugsweise 5 bis 20%, insbesondere 10 bis 17%, größer als der Nenndurchmesser (D) der Befestigungsschraube (4) ist.
Bohrung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrungsdurchmesser zur Befestigungsseite hin mindestens so klein ist, wie der Kerndurchmesser (d) der Befestigungsschraube (4).
Bohrung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinste Konusdurchmesser (e) der Bohrung (3) zur Befestigungsseite hin, insbesondere um 5% bis 25% kleiner als der Kerndurchmesser (d) der Befestigungsschraube (4) ist.
Bohrung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des Konus (6) der Bohrung (3) zur Befestigungsseite mit dem festen Basismaterial (1) hin, insbesondere mindestens zwei, An sätze (7) mit einem kleineren Durchmesser als dem Kerndurchmesser (d) der Befestigungsschraube (4) ausgebildet sind.
Bohrung (3) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansätze (7) in Einschraubrichtung widerhakenförmig ausgebildet sind.
Montageanordnung mit einem weichen Kunststoffteil (2), das eine Bohrung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist und einem festen Basisbauteil (1), das bevorzugt aus einem festen Kunststoff oder Metall hergestellt ist, wobei eine Befestigungsschraube (4) das Kunststoffteil (2) und das Basisbauteil (1) zusammenhält.