DE102012205837B4

DE102012205837B4 - Bauteilverbindung

Info

Publication number: DE102012205837B4
Application number: DE102012205837.0A
Authority: DE
Inventors: Maik Hammer; Johann van Niekerk
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2016-07-21
Anticipated expiration: 2032-04-12
Also published as: DE102012205837A1

Abstract

Bauteilverbindung, mit • einem ersten Bauteil (7), von dem ein männliches Fixierelement (6) absteht, • einem zweiten Bauteil (10), das mittels eines auf das männliche Fixierelement (6) aufgesteckten, hülsen- oder kappenartigen Clipelements (1) reibschlüssig und/oder formschlüssig mit dem ersten Bauteil (7) verbunden ist, wobei das Clipelement (1) sich durch ein in dem zweiten Bauteil (10) vorgesehenes Loch (9) hindurch erstreckt, wobei • das Clipelement (1) erste Federelemente (2, 3) aufweist, welche von außen her gegen das männliche Fixierelement (6) drücken und zweite Federelemente (4, 5), welche jeweils einen Rastvorsprung (4b, 5b) aufweisen, und wobei • die Rastvorsprünge (4b, 5b) an einer dem ersten Bauteil (7) abgewandten Seite (10a) des zweiten Bauteils (10) an dem zweiten Bauteil (10) anliegen und sich einem Abheben des zweiten Bauteils (10) von dem Clipelement widersetzen, dadurch gekennzeichnet, dass • das Clipelement (1) von der dem ersten Bauteil (7) abgewandten Seite des zweiten Bauteils (10) her auf das Fixierelement (6) aufgeclipst ist, so dass die Rastvorsprünge (4b, 5b) an der dem ersten Bauteil (7) abgewandten Seite (10a) des zweiten Bauteils (10) an dem zweiten Bauteil (10) anliegen, • das Clipelement (1) unmittelbar bis an eine dem zweiten Bauteil (10) abgewandte Seite des ersten Bauteils (7) heranreicht oder an der dem zweiten Bauteil (10) abgewandten Seite des ersten Bauteils (7) an- oder aufliegt, • das männliche Fixierelement (6) mit dem ersten Bauteil (7) verschweißt worden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bauteilverbindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine derartige Bauteilverbindung ist aus der WO 99/13231 A1 bekannt. Zum technischen Hintergrund der Erfindung zählen die US 5580204 A , US 2008/0038086 A1 , DE 10 2010 040 547 A1 sowie die ältere, nicht vorveröffentlichte DE 10 2011 079 483 .
Aufgabe der Erfindung ist es, eine weiter verbesserte, kostengünstige Bauteilverbindung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist eine Bauteilverbindung zur Verbindung eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil. Von dem ersten Bauteil steht ein männliches Fixierelement ab.
Der Begriff ”männliches Fixierelement” ist äußerst bereit zu interpretieren und umfasst prinzipiell eine Vielzahl unterschiedlicher Elemente, vorzugsweise Elemente, welche entgegen der Richtung, in der sie von dem ersten Bauteil abstehen, einen ”Hinterschnittbereich” aufweisen. In Betracht kommen insbesondere kugelförmige oder kugelähnliche männliche Fixierelemente oder männliche Fixierelemente, welche die Form einer Teilkugel (Kugelkalotte) haben. Denkbar sind aber auch andersartig gestaltete männliche Fixierelemente, z. B. kegelige Fixierelemente, die über einen Schaft mit dem ersten Bauteil verbunden sind, bolzenartige Fixierelemente mit Einkerbungen oder umlaufenden Nuten etc.
Das zweite Bauteil wird mittels eines „Clipelements” mit dem ersten Bauteil verbunden. Das Clipelement kann z. B. eine hülsen- oder kappenartige Form aufweisen. Hinsichtlich seiner „Umfangsgeometrie” kann es im Wesentlichen kreisrund, eckig, insbesondere quadratisch, rechteckig oder andersartig gestaltet sein.
Es wird reibschlüssig und/oder formschlüssig auf das männliche Fixierelement aufgesteckt (aufgeclipst). In oder an dem zweiten Bauteil (mittelbar oder unmittelbar) ist ein Loch vorgesehen.
Bei dem Loch kann es sich z. B. um ein kreisrundes Durchgangsloch, ein Langloch mit im Wesentlichen parallelen Längsseiten, um ein schlüssellochartiges Loch, um ein mehreckiges Loch (z. B. mit ausgerundeten „Ecken”), insbesondere um ein quadratisches Loch, etc. handeln.
Die beiden Bauteile werden so relativ zueinander platziert, dass sich das auf das männliche Fixierelement des ersten Bauteils aufgesteckte Clipelement durch das in dem zweiten Bauteil vorgesehene Loch hindurch erstreckt.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass das Clipelement zwei Arten von Federelementen aufweist, nämlich:

• erste Federelemente, welche von außen her gegen das männliche Fixierelement drücken und das Clipelement dadurch reibschlüssig und/oder formschlüssig an dem männlichen Fixierelement des ersten Bauteils halten; und
• zweite Federelemente, welche jeweils einen Rastvorsprung (z. B. Rastnase o. ä.) aufweisen.

Die Rastvorsprünge liegen an einer dem ersten Bauteil abgewandten Seite des zweiten Bauteils an dem zweiten Bauteil an und widersetzen sich einem Abheben des zweiten Bauteils von dem ersten Bauteil.
Das Clipelement ist also, wie bereits erwähnt, über die ersten Federelemente an dem männlichen Fixierelement des ersten Bauteils fixiert. Das zweite Bauteil wiederum ist über die zweiten Federelemente an dem Clipelement reibschlüssig und/oder formschlüssig fixiert. Somit bilden die beiden Bauteile und das Clipelement eine Bauteilverbindung.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die zweiten Federelemente so konzipiert, dass sie radial nach innen federn können. Wird das zweite Bauteil auf das Clipelement ”aufgeclipst”, so werden die zweiten Federelemente durch die Lochkontur des in dem zweiten Bauteil oder an dem zweiten Bauteil vorgesehenen Loches zunächst radial nach innen gedrückt. Ist das Loch an den zweiten Federelementen vorbeigeglitten, so federn die zweiten Federelemente radial zurück nach außen, was z. B. zu einer Verrastung des zweiten Bauteils an dem Clipelement führt.
Vorzugsweise weist das männliche Fixierelement einen „Hinterschnittbereich” auf. Mittels eines derartigen Hinterschnittbereichs kann erreicht werden, dass die ersten Federelemente das männliche Fixierelement im Hinterschnittbereich formschlüssig hintergreifen, wodurch sich sehr hohe Haltekräfte erreichen lassen.
Das Clipelement kann so konzipiert sein, dass, in einer Umfangsrichtung des Clipelements betrachtet, ein erstes Federelement stets auf ein zweites Federelement folgt oder umgekehrt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Geometrie des männlichen Fixierelements, die Geometrie der ersten Federelemente und die Größe des Lochs so aufeinander abgestimmt sind, dass ein für ein Abziehen des Clipelements von dem männlichen Fixierelement erforderliches nach außen Federn der ersten Federelemente nur dann möglich ist, wenn das zweite Bauteil von dem ersten Bauteil entfernt ist. Dies kann ganz einfach dadurch erreicht werden, dass das Loch hinsichtlich seiner Größe bzw. seines Durchmessers so konzipiert ist, dass es ein für ein Abziehen des Clipelements von dem männlichen Fixierelement erforderliches nach außen Federn der ersten Federelemente blockiert. Ein zwischen den ersten Federelementen und dem männlichen Fixierelement bestehender Formschluss kann somit nicht gelöst werden, solange das zweite Bauteil an dem Clipelement festgeclipst ist.
Das Clipelement kann z. B. aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein. Es kann kappenartig ausgebildet sein, wobei vorgesehen sein kann, dass es das männliche Fixierelement vollständig überdeckt und unmittelbar bis an eine dem zweiten Bauteil zugewandte Seite des ersten Bauteils heranreicht bzw. an dieser Seite des ersten Bauteils an- oder aufliegt.
Das männliche Fixierelement kann stoffschlüssig oder einstückig mit dem ersten Bauteil verbunden sein. Insbesondere kann es mit dem ersten Bauteil verschweißt worden sein, z. B. durch Laserschweißen, Buckelschweißen, Hubzündungsschweißen oder ein anderes geeignetes Schweißverfahren.
Die beiden Bauteile können, müssen aber nicht notwendigerweise aus demselben Material bestehen. Eine erfindungsgemäße Bauteilverbindung ist insbesondere für sogenannte „Mischbauweisen” geeignet, d. h. für Bauteilverbindungen, bei denen das erste Bauteil aus einem anderen Material besteht als das zweite Bauteil.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das erste Bauteil und das damit verbundene männliche Fixierelement aus Stahl oder Aluminium oder einem Metallwerkstoff besteht. Das zweite Bauteil kann ebenfalls aus einem derartigen Metallwerkstoff oder aus Kunststoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff, bestehen. Für zukünftige Anwendungen im Fahrzeugbau kommen insbesondere Kunststoffbauteile in Betracht, die eine Verstärkungsmatrix aus Kohlefasern, Glasfasern oder anderen dünnen Faserstrukturen enthalten.
Die beiden Bauteile können zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Bauteilverbindung durch eine oder mehrere weitere Bauteilverbindungen miteinander verbunden sein. Die beiden Bauteile können zusätzlich stoffschlüssig miteinander verbunden werden, z. B. durch Verschweißen oder Verkleben. Werden die Bauteile miteinander verklebt, so ist es von Vorteil, wenn an dem ersten und/oder an dem zweiten Bauteil oder zwischen den beiden Bauteilen mindestens ein Abstandshalterelement vorgesehen ist, welches die beiden Bauteile in einem vorgegebenen Mindestabstand zueinander hält. Dadurch ist sichergestellt, dass beim Zusammenclipsen der beiden Bauteile über die erfindungsgemäße Bauteilverbindung ein zwischen die beiden Bauteile eingebrachter Kleber nicht zu sehr herausgedrückt wird, wodurch sich eine hohe Klebefestigkeit erreichen lässt.
Die erfindungsgemäße Bauteilverbindung ist insbesondere für Anwendungen im Fahrzeugkarosseriebau geeignet, wobei es sich bei einem oder bei beiden der beiden Bauteile um ein Fahrzeugkarosseriebauteil handeln kann. Selbstverständlich können derartige Bauteilverbindungen aber auch außerhalb der Automobilindustrie eingesetzt werden, z. B. im Bereich Gebäudetechnik, im Bereich ”weiße Ware”, etc.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 Eine perspektivische Darstellung eines Clipelements gemäß der Erfindung;
2 ein auf ein männliches Fixierelement eines ersten Bauteils aufgeclipstes Clipelement;
3 zwei über ein derartiges Clipelement miteinander verbundene Bauteile; und
4 zwei über ein derartiges Clipelement miteinander verbundene und zusätzlich miteinander verklebte Bauteile.
1 zeigt ein im Wesentlichen kreisrundes Clipelement 1, das hinsichtlich seiner Form einer Kugelkalotte bzw. einer Kappe ähnelt. Das Clipelement muss nicht kreisrund sein. Es sind auch andere Formen denkbar, z. B. quadratische, rechteckförmige oder anderen Formen.
Das Clipelement 1 weist erste Federelemente 2, 3 sowie zweite Federelemente 4, 5 auf. In Umfangsrichtung des Clipelements betrachtet folgt auf ein erstes Federelement 2 stets ein zweites Federelement 4, und umgekehrt.
Sowohl die ersten Federelemente 2, 3 als auch die zweiten Federelemente 4, 5 können in gewissem Umfang in Radialrichtung ein- bzw. ausfedern.
Wie aus 2 ersichtlich ist, kann das Clipelement 1 mittels der ersten Federelemente 2, 3 auf ein männliches Fixierelement aufgeclipst werden. Bei dem in den 2–4 gezeigten männlichen Fixierelement handelt es sich um eine Kugel 6, die mit einem ersten Bauteil 7 verbunden ist. Die Kugel 6 kann z. B. auf das erste Bauteil 7 aufgeschweißt sein. Die Kugel 6 und das erste Bauteil 7 können z. B. aus einem Metallwerkstoff, wie z. B. Stahl, Aluminium o. ä. hergestellt sein.
Wie am besten aus 4 ersichtlich ist, bildet die Kugel 6 mit dem ersten Bauteil 7 einen Hinterschnittbereich 8 aus. Die ersten Federelemente 2, 3 sind an ihrer dem männlichen Fixierelement 6 bzw. der Kugel zugewandten Innenseite komplementär in Bezug auf die Kugel ausgebildet und greifen formschlüssig in den Hinterschnittbereich 8 ein. Über die ersten Federelemente 2, 3 ist das Clipelement 1 somit formschlüssig und, da die Federelemente 2, 3 an der Kugel 6 auch anliegen, zusätzlich reibschlüssig mit der Kugel 6 verbunden.
Auf das Clipelement 6 kann nun ein mit einem Loch 9 versehenes zweites Bauteil 10 aufgeclipst werden. Bei dem Loch 9 kann es sich um ein Langloch handeln. Im Falle eines Langlochs kann das Clipelement 6 relativ dazu verschoben werden, was einen Längenausgleich ermöglicht.
Beim Aufclipsen des zweiten Bauteils 10 auf das Clipelement 1 gleitet zunächst ein Innenumfang 9a an Außenseiten 4a, 5a (vgl. 1) der zweiten Federelemente 4, 5 entlang. Da der Durchmesser des Loches 9 etwas kleiner ist als der Durchmesser des Clipelements 1 im Bereich der Außenseiten 5a, werden beim nach unten Drücken des zweiten Bauteils 10 die zweiten Federelemente 4, 5 etwas radial nach innen gedrückt, bis das in dem zweiten Bauteil 10 vorgesehene Loch 9 an Rastnasen 4b, 5, welche radial nach außen von den zweiten Federelementen 4, 5 abstehen, vorbeigeglitten ist. Nach einem ”Überdrücken” der Rastnasen 4b, 5b können die zweiten Federelemente 4, 5 wieder zurück radial nach außen federn. Dadurch ergibt sich, wie am besten aus den 3 und 4 ersichtlich ist, ein Formschluss zwischen den Rastnasen 4b, 5b und einer dem ersten Bauteil 7 abgewandten Oberseite 10a des zweiten Bauteils.
Wie aus den 3 und 4 ersichtlich ist, begrenzt der Innenumfang 9a des Loches 9 ein ”nach außen Federn” der ersten Federelemente 2, 3. Solange das zweite Bauteil 10 an dem Clipelement 1 festgeclipst ist, kann dieses somit nicht mehr von der als männliches Fixierelement fungierenden Kugel ”abgezogen” werden.
Möchte man die beiden Bauteile 7, 10 wieder voneinander trennen, so müssen zunächst die zweiten Federelemente 4, 5 (z. B. mittels eines hülsen- oder rohrartigen Steckschlüsselwerkzeugs) radial nach innen gedrückt werden, so dass das zweite Bauteil 10 von dem Clipelement abgenommen werden kann. Erst anschließend kann das Clipelement 1 unter nach außen Federn der ersten Federelemente 2, 3 von der Kugel 6 abgezogen werden.
Beim Ausführungsbeispiel der 4 steht von einer dem ersten Bauteil 7 zugewandten Unterseite des zweiten Bauteils 10 ein Abstandshalterelement 10b ab. Über ein oder mehrere derartige Abstandshalterelemente 10b liegt das zweite Bauteil 10 auf dem ersten Bauteil 7 auf. Derartige Abstandshalterelemente sind vorteilhaft, wenn die beiden Bauteile 7, 10 zusätzlich miteinander verklebt werden sollen, da dadurch verhindert wird, dass bei einem Zusammenclipsen der beiden Bauteile 7, 10 zuviel Kleber aus einem zwischen den beiden Bauteilen 7, 10 vorgesehenen Spalt 11 herausgedrückt wird.

Claims

Bauteilverbindung, mit • einem ersten Bauteil (7), von dem ein männliches Fixierelement (6) absteht, • einem zweiten Bauteil (10), das mittels eines auf das männliche Fixierelement (6) aufgesteckten, hülsen- oder kappenartigen Clipelements (1) reibschlüssig und/oder formschlüssig mit dem ersten Bauteil (7) verbunden ist, wobei das Clipelement (1) sich durch ein in dem zweiten Bauteil (10) vorgesehenes Loch (9) hindurch erstreckt, wobei • das Clipelement (1) erste Federelemente (2, 3) aufweist, welche von außen her gegen das männliche Fixierelement (6) drücken und zweite Federelemente (4, 5), welche jeweils einen Rastvorsprung (4b, 5b) aufweisen, und wobei • die Rastvorsprünge (4b, 5b) an einer dem ersten Bauteil (7) abgewandten Seite (10a) des zweiten Bauteils (10) an dem zweiten Bauteil (10) anliegen und sich einem Abheben des zweiten Bauteils (10) von dem Clipelement widersetzen, dadurch gekennzeichnet, dass • das Clipelement (1) von der dem ersten Bauteil (7) abgewandten Seite des zweiten Bauteils (10) her auf das Fixierelement (6) aufgeclipst ist, so dass die Rastvorsprünge (4b, 5b) an der dem ersten Bauteil (7) abgewandten Seite (10a) des zweiten Bauteils (10) an dem zweiten Bauteil (10) anliegen, • das Clipelement (1) unmittelbar bis an eine dem zweiten Bauteil (10) abgewandte Seite des ersten Bauteils (7) heranreicht oder an der dem zweiten Bauteil (10) abgewandten Seite des ersten Bauteils (7) an- oder aufliegt, • das männliche Fixierelement (6) mit dem ersten Bauteil (7) verschweißt worden ist.
Bauteilverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Federelemente (4, 5) radial nach innen federn können, wobei die zweiten Federelemente (4, 5). bei einem Aufclipsen des zweiten Bauteils (10) auf das Clipelement (1) durch eine Innenkontur (9a) des Loches (9) zunächst nach radial nach innen gedrückt werden und bei einem Überdrücken der Rastvorspünge (4b, 5b) radial zurück nach außen federn.
Bauteilverbindung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das männliche Fixierelement (6) einen Hinterschnittbereich (8) aufweist und die ersten Federelemente (2, 3) das männliche Fixierelement (6) im Hinterschnittbereich (8) formschlüssig hintergreifen.
Bauteilverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass, in einer Umfangsrichtung des Clipelements (1) betrachtet, ein erstes Federelement (2, 3) stets auf ein zweites Federelement (4, 5) folgt, und umgekehrt.
Bauteilverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie des männlichen Fixierelements (6), die Geometrie der ersten Federelemente (2, 3) und die Größe des Lochs (9) so aufeinander abgestimmt sind, dass ein für ein Abziehen des Clipelements (1) von dem männlichen Fixierelement (6) erforderliches nach außen Federn der ersten Federelemente (2, 3) nur dann möglich ist, wenn das zweite Bauteil (10) von dem Clipelement (1) entfernt ist.
Bauteilverbindung nach einem Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Clipelement (1) aus einem Kunststoffmaterial besteht.
Bauteilverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Clipelement (1) kappenartig ausgebildet ist und das männliche Fixierelement (6) vollständig überdeckt und unmittelbar bis an eine dem zweiten Bauteil (10) zugewandte. Seite des ersten Bauteils (7) heranreicht bzw. an dieser Seite des ersten Bauteils (7) anliegt.
Bauteilverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das männliche Fixierelement (6) ganz oder teilweise die Form einer Kugel oder ganz oder teilweise eine kugelförmige Form hat.
Bauteilverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das männliche Fixierelement (6) stoffschlüssig mit dem ersten Bauteil (7) verbunden worden ist.
Bauteilverbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das männliche Fixierelement (6) mit dem ersten Bauteil (7) durch Laserschweißen verschweißt worden ist.
Bauteilverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bauteile (7, 10) aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Bauteilverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (7) ein Metallbauteil, insbesondere ein Blechbauteil, ist.
Bauteilverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil aus Stahl oder Aluminium besteht.
Bauteilverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das männliche Fixierelement (6) aus demselben Material besteht, wie das erste Bauteil (7).
Bauteilverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil aus Kunststoff, insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, besteht.
Bauteilverbindung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil Karbon- oder Glasfasern enthält.
Bauteilverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bauteile (7, 10) zusätzlich stoffschlüssig verbunden sind, insbesondere durch Verschweißen oder Verkleben.
Bauteilverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten und/oder dem zweiten Bauteil (7, 10) oder zwischen den beiden Bauteilen (7, 10) mindestens ein Abstandshalterelement (10b) vorgesehen ist, welches die beiden Bauteile (7, 10) in einem vorgegebenen Mindestabstand zueinander hält.
Bauteilverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der beiden Bauteile ein Fahrzeugbauteil, insbesondere ein Karosseriebauteil, ist.
Bauteilverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch (9) ein Langloch ist.