DE102007026544A1

DE102007026544A1 - Verschlussstopfen

Info

Publication number: DE102007026544A1
Application number: DE200710026544
Authority: DE
Inventors: Peter Horn; Frank Kirchherr; Alexander Limpert; Albert Sbongk
Original assignee: Daimler AG; ITW Automotive Products GmbH
Current assignee: ITW Fastener Products GmbH
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2008-12-11

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verschlussstopfen (100) zum Verschließen von Öffnungen (116) insbesondere in im Wesentlichen dünnwandigen Strukturen. Ein solcher Verschlussstopfen (100) weist eine Anschlussstruktur (102) und eine Verdrängungsstruktur auf, wobei die Verdrängungsstruktur (104) mindestens ein Spreizelement (108, 110, 112, 114) aufweist. Um einen trittsicheren Verschlussstopfen (100) zur Verfügung zu stellen, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass an einen solchen Verschlussstopfen (100) das mindestens eine Spreizelement (108, 110, 112, 114) in seiner Verdrängungsposition mittels einer Verriegelungsstruktur (164) gesichert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verschlussstopfen zum Verschliessen von Öffnungen in im Wesentlichen dünnwandigen Strukturen.
Konstruktions- und/oder herstellungsbedingt weisen zahlreiche Kraftfahrzeugteile, insbesondere Bodenbleche und Längsträger Öffnungen und/oder Durchbrechungen auf, welche im Gebrauchszustand eines Kraftfahrzeuges verschlossen sein sollten, damit das Kraftfahrzeug wasserdicht ist.
Ein zum Verschliessen solcher Öffnungen geeigneter Verschlussstopfen ist aus der DE 87 05 170 U1 bekannt, wobei dieser Verschlussstopfen eine Anschlussstruktur sowie eine Verdrängungsstruktur aufweist, welche im eingebauten Zustand die Anschlussstruktur in dichtender Anlage an dem Rand der so verschlossenen Öffnung hält. Die aus der DE 87 05 170 U1 bekannte Verdrängungsstruktur weist dazu als Spreizelemente eine Struktur mit sich radial erstreckenden Stegen sowie ein Druckstück auf, wobei das Druckstück mit einer Abdeckung versehen ist, welche die Öffnung überlappt. An dem bekannten Verschlussstopfen ist nachteilig, dass dieser nicht trittsicher ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen trittsicheren Verschlussstopfen zur Verfügung zu stellen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Gemäß der Erfindung ist ein Verschlussstopfen mit einer Anschlussstruktur und einer Verdrängungsstruktur mit mindestens einem Spreizelement vorgesehen, wobei das Spreizelement in seiner Verdrängungsposition mittels einer Verriegelungsstruktur gesichert ist. Diese Verriegelungsstruktur bewirkt, dass der Verschlussstopfen in einem eingebauten Zustand nicht mehr versehentlich aus der Öffnung herausgedrückt werden kann, womit der erfindungsgemäße Verschlussstopfen trittsicher ist.
Vorzugsweise weist die Verdrängungsstruktur ein Druckstück zur Einwirkung auf das mindestens eine Spreizelement auf. Eine solche Ausgestaltung erlaubt eine einfache Handhabung des Verschlussstopfens. Dies gilt insbesondere, wenn das Druckstück ohne Werkzeuge und insbesondere von Hand betätigbar ist, wobei sich die Vorteile insbesondere dann zeigen, wenn mehrere Spreizelemente Verwendung finden, die mit einem gemeinsamen Druckstück betätigt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Spreizelement, vorzugsweise mehrere Spreizelemente und das Druckstück der Verdrängungsstruktur ein flaches, brückenartiges Strebwerk bilden. Bei einer solchen Ausgestaltung lassen sich bei einer sehr flachen Bauform auch große Öffnungen sicher verschließen, wobei der Verschlussstopfen selbst mit hohen Kräften belastbar und damit extrem trittsicher ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das mindestens eine Spreizelement, vorzugsweise alle Spreizelemente an dem Druckstück an einem ersten und an einem zweiten Auflager und damit zweifach abgestützt sind. Eine solche Ausgestaltung erlaubt in besonders einfacher Art und Weise die Ausbildung eines flachen, brückenartigen Strebwerkes.
Vorzugsweise sind das erste und das zweite Auflager derart zueinander und zu dem jeweiligen Spreizelement angeordnet, dass bei der Montage eine Kraftübersetzung nach Art eines Hebels erfolgt. Damit ist es möglich, sehr hohe Wirkkräfte zu erzeugen, mit denen der Verschlussstopfen in der Öffnung gehalten wird und die Anschlussstruktur an dem Rand der Öffnung andrückt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für die Verriegelungsstruktur an mindestens einem der Spreizelemente und an einem Vorsprung des Druckstücks, an dem auch das zweite Auflager ausgebildet ist, aufeinander bezogene Rastflächen vorgesehen sind. Bei einer solchen Ausgestaltung ist es möglich, einen erfindungsgemäßen Verschlussstopfen mit vergleichsweise wenigen Einzelteilen herzustellen.
Wenn die Verriegelungsstruktur nur durch eine in der Ebene der Öffnung wirkende Entriegelungskraft entriegelbar ist, kann eine sehr hohe Sicherheit gegen ein unbeabsichtigtes Entfernen des Verschlussstopfens erreicht werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Spreizelemente vorgesehen, die segmentartig ausgebildet sind und gemeinsam eine Art Scheibenstruktur bilden. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Anschlussstruktur aus einem weichen, gummiartigen Material besteht und die gesamte Öffnung abdeckt, denn dann wirkt eine solche Scheibenstruktur wie ein mechanischer Schutz für die an sich gegenüber mechanischen Belastungen eher empfindliche Anschlussstruktur.
Wenn die Spreizelemente durch Filmscharniere miteinander verbunden sind, wird der Zusammenbau des Verschlussstopfens erleichtert, da mehrere Spreizelemente bei dieser Vormontage gemeinsam gehandhabt werden können.
Der Zusammenbau eines erfindungsgemäßen Verschlussstopfens, also die Vormontage, kann ferner dadurch erleichtert werden, dass die Vorsprünge des Druckstücks, an denen die zweiten Auflager ausgebildet sind, jeweils ein Spreizelement durchgreifen, welches dazu entsprechende Öffnungen aufweist. Bei einer solchen Ausgestaltung wird die räumliche Zuordnung der einzelnen Teile schon durch deren Produktion vorgegeben, womit sich ein individuelles Ausrichten der Teile zueinander bei der Vormontage erübrigt.
In entsprechender Weise erleichtert auch die Ausbildung von ersten Auflagern des Druckstücks an einem zentralen Zapfen den Zusammenbau des Verschlussstopfens, wobei dazu der zentrale Zapfen eine von den Spreizelementen gemeinsam beschriebene Zentralöffnung durchgreift.
Durch das Hindurchgreifen der Vorsprünge und des zentralen Zapfens durch die Spreizelemente sowie eine vorzugsweise vorgesehene lose Verrastung schon im vormontierten aber noch nicht eingebauten Zustand bildet die Verdrängungsstruktur trotz zweier oder mehrerer einzelner Komponenten eine gut handhabbare Einheit.
Für den Einsatz in der Praxis ist es vorteilhaft, wenn diese handhabbare Einheit bei nicht ganz achtloser Behandlung unverlierbar mit der Anschlussstruktur verbunden ist, wozu gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung an der Anschlussstruktur mindestens ein insbesondere innen umlaufender Vorsprung oder eine Sicke ausgebildet ist, welche vorzugsweise mit einem oder mehreren Spreizelementen zusammenwirkt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Verschlussstopfen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einem eingebauten Zustand im Schnitt,
2 den Verschlussstopfen aus 1 in einem vormontierten Zustand im Schnitt,
3 das Druckstück des Verschlussstopfens in den 1 und 2 in einer perspektivischen Ansicht von oben,
4 vier Spreizelemente des erfindungsgemäßen Verschlussstopfens in den 1 und 2 in einer perspektivischen Ansicht von oben,
5 die Anschlussstruktur des erfindungsgemäßen Verschlussstopfens in den 1 und 2 in einer perspektivischen Ansicht von oben,
6 das Druckstück des Verschlussstopfens in den 1 und 2 in einer perspektivischen Ansicht von unten,
7 vier Spreizelemente des erfindungsgemäßen Verschlussstopfens in den 1 und 2 in einer perspektivischen Ansicht von unten, und in
8 die Anschlussstruktur des erfindungsgemäßen Verschlussstopfens in den 1 und 2 in einer perspektivischen Ansicht von unten.
Der in den 1 bis 8 gezeigte erfindungsgemäße Verschlussstopfen 100 umfasst eine Anschlussstruktur 102 sowie eine Verdrängungsstruktur 104, wobei die Verdrängungsstruktur 104 aus einem Druckstück 106 sowie vier Spreizelementen 108, 110, 112 und 114 aufgebaut ist. In 1 ist dieser Verschlussstopfen 100 in einer Öffnung 116 eingebaut gezeigt, wobei sich diese Öffnung 116 in einem Bodenblech 118 eines Kraftfahrzeuges befindet.
Die Anschlussstruktur 102 besteht aus einem weichen, gummiartigen Material und beschreibt eine mit einem Kragen 120 versehene napfartige Struktur, welche neben dem Kragen 120 eine Zylinderwand 122 sowie einen Boden 124 aufweist. Der Kragen 120 schließt sich an die Zylinderwand 122 an der dem Boden 124 gegenüberliegenden Seite radial nach außen an. Da die Zylinderwand 122 so bemessen ist, dass die Anschlussstruktur 102 ohne Kraftaufwand im Wesentlichen spielfrei in die Öffnung 116 eintauchend eingesetzt werden kann, stützt sich die Anschlussstruktur mit dem Kragen zunächst einseitig an der dünnwandigen Struktur, die im vorliegenden Fall das Bodenblech 118 ist, ab. Dabei dient eine an dem Kragen 120 ausgebildete umlaufende Nase 126 der Abdichtung.
Die unverlierbare und trittsichere Befestigung der Anschlussstruktur 102 wird im Zusammenwirken mit der Anschlussstruktur 102 durch die Verdrängungsstruktur 104 bewirkt, wobei diese Verdrängungsstruktur 104 mit ihren Spreizelementen 108, 110, 112, 114 und ihrem Druckstück 106 im eingebauten Zustand im Wesentlichen in einem Innenraum 128 angeordnet ist, der durch die Anschlussstruktur 102 beschrieben wird.
In 1 ist gezeigt, dass die Anschlussstruktur 102 durch die Spreizelemente 108, 110, 112, 114 nach radial außen verdrängt ist, wodurch die Zylinderwand 122 einen Wulst 130 ausbildet, welcher bezüglich des Bodenblechs 118 dem Kragen 120 gegenüberliegend ausgebildet ist, womit der Verschlussstopfen 100 in der Öffnung 116 festgelegt ist.
Die in 1 gezeigte eingebaute Situation des Verschlussstopfens 100, bei der die Spreizelemente 108, 110, 112, 114 in ihrer Verdrängungssituation sind, ergibt sich durch ein Einsetzen des Verschlussstopfens 100 in seiner vormontierten Situation (wie in 2 gezeigt) in die Öffnung 116, und durch eine Betätigung des Verschlussstopfens 100 durch eine Druckkraft auf das Druckstück 106 in Richtung des Pfeils F in 2. Dabei befinden sich die Spreizelemente 108, 110, 112, 114 zunächst in einer lockeren Situation, in der die Spreizelemente 108, 110, 112, 114 zur Ebene E des Verschlussstopfens 100 geneigt sind und sich mit ihrem inneren Ende 132 an ersten Auflagern 134 abstützen, die an einem zentralen Zapfen 136 des Druckstückes ausgebildet sind. Ferner werden die Spreizelemente 108, 110, 112, 114 jeweils durch einen Vorsprung 138, 140, 142, 144 lose gehalten, wobei die Vorsprünge 138, 140, 142, 144 durch Öffnungen 146, 148, 150, 152 hindurchgreifen, die jeweils in einem der Spreizelemente 108, 110, 112, 114 ausgebildet sind. Mit ihrem radial äußeren Ende 154 liegen die Spreizelemente 108, 110, 112, 114 lose an der Anschlussstruktur 102. Ein umlaufender Vorsprung 156 stellt sicher, dass die Anschlussstruktur 102 und die Verdrängungsstruktur 104 zusammengehalten werden.
Wird nun eine Druckkraft in Richtung des Pfeiles F aufgeprägt, sind die Spreizelemente 108, 110, 112, 114, die in den 4 und 7 gezeigt, und segmentartig gestaltet sind, aufgrund einer an der Anschlussstruktur 102 umlaufend ausgebildeten Rampe 158 gezwungen, radial nach außen auszuweichen, wobei ihre Neigung gegenüber der Ebene E verringert wird. Im Zuge dieser Bewegung gelangen an den Spreizelementen 108, 110, 112, 114 ausgebildete erste Rastflächen 160 an komplementär ausgebildeten zweiten Rastflächen 162 zur Anlage, welche an den Vorsprüngen 138, 140, 142, 144 ausgebildet sind. Diese Rastflächen 162 sind zugleich zweite Auflager.
Die jeweils paarweise vorgesehenen ersten und zweiten Rastflächen 160, 162 bilden eine Verriegelungseinrichtung 164, die in 1 illustriert ist. Eine Rückführung des Druckstücks 106 der Verdrängungsstruktur 104 ausgehend von der in 1 gezeigten Position in die in 2 gezeigte Position ist daher nicht mehr möglich, ohne dass eine in der Ebene der Öffnung 116 und des Verschlussstopfens 100 wirkende Entriegelungskraft aufgebracht würde, wobei dies nicht unbeabsichtigt geschehen kann, denn diese Entriegelungskraft müsste sternförmig radial nach außen aufgebracht werden, was bei unbedachten Tritten nie der Fall ist.
In 1 ist gut erkennbar, dass das Druckstück 106 mit seinem zentralen Zapfen 136 und seinen Vorsprüngen 138, 140, 142, 144 mit den Spreizelementen 108, 110, 112, 114 ein flaches, brückenartiges Strebwerk bildet, bei dem eine wechselseitige Abstützung der genannten Teile erfolgt. Bei dieser wechselseitigen Abstützung ist nicht unwesentlich, dass sich die äußeren Enden 154 der Spreizelemente 108, 110, 112, 114 über die Anschlussstruktur 102 mittelbar an dem Bodenblech 118 abstützen und dass sich auch das Druckstück 106 mit einem oberen, einstückig eingeformten Ringabschnitt 164 über die Anschlussstruktur 102 mittelbar an dem Bodenblech 118 abstützt.
Im Gegensatz zu der Anschlussstruktur 102, die zwecks einer guten Abdichtung aus einem weichen Material besteht, sind die Elemente der Verdrängungsstruktur 104 aus einem vergleichsweise harten Material und insbesondere aus einem harten Kunststoffmaterial im Spritzgussverfahren gefertigt. Da sich die einzelnen Elemente der Verdrängungsstruktur 104 nicht nur wechselseitig abstützen, sondern auch quer zur Ebene E des Verschlussstopfens 100 überlappen, bilden sie auch eine Struktur, die die Anschlussstruktur 102 und insbesondere deren Boden 124 schützt.
Nicht unerwähnt bleiben sollte, dass die Rastflächen 162, die an den Vorsprüngen 138, 140, 142, 144 des Druckstücks 106 ausgebildet sind, in dem in 2 gezeigten vormontierten Zustand nach Art einer Transportsicherung dazu dienen, das Druckstück 106 an den Spreizelementen 108, 110, 112, 114 über Transporthalteflächen 166 festzuhalten, wobei auf diese Weise, nämlich auch wegen des ringförmigen Vorsprungs 156 der Anschlussstruktur 102 und wegen der Filmscharniere 158 zwischen den einzelnen Spreizelementen 108, 110, 112, 114 ein wechselseitiger Zusammenhalt gegeben ist.
Trotz der Vielzahl der vorbeschriebenen Wechselwirkungen lässt sich der erfindungsgemäße Verschlussstopfen 100 in der gezeigten bevorzugten Ausführungsform mit drei Spritzgussformen herstellen, indem in einer ersten Spritzgussform das auch in den 3 und 6 gezeigte Druckstück 106, in einer zweiten Spritzgussform die Anordnung aus vier Spreizelementen 108, 110, 112, 114 wie in den 4 und 7 gezeigt und schließlich in einer dritten Spritzgussform die Anschlussstruktur 102 gefertigt wird. In den 3, 4 und 5 einerseits sowie in den 6, 7 und 8 andererseits sind die einzelnen Elemente des Verschlusstopfens 100 nach Art einer Explosionszeichnung in einer Ansicht von oben bzw. in einer Ansicht von unten gezeigt.
Mit anderen Worten gesagt, besteht der Verschlussstopfen 100 aus drei Einzelteilen, die jeweils im Spritzgussverfahren hergestellt werden können. Dies sind im einzelnen die Anschlussstruktur 102, die auch als Tülle bezeichnet werden kann und aus einem relativ weichen thermoplastischen Material besteht. Diese Anschlussstruktur 102 weist am Innendurchmesser die besagte Sicke auf, die als Verliersicherung für die Spreizelemente 108, 110, 112, 114 dient, die zusammen als Segmentscheibe bezeichnet werden können. Die Segmentscheibe besteht aus einem relativ harten Thermoplast. Die Segmentierung richtet sich nach dem Durchmesser der abzudichtenden Öffnung. Je größer die Öffnung, desto mehr Segmente sind möglich bzw. nötig. Nachdem die Segmentscheibe in die Tülle vormontiert ist, wird das Druckstück in die Segmentscheibe eingedrückt und in der Transportsicherung verrastet (Vorverrastung). Dies ist der Anlieferzustand.
Nach dem Einsetzen des Verschlussstopfens 100 in die zu verschließende Öffnung 116 wird durch den axialen Druck auf das Druckstück 106 die Segmentscheibe flachgedrückt. Durch die feste Anlage an der Innenseite gegen das Druckstück 106 wird die Außenseite der Segmente gegen die Tülle gedrückt. Durch die Elastizität der Tülle wird diese aufgeweitet und radial nach außen hinter die Montageöffnung verspannt, bis die Rastelemente des Druckstücks in die Endverrastungsposition hintergreifen. Durch den Anstellwinkel der Verrastungsflächen entsteht eine sichere Verbindung, die nur mit hohem Aufwand unter Einsatz mehrerer gezielter Kräfte lösbar ist.
Aufgrund des bei der Erfindung genutzten Kniehebelprinzips werden hohe Radialkräfte bei relativ niedrigen Axialkräften erreicht.
In der gezeigten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Verschlussstopfen zum Verschließen kreisrunder Öffnungen ausgebildet. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen, längliche Öffnungen (Langlöcher) mit einem erfindungsgemäßen Verschlussstopfen zu verschließen, wobei in diesem Falle die einzelnen Elemente des Verschlussstopfens an die Kontur der zu verschließenden Öffnungen angepasst sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 8705170 U1 [0003, 0003]

Claims

Verschlussstopfen zum Verschliessen von Öffnungen (116) insbesondere in im Wesentlichen dünnwandigen Strukturen, mit einer Anschlussstruktur (102) und einer Verdrängungsstruktur (104), wobei die Verdrängungsstruktur (104) mindestens ein Spreizelement (108, 110, 112, 114) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Spreizelement (108, 110, 112, 114) in seiner Verdrängungsposition mittels einer Verriegelungsstruktur (164) gesichert ist.
Verschlussstopfen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängungsstruktur (104) ein Druckstück (106) zur Einwirkung auf das mindestens eine Spreizelement (108, 110, 112, 114) aufweist.
Verschlussstopfen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Spreizelement (108, 110, 112, 114) und das Druckstück (106) der Verdrängungsstruktur (104) ein flaches, brückenartiges Strebwerk bilden.
Verschlussstopfen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Spreizelement, vorzugsweise alle Spreizelemente an dem Druckstück (106) an einem ersten Auflager (134) und einem zweiten Auflager (162) und damit zweifach abgestützt sind.
Verschlussstopfen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Auflager (134, 162) derart zueinander und zu dem jeweiligen Spreizelement (108, 110, 112, 114) angeordnet sind, dass bei der Montage eine Kraftübersetzung nach Art eines Hebels erfolgt.
Verschlussstopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Verriegelungsstruktur (164) an mindestens einem der Spreizelemente (108, 110, 112, 114) und an einem Vorsprung (138, 140, 142, 144) des Druckstücks (106), an dem auch das zweite Auflager ausgebildet ist, aufeinander bezogene Rastflächen (160, 162) vorgesehen sind.
Verschlussstopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsstruktur (164) nur durch eine im Wesentlichen in der Ebene E der Öffnung wirkende Entriegelungskraft entriegelbar ist.
Verschlussstopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Spreizelemente (108, 110, 112, 114) vorgesehen sind, die segmentartig ausgebildet sind und gemeinsam eine Art Scheibenstruktur bilden.
Verschlussstopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizelemente (108, 110, 112, 114) durch Filmscharniere (168) miteinander verbunden sind.
Verschlussstopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (138, 140, 142, 144) des Druckstücks (106), an denen die zweiten Auflager ausgebildet sind, jeweils ein Spreizelement (108, 110, 112, 114) durchgreifen.
Verschlussstopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. die ersten Auflager des Druckstücks (106) an einem zentralen Zapfen (136) des Druckstücks ausgebildet sind, wobei der zentrale Zapfen (136) eine von den Spreizelementen gemeinsam beschriebene Zentralöffnung durchgreift.
Verschlussstopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (106) einstückig gefertigt ist.
Verschlussstopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der Anschlussstrukur (102) mindestens ein insbesondere innen umlaufender Vorsprung (156) oder eine Sicke zur Sicherung der Verdrängungsstruktur an der Anschlussstruktur ausgebildet ist.