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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Gattungsgemäße Vorrichtungen zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen werden umgangssprachlich auch als Clipmuttern bezeichnet. Ein gattungsgemäßer Aufbau ist beispielsweise in der
DE 10 2009 035 874 A1 beschrieben. Der dort beschriebene Aufbau besteht im Wesentlichen aus einem Schenkel mit einer Befestigungsöffnung und einem mit diesem verbundenen Bügel, welcher seinerseits, in der dargestellten Ausführungsform elastisch, mit einer Aufnahme für einen Stift bzw. eine Schraube verbunden ist, sodass ein erstes Bauteil zwischen dem Schenkel und der Stiftaufnahme bzw. einem sie umgebenden Aufnahmeelement eingeklemmt wird und ein weiteres Bauteil beispielsweise auf der dem ersten Bauteil abgewandten Seite des Schenkels durch den Stift bzw. die Schraube mit befestigt werden kann. Derartige Vorrichtungen zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen sind dabei insbesondere aus dem Bereich der Automobilindustrie bekannt. Sie werden dort zum Verbinden von Blechbauteilen bzw. zum Befestigen von andersartigen Bauteilen im Randbereich von Blechbauteilen eingesetzt.
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Im Zuge der Leichtbaubestrebungen im Automobilbau ist es nun jedoch so, dass zunehmend kohlefaserverstärkte Verbundmaterialien anstelle von Blechbauteilen eingesetzt werden. Solche Bauteile aus kohlefaserverstärktem Kunststoffen zeichnen sich durch eine elektrische Leitfähigkeit und ein vergleichsweise edles elektrochemisches Potential (des Kohlenstoffs) aus. Im Hinblick auf die Korrosion verhalten sich daher Bauteile aus einem kohlefaserverstärkten Verbundwerkstoff wie Bauteile aus einem elektrochemisch edlen metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Kupfer. Wenn der Kohlenstoff elektrochemisch edler ist als beispielsweise das Material der in dem Befestigungselement eingesetzten Schraube, dann kann es zu einer elektrochemischen Kontaktkorrosion im Bereich der Schraube kommen, wenn die Schraube mit dem kohlefaserverstärkten Verbundmaterial in Verbindung steht, und wenn ein entsprechender Elektrolyt zwischen diesen Materialien vorliegt, welcher typischerweise in Form von Feuchtigkeit bei Fahrzeugen kaum zu vermeiden ist. Der elektrochemisch unedlere Werkstoff wird in diesem Fall über Kontaktkorrosion geschädigt, was letztlich beispielsweise bei einer stark korrodierten Schraube zu einem Lösen der Verbindung führen kann, was unerwünscht ist und im Zweifelsfall zu einem Sicherheitsrisiko führen könnte.
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Nun ist es typischerweise so, dass im Bereich des Fahrzeugbaus nach Möglichkeit Vorrichtungen bzw. Clipmuttern aus Kunststoff eingesetzt werden, da diese einfacher zu handhaben sind und bei Temperaturen bis ca. 80°C problemlos eingesetzt werden können. Im Normalfall werden diese über entsprechende Schrauben aus einem Eisen- bzw. Stahlwerkstoff zusammengefügt, wobei typischerweise ein Zink-Nickel-Überzug als Korrosionsschutzschicht auf derartigen Schrauben angeordnet ist. Werden mit derartigen Clipmuttern und Stahlschrauben mit Zink-Nickel-Überzug nun kohlefaserverstärkte Bauteile untereinander oder mit andersartigen Bauteilen verbunden, dann tritt das Problem der Kontaktkorrosion sehr stark auf, da der Zink-Nickel-Überzug und letztlich auch das darunterliegende Stahlmaterial der Schraube deutlich unedler ist, als der Kohlenstoff in dem kohlefaserverstärkten Kunststoff. Um dies zu vermeiden, werden bisher Schrauben aus einem edlen Material, beispielsweise aus Titan, eingesetzt. Dies ist jedoch mit erheblichen Mehrkosten aufgrund des teuren Materials für jede einzelne Schraube verbunden.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, welche diese Problematik umgeht, und welche so ausgestaltet ist, dass auch elektrochemisch edle Werkstoffe mit Schrauben aus einem unedleren Material bzw. einem weniger edlen Überzug verwendet werden können.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den restlichen hiervon abhängigen Unteransprüchen.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass eine Schraubenaufnahme zumindest nach dem Eindrehen der Befestigungsschraube in Axialrichtung der Befestigungsschraube und der Befestigungsöffnung gegenüber einem Aufnahmeelement beweglich ist. Eine solche bewegliche Schraubenaufnahme bzw. Schraubenmutter, wobei die Aufnahme im Normalfall mit einem zentralen axialen Loch ausgebildet ist, in welches eine gewindeformende Schraube für thermoplastische Kunststoffe einfach eingedreht wird, kann es zu einer Bewegung der Schraubenaufnahme in Richtung des Schenkels kommen, auf welchem sich ein Schraubenkopf bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend abstützt. Bei einem ausreichend großen Loch im Bereich des zu befestigenden ersten Bauteils wird die Schraubenaufnahme so in den Bereich dieses Lochs hinein- und idealerweise hindurchgezogen und kommt so zwischen der Schraube und dem Material des Bauteils zu liegen. Somit kann kein Kontakt zwischen den beiden Materialien auftreten. Unabhängig vom elektrochemischen Potential der Materialien der Schraube und des Bauteils kann dadurch eine Kontaktkorrosion verhindert werden, sofern das Material der Schraubenaufnahme eine entsprechende „Abschirmung” gewährleistet, beispielsweise indem dieses aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise einem Kunststoffmaterial, ausgebildet ist oder mit einer geeigneten Beschichtung versehen wurde.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es dabei vorgesehen, dass das Aufnahmeelement eine Aufnahmeöffnung aufweist, welche hinsichtlich ihres Querschnitts so ausgebildet ist, dass die Schraubenaufnahme in axialer Richtung durch die Aufnahmeöffnung beweglich ist. Ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ferner die Befestigungsöffnung auf ihrer dem Aufnahmespalt abgewandten Seite mit kleinerem Querschnitt ausgebildet als auf ihrer dem Aufnahmespalt zugewandten Seite, wobei der Querschnitt auf der dem Aufnahmespalt zugewandten Seite ausreichend groß ist, um die Schraubenaufnahme aufzunehmen, dann kann die Schraubenaufnahme durch das Aufnahmeelement bis in den Schenkel bzw. in den größeren Teil der Befestigungsöffnung in dem Schenkel ragen und kann so sicher und zuverlässig die Schraube gegenüber dem Bauteil, welches befestigt wird, abschirmen.
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Gemäß einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es ferner vorgesehen, dass die Schraubenaufnahme über ein Anschlagelement, insbesondere zwischen der Schraubenaufnahme und der dem Aufnahmespalt abgewandten Seite des Aufnahmeelements, in seiner axialen Beweglichkeit beschränkt ist. Durch diesen Aufbau kann die Befestigung des Bauteils in dem Aufnahmespalt nicht nur durch die zusammen mit der Schraubenaufnahme durch das Loch geführte Befestigungsschraube erfolgen, sondern zusätzlich durch ein Klemmen des Aufnahmeelements gegenüber dem Schenkel, sodass hierdurch eine bessere Befestigung erreicht wird.
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In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es ferner vorgesehen, dass die Schraubenaufnahme gegenüber dem Anschlagelement eine Verdrehsicherung aufweist. Über eine solche Verdrehsicherung gegenüber dem Anschlagelement wird sichergestellt, dass sich beim Anziehen der Schraube die axiale Bewegung der Schraubenaufnahme selbsttätig ergibt, sodass hierfür keine weiteren Arbeitsschritte notwendig sind.
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In einer besonders günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es ferner vorgesehen, dass das Aufnahmeelement mit einem parallel zum Aufnahmeelement verlaufenden Halteelement elastisch in der Art verbunden ist, dass der Aufnahmespalt aufgrund der Elastizität je nach Materialstärke des Bauteils verschiedene Spaltmaße annehmen kann. Ähnlich wie in der gattungsgemäßen Schrift kann auch bei dieser erfindungsgemäßen Weiterbildung eine Elastizität im Bereich des Aufnahmeelements vorgesehen sein, welche die Verwendung für unterschiedliche Materialstärken des Bauteils mit ein und derselben Vorrichtung gewährleistet.
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In einer besonders günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Aufbaus in dieser Ausgestaltung ist es dabei vorgesehen, dass das Halteelement auf der dem Schenkel abgewandten Seite mit dem Bügel verbunden ist. Hierdurch entsteht bei voller Ausnutzung der Elastizität eine durch die Länge des Bügels und die Dicke des Aufnahmeelements und des Halteelements vorgegebene maximale Spaltbreite, welche durch diese Anordnung bei minimalem Materialeinsatz für die Vorrichtung die maximale Spaltbreite zwischen dem Aufnahmeelement und dem Schenkel ermöglicht.
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In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es ferner vorgesehen, dass die Schraubenaufnahme an dem Aufnahmeelement und/oder dem Halteelement und/oder dem Bügel mittels eines Sollbruchelements befestigt ist, welches die Schraubenaufnahme beim Eindrehen der Befestigungsschraube in axialer Richtung durch Zerstörung freigibt. Eine solche Sollbruchstelle kann beispielsweise bei der bevorzugten Art und Weise der Herstellung der Vorrichtung durch Spritzguss aus einem Kunststoffmaterial einfach und effizient mit eingeplant werden. Bei der Bevorratung der Vorrichtung im Anlieferungszustand ist dann sichergestellt, dass die Schraubenaufnahme und der Rest der Vorrichtung als ein Teil vorliegen, welches einfach gelagert entnommen und an der entsprechenden Stelle des Bauteils positioniert werden kann. Erst mit dem Eindrehen der Schraube in die Schraubenaufnahme wird die Sollbruchstelle aufgebrochen und die axiale Beweglichkeit der Schraubenaufnahme wird ermöglicht, wodurch der oben beschriebene Effekt erzielt werden kann.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiele, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist.
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Dabei zeigen:
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1 eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Anlieferungszustand in einer dreidimensionalen Schnittdarstellung;
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2 eine Schnittdarstellung der Vorrichtung mit aufgenommenem Bauteil einer ersten möglichen Materialstärke; und
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3 eine Schnittdarstellung der Vorrichtung mit aufgenommenem Bauteil einer zweiten möglichen Materialstärke.
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In der Darstellung der 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Verbinden von wenigstens zwei Bauteilen in ihrem Anlieferungszustand zu erkennen. Die wesentlichen Elemente der Vorrichtung 1 sind dabei ein Schenkel 2 mit einer Befestigungsöffnung 3 sowie einem mit dem Schenkel 2 verbundenen Bügel 4, welcher seinerseits auf der dem Schenkel 2 abgewandten Seite mit einem Halteelement 5 verbunden ist. Der Schenkel 2, der Bügel 4 und das Halteelement 5 bilden dabei einen im Wesentlichen C-förmigen bzw. U-förmigen Aufbau. Über Federelemente 6 sowie eine elastische Anbindung 7 ist das Halteelement elastisch mit einem Aufnahmeelement 8 verbunden. Zwischen dem Aufnahmeelement 8 und dem Schenkel 2 bildet sich dabei ein Aufnahmespalt aus, in welchen, wie es in den nachfolgend dargestellten Figuren näher zu erkennen ist, ein Bauteil 9 mit einer darin vorgefertigen Öffnung 10 eingebracht werden kann. Um das Einführen des Bauteils, welches in den Darstellungen der 2 und 3 in jeweils unterschiedlicher Materialstärke dargestellt und in den Aufnahmespalt eingeführt ist, zu erleichtern, ist im Bereich des Schenkels 2 eine Einführschräge 11 vorgesehen und im Bereich des Aufnahmeelements 8 ein später mit der Bohrung 10 des Bauteils 9 korrespondierender Vorsprung 12, welcher auf seiner dem Bügel 4 abgewandten Seite ebenfalls mit einer Einführschräge versehen ist.
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Wie es aus den Darstellungen der 2 und 3 zu erkennen ist, ist es möglich, unterschiedlich dicke Bauteile 9 in die Vorrichtung 1 einzuführen, wobei sich die Lage des Aufnahmeelements 8 aufgrund der Federelemente 6 und der elastischen Verbindung 7 der Dicke des Bauteils 9 jeweils entsprechend anpasst.
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Neben dem Bauteil 9 kann ein weiteres Bauteil, welches hier nicht explizit dargestellt ist, beispielsweise auf der dem Aufnahmespalt abgewandten Seitenfläche 13 des Schenkels 2 befestigt werden. Hierbei wird das Bauteil dann durch eine durch die Befestigungsöffnung 3 geführte Schraube, deren Mittelachse mit dem Bezugszeichen 14 versehen und in den 2 und 3 entsprechend dargestellt ist, befestigt. Alternativ oder ergänzend wäre es ebenso denkbar, weitere Bauelemente beispielsweise im Bereich des Bügels 4 zu befestigen, beispielsweise Kabelelemente, welche dort in entsprechenden Clipsen befestigt werden, angeschweißte Kunststoffbauteile oder dergleichen.
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In der Darstellung der 1 ist neben den bisher beschriebenen Elementen der Vorrichtung 1 nun außerdem eine Schraubenaufnahme 15 mit einer zentralen Bohrung 16 zur Aufnahme der in den 2 und 3 symbolisch angedeuteten Schraube 14 dargestellt. Die Schraube 14 wird dabei typischerweise als gewindeformende Schraube 14 so ausgeführt sein, dass sie sich in der zentralen Bohrung 16 der Schraubenaufnahme 15 ihr eigenes Gewinde schneidet. Über Sollbruchelemente 17 ist die Schraubenaufnahme 15 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Bereich des Halteelements 5 im Anlieferungszustand gehalten. Ferner weist die Schraubenaufnahme 15 ein Anschlagelement 18 auf. Außerdem ist die Außenform der Schraubenaufnahme 15 so gestaltet, dass diese insbesondere in Zusammenwirkung mit einer Aufnahmeöffnung 19 in dem Aufnahmeelement 8 gegen ein Verdrehen gesichert ist, sodass beim Einschrauben der Schraube 14 in die zentrale Bohrung 16 der Schraubenaufnahme 15 diese sich nicht verdreht. Unterhalb der Befestigungsöffnung 3 ist in dem Schenkel 2 außerdem ein Abschnitt der Befestigungsöffnung 3 mit erweitertem Querschnitt zu erkennen, wobei auch dieser Querschnitt in seiner Form mit der Außenform der Schraubenaufnahme 15 entsprechend korrespondiert.
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Die Verwendung der Vorrichtung 1 erfolgt nun an dem in 2 gezeigten Beispiel des Bauteils 9 mit vergleichsweise geringer Materialstärke so, dass die Vorrichtung auf den Randbereich des Bauteils 9 entsprechend aufgeclipt wird, wobei die in dem Bauteil 9 befindliche Bohrung bzw. Öffnung 10 so zu liegen kommt, dass der Vorsprung 12 innerhalb der Öffnung 10 angeordnet ist und eine sichere und zuverlässige Positionierung der Vorrichtung 1 gegenüber dem Bauteil 9 erfolgt. Anschließend wird die Schraube 14 in die Schraubenaufnahme 15 eingedreht. Die Sollbruchelemente 17 werden beim Festziehen der Schraube 14 entsprechend abgebrochen und die Schraubenaufnahme 15 bewegt sich durch die Aufnahmeöffnung 19 und die Öffnung 10 in dem Bauteil 9 hindurch bis in den Bereich der Befestigungsöffnung 3 mit dem größeren Querschnitt. Bei dem dünnen Bauteil, wie es in der Darstellung der 2 zu erkennen ist, erfolgt dann ein Anschlag entweder durch die Oberkante der Schraubenaufnahme 15 in dem Bereich der Befestigungsöffnung 3, oder durch das Anschlagelement 18 auf der dem Aufnahmespalt abgewandten Seite des Aufnahmeelements 8. Eine sichere und zuverlässige Befestigung des Bauteils 9 wird somit erreicht und gleichzeitig ragt die Schraubenaufnahme 15 durch das Bauteil 9 hindurch. Die in der Schraubenaufnahme 15 aufgenommene Schraube wird so gegenüber dem Bauteil 9 vollständig abgeschirmt, sodass ein Kontakt zwischen dem Bauteil 9 und der Schraube sicher und zuverlässig verhindert werden kann. Dies ist beim in 3 dargestellten vergleichbaren Fall mit einem Bauteil 9 größerer Dicke vergleichbar möglich, wobei hier der Anschlag über das Anschlagelement 18 der Schraubenaufnahme 15 erfolgt, die Oberkante der Schraubenaufnahme 15 jedoch so weit in den Teil der Befestigungsöffnung 3 mit dem größeren Querschnitt eintaucht, dass auch hier eine sichere Abschirmung der Schraube 14 gegenüber dem Bauteil 9 gewährleistet ist.
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Durch diese Ausgestaltung der Schraubenaufnahme 15, welche durch das Bauteil 9 hindurchragt und die Schraube 14 sicher und zuverlässig von dem Bauteil 9 trennt, wird erreicht, dass eine Kontaktkorrosion zwischen der Schraube 14 und dem Bauteil 9 sicher und zuverlässig verhindert werden kann. Hierdurch wird es beispielsweise möglich, bei einem Bauteil 9 aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff, eine einfache und kostengünstige herkömmliche Stahlschraube mit Zink-Nickel-Beschichtung einzusetzen, ohne dass die Gefahr einer Kontaktkorrosion, welche die Schraube 14 und damit die Festigkeit der Befestigung gefährden könnte besteht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009035874 A1 [0002]
