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Die Erfindung betrifft ein Verbindungssystem mit einem an einem Zapfenelement festgelegten Dorn entsprechend dem unabhängigen Anspruch 1. Vorzugsweise werden Exterieur-Komponenten, z. B. Karosseriebauteile, und insbesondere Interieur-Bauteile, z. B. Verkleidungselemente und Dekorbauteile, unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verbindungssystems befestigt.
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Stand der Technik
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Herkömmliche Verbindungssysteme, vor allem Schraubverbindungen, werden häufig aus einem metallischen und/oder elektrisch leitfähigen Werkstoff hergestellt. Da die zu befestigenden Bauteile ebenfalls häufig aus metallischen und/oder elektrisch leitfähigen Werkstoffen bestehen, z. B. Karosseriebleche oder elektrisch leitfähige kohlefaserverstärkte Kunststoffe, entsteht ein Potentialunterschied zwischen den zu verbindenden Bauteilen oder zwischen einem Verbindungselement und einem Bauteil. Dieser Potentialunterschied kann eine elektrochemische Korrosion hervorrufen.
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Weiterhin sind herkömmliche Verbindungssysteme auf eine definierte Bauteilstärke festgelegt, das heisst, dass Bauteile mit einheitlichen Wandstärken auszulegen sind, wenn immer gleiche Verbindungselemente zum Einsatz kommen sollen. Speziell die stark an Bedeutung gewinnende Leichtbauweise erfordert beanspruchungsgerechtes Konstruieren. Daraus folgt, dass die Wandstärke auf ein Minimum reduziert wird und Bereiche mit höherer Belastung partiell verstärkt werden. Diese Sprünge bzw. unterschiedlichen Materialstärken sind für herkömmliche Verbindungselemente problematisch, da diese entweder nicht montiert werden können oder keinen festen Sitz aufweisen. Somit ist eine Vielzahl verschiedener Verbindungselemente bei der Montage notwendig, was unter anderem ein erhöhtes Risiko zum Verwechseln einzelner Verbindungselemente zur Folge hat.
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Das deutsche Patent
DE 1 243 536 (B) beschreibt eine Befestigung einer Karosserieverkleidung in Kraftfahrzeugen mittels einer einstückigen, aus nichtmetallischem Material, insbesondere press- oder spritzbarem Kunststoff hergestellten Befestigungsklammer. Diese besteht aus einem in eine Bohrung des Karosserieblechs einschnappenden federnden Zapfen und je einem die Verkleidung erfassenden Kopf, der aus zwei in axialem Abstand zueinander angeordneten, miteinander verbundenen Kopfteilen gebildet ist. Beide Kopfteile sind etwa kreisscheibenförmig ausgebildet und greifen in bekannter Weise in T-förmig geschlitzte Durchbrechungen in der Karosserieverkleidung ein.
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Das deutsche Gebrauchsmuster
DE 1 775 105 U beschreibt eine Klammer zur Befestigung von flachen Körpern an einer Unterlage, insbesondere von Belägen und Verkleidungen an Karosserieblechen. Die Klammer besteht aus einem einstückigen, aus plastischem Kunststoff hergestellten Formkörper mit einem flachen länglichen Kopf und einer davon ausgehenden Federzunge.
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Aufgabe der Erfindung
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Gegenüber dem bekannten Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verbindungssystem zu schaffen, welches bei der Befestigung von Exterieur-Komponenten, z. B. Karosseriebauteile, und insbesondere von Interieur-Komponenten, z. B. Verkleidungselemente und Dekorbauteile, von Fahrzeugen einsetzbar ist und Bauteile aus verschiedenen Materialien mit verschiedenen Bauteilstärken unter Ausgleich von Bauteiltoleranzen und Dämpfung von Schwingungen sowie Isolierung von Potentialunterschieden, und damit unter Verhinderung elektrochemischer Korrosion, einfach und sicher montierbar verbindet.
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels eines Verbindungssystems mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
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Das Verbindungssystem zum Verbinden von zwei Bauteilen umfasst dabei ein Zapfenelement und ein Funktionselement. Das Funktionselement ist mit einem seiner axialen Enden an dem Zapfenelement festgelegt und weist an seinem anderen axialen Ende eine Funktionsanbindung auf. Das Zapfenelement weist einen in axialer Richtung verlaufenden Zwischenbereich auf. Dieser erstreckt sich im Abstand zweier gegenüberliegender beabstandeter Anlageflächen. Der Zwischenbereich dient der Positionierung des Zapfenelementes in einer Öffnung eines ersten Bauteils. Dabei liegt eine erste an der dem Funktionselement abgewandten Seite des Zwischenbereichs angeordnete Anlagefläche im verbundenen Zustand an einer Seite des ersten Bauteils an. Eine zweite an der dem Funktionselement abgewandten Seite des Zwischenbereichs angeordnete Anlagefläche liegt im verbundenen Zustand an der anderen Seite des ersten Bauteils an. Der Querschnitt des Zwischenbereichs weist einen geringeren Durchmesser auf als der Außendurchmesser beider Anlageflächen. Der Querschnitt des Zwischenbereichs ist bevorzugt nur geringfügig kleiner als die Öffnung im Bauteil. Die Außendurchmesser beider Anlageflächen sind demnach größer als die Öffnung im Bauteil. Der Außendurchmesser der ersten Anlagefläche ist dabei veränderlich, vorzugsweise reversibel verringerbar. Erfindungsgemäß vorteilhaft ist dadurch ein einfaches Herstellen der Verbindung zwischen dem ersten Bauteil und dem Zapfenelement möglich. Die Funktionsanbindung dient der Anbindung des Funktionselementes an ein zweites Bauteil. Diese Anbindung kann durch ein passendes Gegenstück am zweiten Bauteil erfolgen. Die Ausbildung des Gegenstückes ist beispielsweise als Klammer, z. B. eine sogenannte Panzerfaust-Klammer oder ein Dorn-Klips, von einzelnen Fahrzeugherstellern standardisiert. Vorteilhafterweise wird durch die vorliegende Erfindung eine weitere Nutzung bereits vorhandener, standardisierter Verbindungselemente ermöglicht und der Standardisierungsgrad weiter verbessert. Schließlich werden durch eine zweigeteilte Verbindung vorteilhafterweise Schwingungen gedämpft und Potentialunterschiede zwischen unterschiedlichen Materialien oder unterschiedlichen Bauteilen isoliert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der durch den Zwischenbereich gebildete Abstand in seiner axialen Ausdehnung variierbar. Vorteilhafterweise können dadurch Bauteile unterschiedlicher Materialstärken sowie Bauteile mit Sprüngen in der Materialstärke zwischen den beiden Anlageflächen positioniert und toleranzbedingte Schwankungen der Bauteilstärke ausgeglichen werden. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verbindungssystems für verschiedene Bauteile mit unterschiedlicher Materialstärke muss nicht für jede Verbindung ein eigenes Verbindungssystem konstruiert und verbaut werden. Die Fehleranfälligkeit, z. B. das Vertauschen einzelner Verbindungselemente am Montagearbeitsplatz, wird deutlich verringert. Dadurch sinken die Fehlerkosten und die Montagezeit.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zwischenbereich aus elastischem oder federndem Material gebildet. Eine Längenausdehnung des Zwischenbereiches im montierten Zustand führt zu einer axial gerichteten Zugspannung im Zwischenbereich. Vorteilhafterweise wird dadurch Druck auf beide Seiten des ersten Bauteils ausgeübt, wobei eine stabile Verbindung zwischen Zapfenelement mit gesteigerter Schwingungsdämpfung realisiert wird. Damit werden die Vorteile der stabilen und schwingungsgedämpften Verbindung mit einfachen und sicheren Mitteln erreicht.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbindungssystems ist das dem Funktionselement abgewandte axiale Ende des Zapfenelementes von der ersten Anlagefläche in Richtung des dem Funktionselement abgewandten axialen Endes des Zapfenelementes verjüngt ausgebildet. Vorteilhafterweise wird dadurch die Montage des Zapfenelementes in der Öffnung des ersten Bauteils einfach und sicher ermöglicht, da das verjüngte Ende in seinem Durchmesser geringer ist als die Öffnung des Bauteils.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Funktionselement kraft- und/oder formschlüssig am Zapfenelement festgelegt. Dies kann beispielsweise durch Verklipsen, Verrasten oder durch Anbindung während der Ur- oder Umformung, z. B. während eines Spritzgussprozesses oder eines Vulkanisationsprozesses eines der Elemente erfolgen. Vorteilhafterweise wird die Verbindung dadurch beanspruchbar und sicher ausgebildet.
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In einer weiteren und bevorzugten Ausführungsform bestehen das Zapfenelement aus elastomerem Kunststoff und das Funktionselement aus thermoplatischem oder duroplastischem Kunststoff, wie Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamid (PA), Polylactat (PLA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyvinylchlorid (PVC) bzw. Polyesterharz, Polyurethanharz oder einem Kunstharz, wie beispielsweise Epoxidharz oder aus metallischem Werkstoff. Alternativ oder zusätzlich kann das thermo- oder duroplatische Material durch Fasern verstärkt werden. Dabei ist der Einsatz einer Vielzahl an Fasern möglich, z. B. mit amorpher Struktur, wie Basaltfasern, Glasfasern, Keramikfasern, oder metallische Fasern oder organische Fasern, wie Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Polyesterfasern u. v. m. Das Funktionselement ist dabei beispielsweise mittels eines Vulkanisationsprozesses mit dem Zapfenelement verbindbar. In dieser Ausführungsform wird vorteilhafterweise eine Verbindung geschaffen, die Bauteile unterschiedlicher Materialstärken inklusive des Ausgleichs toleranzbedingter Schwankungen unter Dämpfung von Schwingungen sowie Isolierung von Potentialunterschieden zwischen verschiedenen Bauteilen oder zwischen Bauteilen und Verbindungselementen, also Funktions- und Zapfenelement, einfach und sicher montierbar macht.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Funktionselement ein Dorn. Vorteilhafterweise kann der Dorn zur Anbindung an ein zweites Bauteil genutzt werden.
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In einer weiteren, gegenüber der letzten Ausführungsform bevorzugten Ausführungsform ist die Funktionsanbindung des Dorns ausgestaltet als eine Uni- oder bidirektionale Verklipsung oder Verrastung zur mittelbaren oder unmittelbaren Befestigung des Dorns an dem zweiten Bauteil. Vorteilhafterweise ist die Anbindung des Dorns an das zweite Bauteil dadurch lösbar oder unlösbar. Weiterhin vorteilhaft ist die direkte Anbindung an das zweite Bauteil, z. B. durch eine funktionelle unmittelbare Verbindung, wie Kleben, Löten, Schweißen, weil dadurch zusätzliche Elemente entfallen und damit, je nach Anwendungsfall, Montagezeit, Materialgewicht und Materialkosten gespart werden. Die mittelbare Anbindung des Dorns am zweiten Bauteil, z. B. durch ein Gegenstück für die Verklipsung oder Verrastung, ist vorteilhaft, wenn die Materialstärke und/oder Materialbeschaffenheit des zweiten Bauteils eine direkte Anbindung nicht zulassen. Eine Anbindung über ein Gewinde ist technisch einfach möglich. Der Vorteil einer nicht über ein Gewinde realisierten Anbindung liegt in der einfachen Montierbarkeit, da keine rotatorische Bewegung durchgeführt werden muss und durch eine einfache translatorische Bewegung die Bauteile sicher und schnell verbunden werden können.
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Die Reihenfolge der Montage des Verbindungssystems an dem ersten und zweiten Bauteil ist variabel. Je nach Anwendungsfall kann eine Vormontage an einem der Bauteile erfolgen. Dies ist abhängig von der Zugänglichkeit der Bauteile im Laufe der Montage des Verbindungssystems und den geplanten Fertigungsabläufen bei der Fahrzeugmontage.
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Ausführungsbeispiel
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den Zeichnungen anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
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Hierbei zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Verbindungssystem
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2 ein erfindungsgemäßes Verbindungssystem mit an einem Bauteil angeordnetem Zapfenelement und alternativer Funktionsanbindung
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3 ein erfindungsgemäßes Verbindungssystem mit weiterer alternativer Funktionsanbindung
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4 ein erfindungsgemäßes Verbindungssystem mit an einem weiteren Bauteil angeordneter Funktionsanbindung
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1 zeigt ein schematisch dargestelltes erfindungsgemäßes Verbindungssystem 1. An einem Funktionselement 2 ist an einem axialen Ende eine Funktionsanbindung 5 angeordnet, welche als Verklipsung ausgeführt ist. Am anderen axialen Ende des Funktionselementes 2 ist über eine Anbindung 11 ein Zapfenelement 3 festgelegt. Im dargestellten Beispiel besteht das Funktionselement 2 aus einem thermoplatischen oder duroplastischen oder faserverstärkten Kunststoff oder aus metallischem Werkstoff. Das Zapfenelement besteht aus einem elastomerischen Kunststoff. Die Anbindung 11 ist derart gestaltet, dass das Funktionselement 2 mit einem scheibenförmigen axialen Ende im zylinderförmigen axialen Ende des Zapfenelementes 3 formschlüssig festgelegt ist. Dies kann durch Urformen und anschließendes Vulkanisieren des Zapfenelementes 3 erfolgen. An das zylinderförmige axiale Ende des Zapfenelementes 3 schließt sich ein Zwischenbereich 6 an. Dieser wird durch zwei Anlageflächen (7, 8) begrenzt. Eine erste Anlagefläche 7 befindet sich auf der dem zylinderförmigen axialen Ende abgewandten Seite des Zwischenbereichs 6 und eine zweite Anlagefläche 8 wird durch die Abgrenzung des zylinderförmigen axialen Endes zum Zwischenbereich 6 gebildet. Das Zapfenelement 3 verjüngt sich von der ersten Anlagefläche 7 in Richtung seines dem Funktionselement 2 abgewandten axialen Endes.
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2 zeigt ein schematisiertes Verbindungssystem 1, welches an einem in seinem Querschnitt dargestellten ersten Bauteil 4 angeordnet ist. Die beiden Anlageflächen (7, 8) des Zapfenelementes 3 liegen an gegenüberliegenden Seiten des ersten Bauteils 4 an. Durch die Ausführung des Zapfenelementes 3 und/oder des Zwischenbereichs 6 (1) aus elastomerischem Kunststoff bringt der Zwischenbereich 6 eine Zugspannung auf beide Anlageflächen (7, 8) auf. Dadurch wird das Zapfenelement 3 kraftschlüssig am ersten Bauteil 4 festgelegt. Gleichzeitig folgt ein Toleranzausgleich der Bauteilstärke des ersten Bauteils 4. Dies wird durch Dimensionierung der axialen Ausdehnung des Zwischenbereichs 6 erreicht. Diese ist im nicht montierten Zustand geringer als die unter Beachtung der Toleranz minimal mögliche Bauteilstärke. Die weitere Dimensionierung der axialen Ausdehnung des Zwischenbereiches 6 ist abhängig von der gewünschten Kraft, mit der das Zapfenelement 3 kraftschlüssig am ersten Bauteil 4 festgelegt werden soll. Dabei wird eine Korrelation zwischen einer Verkürzung des Zwischenbereiches und einer ansteigenden Kraft zu Grunde gelegt. In 2 ist weiterhin eine alternative Funktionsanbindung 5' dargestellt. Diese ist hier als mögliche Ausführung einer bidirektionalen, also lösbaren, Rastverbindung dargestellt und kann in einer an einem zweiten Bauteil 9 (4) festgelegten Rastaufnahme in mehreren axialen Positionen festgelegt sein.
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3 zeigt ein schematisiertes Verbindungssystem 1, wie in 2 dargestellt, mit einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Funktionsanbindung 5''. Hier ist diese als unidirektionale, also nicht lösbare, Rastverbindung dargestellt und kann in einer an einem zweiten Bauteil 9 (4) festgelegten Rastaufnahme in mehreren axialen Positionen festgelegt sein.
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4 zeigt ein schematisiertes Verbindungssystem 1, welches an einem in seinem Querschnitt dargestellten ersten Bauteil 4 und über eine in ihrem Querschnitt dargestellte Funktionsaufnahme 10 an einem in seinem Querschnitt dargestellten zweiten Bauteil 9 angeordnet ist. Die Funktionsaufnahme 10 ist im dargestellten Beispiel aus einer Doppelhülse gebildet, welche in ihrer innenumfänglichen axialen Erstreckung ein Rastprofil aufweist, welches mit dem Rastprofil der Funktionsanbindung 5' in Eingriff steht.
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Die Montage des Verbindungssystems 1 erfolgt durch Führen des verjüngten Endes des Zapfenelementes 3 durch eine Öffnung im ersten Bauteil 4. Das verjüngte Ende wird durch die Öffnung gezogen. Dabei verringert sich der veränderliche Außendurchmesser der ersten Anlagefläche 7 elastisch. Die Verringerung kann durch axiale Schlitze 12 im Außenumfang des Zapfenelementes 3 unterstützt werden. Ist das Zapfenelement 3 soweit durch die Öffnung gezogen, dass sich die zweite Anlagefläche 8 am ersten Bauteil 4 angelegt hat, ist der Zwischenbereich 6 durch Aufrechterhalten der Zugkraft am verjüngten Ende gedehnt und größer als die Bauteilstärke des ersten Bauteils 4 sowie der Außendurchmesser der ersten Anlagefläche 7 wieder auf seine ursprüngliche Größe ausgedehnt. Entfällt die Zugkraft, zieht sich der Zwischenbereich 6 aufgrund seiner elastomerischen Eigenschaften wieder zusammen, bis die erste Anlagefläche 7 am ersten Bauteil 4 anliegt. Die Vergrößerung der axialen Ausdehnung des Zwischenbereiches 6 gegenüber der Ausdehnung im nicht montierten Zustand verursacht eine axiale Kraft, mit der die Anlageflächen (7, 8) an das erste Bauteil 4 gepresst werden und dadurch das Zapfenelement am ersten Bauteil 4 festgelegt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbindungssystem
- 2
- Funktionselement
- 3
- Zapfenelement
- 4
- erstes Bauteil
- 5
- Funktionsanbindung (Verklipsung)
- 5'
- Funktionsanbindung (bidirektionale Verrastung)
- 5''
- Funktionsanbindung (unidirektionale Verrastung)
- 6
- Zwischenbereich
- 7
- erste Anlagefläche
- 8
- zweite Anlagefläche
- 9
- zweites Bauteil
- 10
- Funktionsaufnahme am zweiten Bauteil
- 11
- Anbindung Funktionselement an Zapfenelement
- 12
- axiale Schlitze im Außenumfang des Zapfenelementes
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1243536 (B) [0004]
- DE 1775105 U [0005]
