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Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement mit einem sich längs einer Achse erstreckenden, zum Einsetzen in eine Öffnung eines Bauteils bestimmten Schaft, einem an einem Ende des Schafts angeordneten Flansch, der eine Oberseite, eine dem Schaft zugekehrten Unterseite und einen federnd nachgiebigen, sich in Richtung des Schafts erstreckenden Randbereich hat, und einem an dem Schaft angeordneten Sperrelement mit einer dem Flansch zugewandten Sperrfläche zum Festhalten des Schafts in der Öffnung des Bauteils.
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Ein Befestigungselement der angegebenen Art ist aus
DE 43 07 434 A1 bekannt. Das bekannte Befestigungselement hat einen tellerförmigen Flansch mit einem kreisscheibenförmigen Zentralbereich, der in seiner Dicke zusätzlich verstärkt ist, und einem diesen umgebenden Federteller von flacher, kegelstumpfförmiger Form. An die Unterseite des Flansches schließt sich ein Schaft von quadratischem Querschnitt an, der vier Seitenflächen hat, die jeweils mit federnden Rastnasen versehen sind. Die Oberseite des Flansches bildet einen Anschlussbereich für ein nicht näher dargestelltes Lager-, Halte- oder Rastelement.
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Es ist weiterhin aus
EP 1 717 453 A1 ein Befestigungssystem bekannt, bei welchem ein Befestigungselement aus Kunststoff mit Hilfe eines Verschlusselements in der Öffnung eines Bauteils befestigbar ist, wobei das Befestigungselement eine Trägerplatte aufweist, die auf einer Seite in die Öffnung eingreifende Sperrhaken und auf der entgegengesetzten Seite einen Zapfen mit einem überstehenden Kopf trägt. An dem Zapfen kann ein zweites Bauteil mit einer Öffnung befestigt werden, in dem der Zapfen von einer Seite durch die Öffnung des Bauteils hindurchgesteckt wird und anschließend von der entgegengesetzten Seite ein Clip von Hand längs der Oberfläche des Bauteils an dem Kopf des Zapfens befestigt wird. Der Clip weist hierbei federnde Haltefinger auf, die beim Befestigen des Clips am Kopf des Zapfens gespannt werden, um das befestigte Bauteil an die Trägerplatte des Befestigungselements anzudrücken. Die Andruckkraft der Haltefinger muss hierbei während der Montage des Clips aufgebracht werden. Soll die Clipmontage von Hand erfolgen, so können bei der Auslegung des Befestigungssystems nur entsprechend begrenzte Andruckkräfte vorgesehen werden.
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Aus
US 6,575,681 B2 ist ein Befestigungselement der angegebenen Art bekannt, bei dem ein flacher, kegelstumpfförmiger Flansch einen elastischen Randbereich aufweist, der an zwei aneinander gegenüber liegenden Stellen mit zum Rand hin offenen U-förmigen Aussparungen versehen ist. Auf diese Weise soll der Randbereich des Flansches sich besser an Unebenheiten des an ihm anliegenden Bauteils anpassen können.
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EP 1 496 270 A2 offenbart einen auf einen stabförmigen Halter aufsteckbaren Knopf in der Form einer tellerförmigen Scheibe mit einer zentralen Narbe, die eine mit Sperrelementen versehene Durchgangsbohrung aufweist. Die tellerförmige Scheibe ist durch radiale Schlitze in vier flexible Sektoren unterteilt, die zur federnden Abstützung an einem zu befestigenden Bauteil bestimmt sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Haltefunktion und die Montierbarkeit eines Befestigungselements der eingangs genannten Art zu verbessern. Das Befestigungselement soll außerdem einfach und kostengünstig herstellbar sein.
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Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Befestigungselement mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Befestigungselements sind in den Ansprüchen 2 bis 11 angegeben.
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Bei dem Befestigungselement nach der Erfindung kann der Flansch infolge einer geschwächte Biegezone und dem Zusammenwirken mit dem federnd nachgiebigen Randbereich beim Einbau in eine gebogene Form gebracht werden dergestalt, dass die Anlagefläche eine zur Biegezone hin zunehmende Senke aufweist. Durch diese Verformung des Flansches kann ein auf der Anlagefläche angeordnetes und an dem Halteelement beispielsweise mit Hilfe eines Clips festgehaltenes Bauteil festgeklemmt und an einer Relativbewegung gegenüber dem Befestigungselement gehindert werden. Zur Verstärkung dieses Effekts können zusätzlich im Bereich der Anlagefläche des Flansches auf beiden Seiten der Biegezone den Reibkontakt gegenüber dem Bauteil erhöhende Mittel, beispielsweise von der Anlagefläche abstehende spitze Vorsprünge, angeordnet sein.
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Die erfindungsgemäße Gestaltung des Befestigungselements hat weiterhin den Vorteil, dass die Kraft zum Eindrücken des Schaftes in die Bauteilöffnung verringert ist, da sich der Schaft durch die Biegbarkeit des Flansches an die Bauteilöffnung anpassen kann. Weiterhin gewährleistet der federnd nachgiebige Randbereich des Flansches eine gleichmäßige Anlage an dem den Schaft in der Bauteilöffnung aufnehmenden Bauteil und eine gute Abdichtung des Flansches gegenüber dem Bauteil. Das Befestigungselement eignet sich daher zum dichten Verschließen der Bauteilöffnung.
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Die Biegezone des Befestigungselements wird nach der Erfindung durch Nuten gebildet, die auf der Oberseite des Flansches angeordnet sind. Durch die Tiefe der Nuten kann die Verformbarkeit des Flansches und damit die Eindrückkraft und die Klemmkraft an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden.
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Das Sperrelement zum Festhalten des Schaftes in der Bauteilöffnung kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ein federnder Sperrfinger sein, der sich an dem Schaft seitlich nach außen und in Richtung des Flansches erstreckt und mit seinem freistehenden Ende die Sperrfläche bildet. Die Sperrfläche kann außerdem mehrere nebeneinander liegende Raststufen aufweisen, an denen sich der Rand der Öffnung des Bauteils abstützen kann. Die Raststufen ermöglichen eine Anpassung an unterschiedliche Bauteildicken. Außerdem kann das Befestigungselement mittels erster Raststufen in einer lockeren Vormontagestellung und mittels zweiter Raststufen in einer festgespannten Endmontagestellung gehalten werden.
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Der Schaft des Befestigungselements kann nach der Erfindung als Hohlkörper ausgebildet sein, wobei das dem Flansch entgegengesetzte Ende des Schafts ein geschlossener Ring mit einer zum Ende hin verjüngten Außenfläche ist, der Ring durch zwei im Abstand voneinander angeordnete Wände mit dem Flansch verbunden ist und an dem Ring zwei federnde Sperrfinger befestigt sind, die einander gegenüberliegend in den Zwischenräumen zwischen den Wänden angeordnet sind. Diese Gestaltung ermöglicht eine kostengünstige Herstellung des Halteelements aus thermoplastischem Kunststoff in einem Stück.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass die geschwächte Biegezone in der Mitte zwischen den Verbindungsstellen von den beiden Wände des Schafts und dem Flansch ausgebildet ist. Hierdurch ergänzen sich eine Nachgiebigkeit des Schafts in radialer Richtung und die Biegbarkeit des Flansches, um die gewünschte Verformbarkeit des Befestigungselements bei der Montage und zum Erreichen der Klemmwirkung in der Befestigungsstellung zu ermöglichen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, 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 eine perspektivische Ansicht des Befestigungselements gemäß 1, schräg von oben,
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4 eine perspektivische Ansicht des Befestigungselements gemäß 1, schräg von unten,
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5 einen Querschnitt einer Stelle zur Verbindung zweier Bauteile unter Verwendung des Befestigungselements gemäß 1.
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Das in den 1 bis 4 dargestellte Befestigungselement 1 hat einen sich längs einer Achse erstreckenden Schaft 2, einen an einem Ende des Schafts 2 angeordneten Flansch 3 und ein auf der dem Schaft 2 entgegengesetzten Seite des Flansches 3 angeordnetes Halteelement 4. Der Schaft 2 hat eine quadratische Querschnittskontur und weist zwei parallele Wände 5, 6 auf, die mit ihrem einen Ende an dem Flansch 3 befestigt sind. An das andere Ende der Wände 5, 6 ist ein quadratischer Ring 7 angeformt, dessen Außenflächen 8 zur Längsachse des Schaftes 2 derart geneigt sind, dass ihr Abstand in Richtung auf das Schaftende kleiner wird. Durch diese Form des Rings 7 wird das Einführen des Schaftes 2 in eine Öffnung erleichtert.
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Zwischen den Wänden 5, 6 befindet sich ein Freiraum 9, in dem zwei Sperrfinger 10, 11 spiegelbildlich zueinander angeordnet sind. Die Sperrfinger 10, 11 sind mit einem Ende an dem Ring 7 befestigt und erstrecken sich in Richtung des Flansches 3. Mit dem Abstand von dem Ring 7 nimmt die Dicke der Sperrfinger 10, 11 zu, wobei sie zunehmend nach außen aus der quadratischen Umfangskontur des Schaftes 2 herausragen. An ihren freistehenden Enden sind die Sperrfinger mit Sperrflächen 12, 13 versehen, die aus mehreren, in verschiedenen Abständen von dem Flansch 3 angeordneten Raststufen bestehen. Durch die Raststufen wird eine Befestigung des Befestigungselements in verschieden dicken Bauteilen ermöglicht. Zwischen den Innenflächen der Sperrfinger 10, 11 ist ein ausreichender Abstand vorhanden, so dass die Sperrfinger 10, 11 vollständig in den Freiraum 9 zwischen den Wänden 5, 6 hineingedrückt werden können.
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Der Flansch 3 hat einen ebenen, kreisförmigen Zentralbereich 15, der auf der dem Schaft 2 abgekehrten Oberseite des Befestigungselements 1 eine Anlagefläche 16 bildet. An den Zentralbereich 15 schließt sich ein federnd nachgiebiger Randbereich 17 an, der eine flache, kegelstumpfförmige Form hat und sich von dem Zentralbereich 15 in Richtung des Schaftes 2 erstreckt. Der äußere Rand des Randbereichs 17 ist auf der Unterseite des Flansches 3 mit einer Anlagefläche 18 zur Abstützung an einem Bauteil versehen.
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Auf seiner Oberseite weist der Flansch 3 beiderseits des Halteelements 4 sich radial nach außen erstreckende Nuten 19 auf, die sowohl in den Zentralbereich 15 als auch in den Randbereich 17 eingetieft sind. Die Nuten 19 verlaufen in der axialen Mittelebene zwischen den Wänden 5, 6 und ihre äußeren Enden befinden sich in einem Abstand von dem Außenrand des Randbereichs 17, so dass ein schmaler Randstreifen ohne Nut ist. Durch die Nuten 19 wird eine Biegezone gebildet, die einen kleineren Querschnitt hat als die daran angrenzenden Abschnitte des Flansches 3 und die Biegekräften einen geringeren Widerstand entgegensetzt, also geschwächt ist. Die Biegezone ermöglicht eine Verformung des Flansches 3 dergestalt, dass die sich beiderseits der Nuten 19 befindenden Abschnitte der Anlagefläche 16 miteinander einen Winkel bilden, der kleiner ist als 180°.
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Auf der Anlagefläche 16 befinden sich weiterhin von der Anlagefläche 16 hochstehende spitze Vorsprünge 20, die dazu bestimmt sind, den Reibkontakt und Verschiebewiderstand zwischen dem Flansch 3 und einem auf der Anlagefläche 16 angeordneten Bauelement zu erhöhen. Die Vorsprünge 20 sind in der Nähe des Randes der Anlagefläche 16 und in Umfangsrichtung mittig zwischen den Nuten 19 angeordnet. Sie befinden sich damit in einem Bereich der Anlagefläche 16, der bei der Biegung des Flansches 3 in der von den Nuten 19 gebildeten Biegezone die stärkste Lageänderung relativ zum Halteelement 4 erfährt.
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Das Halteelement 4 ist im Zentrum der Anlagefläche 16 angeordnet und besteht aus einem von der Anlagefläche 16 hochstehenden, zylindrischen Zapfen 24, der an seinem freistehenden Ende einen Kopf 25 aufweist, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Zapfens 24.
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An dem Halteelement 4 kann ein Clip befestigt werden, der mit einem U-förmigen Haltebereich den Zapfen 24 umgreift und sich an dem Kopf 25 abstützt.
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In 5 ist eine Anwendung des beschriebenen Befestigungselements 1 gezeigt, bei welcher ein erstes Bauteil 30 und ein zweites Bauteil 31 miteinander verbunden werden. Bei dem ersten Bauteil 30 kann es sich um ein Karosserieteil aus Blech an einem Automobil handeln. Das zweite Bauteil 31 kann ein innen oder außen an einem Automobil zu befestigendes Anbau- oder Verkleidungsteil sein und aus unterschiedlichen Materialien, beispielsweise Kunststoff oder Filz, beschaffen sein.
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Das erste Bauteil 30 hat eine quadratische Öffnung 32, in die der Schaft 2 des Befestigungselements 1 so weit hineingesteckt wird, bis der Flansch 3 mit der Anlagefläche 18 seines Randbereichs 17 an dem Bauteil 30 anliegt. Bei dem Einsteckvorgang werden die Sperrfinger 10, 11 zunächst nach innen in den Freiraum zwischen den Wänden 5, 6 durch den Rand der Öffnung 32 gebogen, federn aber wieder nach außen, wenn der Rand der Öffnung 32 den Bereich der Sperrflächen 12, 13 erreicht und legen sich mit den zur Dicke des Bauteils 30 passenden Raststufen an dieses an.
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5 zeigt das Befestigungselement 1 vor Erreichen der endgültigen Einbaulage. Diese wird erreicht, indem durch erhöhten axialen Druck mit der Hand der Schaft 2 noch etwas tiefer in die Öffnung 32 im Bauteil 30 hinein gedrückt wird, bis er in der tiefer eingedrückten Stellung durch Sperrflächen an den Sperrfingern 10, 11 festgehalten wird. Bei diesem Vorgang wird durch die einwirkende Kraft der an dem Bauteil 30 abgestützte Randbereich 17 elastisch verformt und auch der Flansch 3 im Bereich seiner Biegezone derart gebogen, dass er im Bereich der Biegezone einknickt und der axiale Abstand zwischen dem Kopf 25 des Halteelements 4 dem die Vorsprünge 20 aufweisenden Bereich der Anlagefläche 16 kleiner wird. In diesem Zustand liegt der Randbereich 17 mit seiner Anlagefläche 18 mit einer Andrückkraft fest auf dem Bauteil 30 auf und bildet eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Flansch 2 und dem Bauteil 30. Durch das Biegen des Flansches 3 kann dieser Montagezustand mit geringerem Kraftaufwand erreicht werden.
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Nach der Montage des Befestigungselements
1 an dem Bauteil
30 kann das Bauteil
31 an dem Befestigungselement
1 befestigt werden. Hierzu wird das Bauteil
31 mit einer Öffnung
33 über das Halteelement
4 gesteckt und fest an die Anlagefläche
16 angedrückt, so dass die Vorsprünge
20 in das Material des Bauteils
31 eindringen. Anschließend wird ein Clip
35 mit dem Halteelement
4 verbunden, durch den das Bauteil
31 an dem Befestigungselement
1 festgehalten wird.
5 zeigt eine mögliche Ausgestaltung des Clips
35, die in
EP 1 717 453 A1 beschrieben ist und in der dort beschriebenen Weise an dem Halteelement
4 durch montiert werden kann. Der Clip
35 hat zwei federnde Arme
36, die sich an dem zu haltenden Bauteil abstützen. Andere Ausgestaltungen eines Clips und eines hierzu passenden Halteelements können jedoch ebenfalls vorgesehen werden.
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Bei der Montage wird der Clip 35 an dem Halteelement 4 platziert und unter elastischer Verformung der Arme 36 axial gegen das Bauteil 31 gedrückt. Anschliessend wird der Clip 35 unter Beibehaltung des axialen Drucks auf dem Bauteil 31 quer zum Halteelement verschoben, wobei der U-förmige Haltebereich 37 des Clips 35 unter den Kopf 25 des Haltelements 4 greift. Nach dem Loslassen stützt sich der Clip 35 an dem Kopf 25 ab und hält dadurch das Bauteil 31 an dem Befestigungselement 1 fest. Die Arme des Clips 35 sind noch immer gespannt und erzeugen an der Befestigungsstelle eine axiale Klemmkraft, die den Widerstand gegen Verschiebung des Bauteils 31 gegenüber dem Halteelement 1 erhöht. Durch die auf das Bauteil 31 einwirkende Klemmkraft graben sich die Vorsprünge 20 tiefer in das Bauteil 31 ein, so dass das Bauteil 31 zwischen den federnden Armen 36 des Clips 35 und der Anlagefläche 16 mit den Vorsprüngen 20 festgeklemmt ist. Auf diese Weise wird das Bauteil 31 verschiebefest an dem Befestigungselement 1 gehalten.
