DE102014107942A1

DE102014107942A1 - Kunststoffmutter, Befestigungssystem und Befestigungsverfahren

Info

Publication number: DE102014107942A1
Application number: DE102014107942.6A
Authority: DE
Inventors: c/o STANLEY Engineered Tucker Lautner Siegfried; c/o STANLEY Engineered Fastening Rosemann Frank
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2015-12-17
Also published as: EP2952754A1

Abstract

Kunststoffmutter (10), insbesondere zum Befestigen eines Gegenstandes (60) in Bezug auf einen von einem Werkstück (42) vorstehenden Gewindebolzen (44), miteinem Innenteil (12), das einen Innenteil-Inneneingriffsabschnitt (20) aufweist, der an ein Bolzengewinde (54) eines Gewindebolzens (44) angepasst ist, und das einen Innenteil-Außeneingriffsabschnitt (22) aufweist, und einem Außenteil (14), das eine radial ausgerichtete Auflagefläche (30) zur Anlage an einem zu befestigenden Gegenstand (60) aufweist und das einen Außenteil-Inneneingriffsabschnitt (24) aufweist, der an den Innenteil-Außeneingriffsabschnitt (22) angepasst ist.
Dabei sind das Innenteil (12) und das Außenteil (14) über eine Verbindung (16) miteinander verbunden, die sich bei einer Relativbewegung von Innenteil (12) und Außenteil (14) löst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kunststoffmutter, insbesondere zum Befestigen eines Gegenstandes in Bezug auf einen von einem Werkstück vorstehenden Gewindebolzen, mit einem Innenteil, das einen Innenteil-Inneneingriffsabschnitt aufweist, der an ein Bolzengewinde eines Gewindebolzens angepasst ist, und das einen Innenteil-Außeneingriffsabschnitt aufweist, und mit einem Außenteil, das eine radial ausgerichtete Auflagefläche zur Anlage an einem zu befestigenden Gegenstand aufweist und das einen Außenteil-Inneneingriffsabschnitt aufweist, der an den Innenteil-Außeneingriffsabschnitt angepasst ist.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Befestigungssystem mit einem Gewindebolzen, der einen Flanschabschnitt und einen sich von dem Flanschabschnitt erstreckenden Schaftabschnitt mit einem Bolzengewinde aufweist, wobei eine dem Schaftabschnitt abgewandte Seite des Flanschabschnittes als Fügeseite zum Fügen des Gewindebolzens auf ein Werkstück ausgebildet ist, und wobei der Flanschabschnitt eine dem Schaftabschnitt zugewandte Oberseite aufweist, und mit einer Kunststoffmutter der oben bezeichneten Art.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Befestigen eines Gegenstandes, der eine Öffnung aufweist, in Bezug auf einen an ein Werkstück gefügten Gewindebolzen eines Befestigungssystems.
Auf dem Gebiet der Befestigungstechnik, insbesondere auf dem Gebiet der Befestigungstechnik im Kraftfahrzeug-Karosseriebau, ist es bekannt, Gegenstände an Werkstücke über ein Befestigungssystem der oben bezeichneten Art zu befestigen. Hierbei wird ein Gewindebolzen auf ein Werkstück wie einen Blechabschnitt einer Fahrzeugkarosserie gefügt, insbesondere durch das sogenannte Bolzenschweißen. Der Gewindebolzen kann jedoch auch auf das Werkstück geklebt oder auf sonstige Art und Weise daran festgelegt sein.
Das Befestigungssystem beinhaltet ferner eine Kunststoffmutter.
Zum Befestigen eines Gegenstandes, wie beispielsweise ein Verkleidungsteil oder dergleichen, an dem Werkstück, wird der Gegenstand mit seiner Öffnung auf den gegenüber dem Werkstück vorstehenden Gewindebolzen aufgesetzt, derart, dass der Gewindebolzen gegenüber der Öffnung vorsteht. Anschließend kann auf den Gewindebolzen die Kunststoffmutter aufgeschraubt werden, bis deren Auflagefläche in Anlage an den Gegenstand gelangt.
Bei diesem prinzipiell seit langem bekannten Befestigungssystem sind folgende Randbedingungen zu beachten. Zum einen kann die axiale Dicke des Gegenstandes von Befestigungsort zu Befestigungsort (d. h. von Gewindebolzen zu Gewindebolzen) variieren. Auch die Gewindebolzen selbst können variieren, beispielsweise hinsichtlich der Art ihres Flanschabschnittes, der je nach Variante unterschiedlich hoch gegenüber der Oberfläche des Werkstückes vorsteht.
Schließlich ist darauf zu achten, dass die Kunststoffmutter mit einem Drehmoment befestigt wird, das innerhalb eines Ziel-Drehmomentfensters liegt. Sofern ein zu geringes Drehmoment angelegt wird, kann es vorkommen, dass der Gegenstand nicht sicher bzw. starr in Bezug auf das Werkstück befestigt wird, sondern Spiel hat, was zu einer Geräuschentwicklung führen kann, insbesondere, wenn das Befestigungssystem in einem Kraftfahrzeug verwendet wird.
Wenn andererseits das auf die Kunststoffmutter aufgebrachte Drehmoment zu hoch wird, kann es vorkommen, dass sich die Kunststoffmutter an einem relativ harten Gegenstand abstützt und aufgrund des hohen Drehmomentes die Fügeverbindung zwischen Bolzen und Werkstück löst. Der Gewindebolzen wird hierbei aus dem Werkstück herausgerissen bzw. ”ausgeknöpft”. Insbesondere bei dünnen Werkstücken wie Blechen kann dies eine sehr aufwändige Nachbearbeitung erforderlich machen, da an die gleiche Stelle ein Ersatz-Bolzen zu fügen ist. Das Ausreißen der Fügeverbindung zwischen Gewindebolzen und Werkstück kann dazu führen, dass an dem Werkstück ein Durchgangsloch entsteht, was wieder geschlossen werden muss (beispielsweise aus Korrosionsgründen oder dergleichen).
Zum Aufschrauben der Kunststoffmutter auf den Gewindebolzen können Drehmomentschlüssel verwendet werden, um den Aufschraubvorgang manuell durchzuführen. Alternativ ist es möglich, sogenannte Schraubautomaten zu verwenden. Bei Drehmomentschlüsseln kann dieser beispielsweise falsch eingestellt sein, so dass versehentlich ein zu hohes Drehmoment aufgebracht wird. Bei Schraubautomaten können Übergangszustände auftreten, die zu Drehmomentspitzen führen können, die außerhalb des oben beschriebenen Drehmomentfensters liegen können.
In beiden Fällen kann daher eine Zerstörung der Fügeverbindung zwischen Gewindebolzen und Werkstück nicht sicher ausgeschlossen werden.
Das genannte Problem kann sich insbesondere bei Verwendung von Schraubautomaten dann noch steigern, wenn mit der gleichen Kunststoffmutter Gegenstände unterschiedlicher axialer Dicke zu befestigen sind, und/oder Bolzen mit unterschiedlichen Flanschabschnitthöhen verwendet werden. Häufig ist in Schraubautomaten eine Programmierung vorgesehen, die erst eine bestimmte Anzahl von Schraubdrehungen erfordert, bevor eine Drehmomentbegrenzung einsetzt. Dies kann bei variierenden axialen Dicken von Gegenständen und dergleichen dazu führen, dass die Drehmomentbegrenzung noch nicht wirksam ist, wenn die Kunststoffmutter auf der Oberfläche des Gegenstandes aufliegt, so dass ein zu hohes Drehmoment aufgebracht wird.
Es ist vor diesem Hintergrund eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Kunststoffmutter, ein verbessertes Befestigungssystem sowie ein verbessertes Befestigungsverfahren anzugeben, wobei vorzugsweise die Prozesssicherheit erhöht wird und/oder eine einfache Anpassung an unterschiedliche axiale Dicken von Gegenständen und/oder Flanschhöhen erreichbar ist. Auch wird vorzugsweise das Problem gelöst, dass die Logistik zum Durchführen des Befestigungsverfahrens verbessert wird.
Die obige Aufgabe wird durch eine Kunststoffmutter mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst, wobei ausgehend von der eingangs genannten Kunststoffmutter vorgesehen ist, dass das Innenteil und das Außenteil über eine Verbindung miteinander verbunden sind, die sich bei einer Relativbewegung von Innenteil und Außenteil löst.
Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Befestigungssystem der oben beschriebenen Art, wobei die Kunststoffmutter eine erfindungsgemäße Kunststoffmutter ist.
Schließlich wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Befestigen eines Gegenstandes, der eine Öffnung aufweist, in Bezug auf einen an ein Werkstück gefügten Gewindebolzen eines Befestigungssystems der erfindungsgemäßen Art, mit den Schritten, den Gegenstand an dem Werkstück derart anzuordnen, dass der Gewindebolzen durch die Öffnung hervortritt, die Kunststoffmutter auf dem Gewindebolzen aufzusetzen und das Innenteil auf den Gewindebolzen zu schrauben, bis die Auflagefläche des Außenteils eine Außenseite des Gegenstandes berührt, und das Schrauben der Kunststoffmutter auf dem Gewindebolzen fortzusetzen, wobei das Außenteil durch Reibung und/oder Formschluss drehfest in Bezug auf den Gegenstand gehalten wird, so dass sich die Verbindung zwischen Innenteil und Außenteil löst.
Die erfindungsgemäße Kunststoffmutter besteht im Grunde aus zwei Teilen, nämlich dem Innenteil und dem Außenteil. Diese zwei Teile sind jedoch über eine Verbindung miteinander verbunden, so dass die Kunststoffmutter als ein Teil gehandhabt werden kann, was die Logistik zum Durchführen des Befestigungsverfahrens deutlich erleichtert. Die Verbindung wird in diesem Fall insbesondere durch einen oder eine kleine Anzahl von Verbindungsstegen gebildet, die sich vorzugsweise in radialer Richtung zwischen Innenteil und Außenteil erstrecken. Die Dicke dieser Stege ist so bemessen, dass dies bei einer Relativbewegung zwischen Außenteil und Innenteil brechen. Es versteht sich, dass das Material von Innenteil und Außenteil (und der Verbindungsstege) hierzu entsprechend gewählt werden muss, also insbesondere ein relativ hartes Kunststoffmaterial zu verwenden ist. Die Verbindung zwischen Innenteil und Außenteil ist also insbesondere eine Verbindung, die nur durch Zerstörung gelöst werden kann, bei der Relativbewegung also bricht.
Zum Befestigen der Kunststoffmutter an dem Gewindebolzen, wobei der Gegenstand auf das Werkstück aufgelegt ist, greift der Innenteil-Inneneingriffsabschnitt an dem Bolzengewinde des Gewindebolzens an, um auf diese Weise für ein hohe Haltekraft in axialer Richtung zu sorgen. Sobald das Außenteil mit seiner Auflagefläche an dem Gegenstand aufliegt, wird die Verbindung zwischen Innenteil und Außenteil gelöst. Hierdurch wird das Aufsetzen des Innenteils auf den Gewindebolzen von der Andruckkraft des Außenteils auf den Gegenstand entkoppelt, so dass keine überhöhten Drehmomente mehr auftreten können, die zu erhöhten Kräften in axialer Richtung auf den Gewindebolzen in Abzugsrichtung führen können. Hierdurch wird die Prozesssicherheit erhöht.
Der Außenteil-Inneneingriffsabschnitt und der Innenteil-Außeneingriffsabschnitt sind vorzugsweise so ausgebildet, dass sie in unterschiedlichen axialen Relativpositionen zueinander fixiert sein können. Hierdurch ist es möglich, unterschiedliche axiale Dicken von Gegenständen und/oder unterschiedliche axiale Höhen von Oberseiten von Flanschabschnitten von Gewindebolzen auszugleichen, so dass die Kunststoffmutter universell für unterschiedliche Befestigungsorte verwendbar ist.
Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind das Innenteil und das Außenteil als einstückiges Spritzgussteil ausgebildet.
Bei dieser Ausführungsform kann die Kunststoffmutter auf einfache Wise hergestellt werden, beispielsweise durch einen einfachen Spritzgussprozess. Das Material des Innenteils und des Außenteils ist vorzugsweise identisch, und ist vorzugsweise ein relativ hartes Kunststoffmaterial, wie beispielsweise PA, das auch faserverstärkt sein kann.
Generell ist es möglich, dass der Innenteil-Inneneingriffsabschnitt als Sägezahnabschnitt ausgebildet ist. In diesem Fall erfolgt das Aufsetzen des Innenteils auf den Gewindebolzen beispielsweise durch eine reine Axialbewegung, beispielsweise durch Aufschlagen (mittels eines Hammers oder dergleichen). Das Innen-Sägezahnprofil greift in diesem Fall an dem Außengewinde des Gewindebolzens an und stellt eine Axialsicherung her.
Von besonderem Vorzug ist es jedoch, wenn der Innenteil-Inneneingriffsabschnitt als Innenteil-Innengewinde ausgebildet ist, wobei die Relativbewegung, bei der die Verbindung von Innenteil und außenteil gelöst wird, eine Relativverdrehung ist.
Bei dieser Ausführungsform wird das Innenteil auf den Gewindebolzen aufgeschraubt, bis das Außenteil auf der Oberseite des Gegenstandes aufliegt. An dieser Stelle wird das Außenteil vorzugsweise in Umfangsrichtung festgehalten, so dass ein Weiterdrehen des Innenteils auf den Gewindebolzen zu einem Lösen der Verbindung führt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Innenteil-Außeneingriffsabschnitt als Innenteil-Außengewinde ausgebildet, wobei der Außenteil-Inneneingriffsabschnitt als Außenteil-Innengewinde ausgebildet ist.
Generell ist es zwar denkbar, diese Eingriffsabschnitte zwischen Innenteil und Außenteil ebenfalls über eine Art Sägezahnkontur zu realisieren, so dass die axiale Bewegung des Innenteils auf den Bolzen nach dem Auftreffen des Außenteils auf den Gegenstand zu einem axialen Relativversatz zwischen Außenteil und Innenteil führt.
Die bevorzugte Variante, bei der diese Eingriffsabschnitte als Gewinde ausgebildet sind, führt jedoch dazu, dass bei einem Verdrehen des Innenteils und nach dem Aufsetzen des Außenteils auf den Gegenstand ein weiteres Verdrehen des Innenteils, um dieses weiter auf den Gewindebolzen aufzuschrauben, nicht zu einer weiteren Axialbewegung des Außenteils führt.
Daher ist es bevorzugt, wenn die Gewinde zwischen Gewindebolzen und Innenteil einerseits und zwischen Innenteil und Außenteil andererseits zumindest gleichsinnig ausgerichtet sind, insbesondere jedoch auch eine annähernd gleiche Steigung aufweisen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Innenteil vorzugsweise nach dem Lösen der Verbindung weiter auf den Gewindebolzen geschraubt, bis das Innenteil die Oberseite des Flanschabschnittes berührt.
Folglich würde ein weiteres Verdrehen des Innenteils allenfalls dazu führen, dass der Gewindeeingriff zwischen Innenteil und Gewindebolzen gelöst oder zerstört wird. Durch ein weiteres Schrauben des Innenteils auf den Gewindebolzen kann aufgrund des Anschlages an der Oberseite des Flanschabschnittes jedenfalls nicht erreicht werden, dass hierdurch der Gewindebolzen aus dem Werkstück ausgerissen werden könnte. Die Prozesssicherheit kann hierdurch erhöht werden.
Wenn das Innenteil auf der Oberseite des Flanschabschnittes aufliegt, wird das Außenteil über den Gewindeeingriff mit dem Innenteil in axialer Richtung auf der Oberseite des Gegenstandes gehalten. Die hierdurch erzielbaren Haltekräfte sind prinzipiell vergleichsweise niedrig, können jedoch auf verschiedene Art und Weise erhöht werden, wie es nachstehend noch beschrieben werden wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an der Auflagefläche des Außenteils eine Verdrehsicherung ausgebildet.
Durch diese wird erreicht, dass sich das Außenteil nach Herstellen der Befestigungsanordnung nicht durch Verdrehen gegenüber dem Innenteil löst. Zum anderen wird hierdurch jedoch auch erreicht, dass das Außenteil beim Aufsetzen auf der Oberfläche des Gegenstandes über die Verdrehsicherung gehalten wird, so dass ein Weiterdrehen des Innenteils zu einem Lösen der Verbindung zwischen Innenteil und Außenteil führt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Auflagefläche des Außenteils eine Axialspanneinrichtung zugeordnet.
Die Axialspanneinrichtung kann insbesondere dafür sorgen, dass das Außenteil sich über die Axialspanneinrichtung an dem Gegenstand abstützt, um eine Verspannung der Eingriffsabschnitte zwischen Innenteil und Außenteil zu realisieren. Hierdurch können die Klemmkräfte erhöht werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Verdrehsicherung und/oder die Axialspanneinrichtung einen Abschnitt aus einem relativ weichen Kunststoffmaterial auf.
Der Abschnitt kann beispielsweise als Reibabschnitt ringförmig an der Auflagefläche vorgesehen sein. Der Reibabschnitt kann in einem 2 K-Spritzgussverfahren bei Herstellung der Kunststoffmutter mit hergestellt werden, so dass die Kunststoffmutter zu vergleichsweise geringen Kosten hergestellt werden kann. Ferner kann die Logistik vereinfacht werden, da der Reibabschnitt nicht als separates Bauteil bereitgestellt werden muss.
Der (Reib-)Abschnitt kann zum einen eine gewisse Axialspannkraft ausüben. Zum anderen kann der Reibabschnitt dafür sorgen, dass zwischen der Auflagefläche (d. h. dem Reibabschnitt) und der Oberfläche des Gegenstandes eine Verdrehsicherung eingerichtet wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Verdrehsicherung wenigstens einen Vorsprung zur Einrichtung einer im Wesentlichen formschlüssigen Verbindung mit einem zu befestigenden Gegenstand auf.
Ein derartiger Vorsprung kann sich beispielsweise in die Oberfläche des Gegenstandes einbohren. Hierdurch wird eine Verdrehsicherung erreicht, die gegebenenfalls eine höhere Sicherheit einrichten kann als eine reine Reib-Verdrehsicherung.
Ferner ist es insgesamt vorteilhaft, wenn der Innenteil-Außeneingriffsabschnitt und/oder der Außenteil-Inneneingriffsabschnitt so ausgebildet ist, dass der Eingriff zwischen Innenteil und Außenteil umso stärker ist, je weiter sich das Innenteil und das Außenteil, ausgehend aus der Verbindungsposition, relativ zueinander bewegt haben.
Der Grundgedanke dieser Ausführungsform liegt darin, dass man davon ausgeht, dass bei vielen Anwendungen der erste Teil der Relativbewegung zwischen Außenteil und Innenteil im Wesentlichen unbehindert erfolgen soll.
Je weiter das Innenteil jedoch relativ zu dem Außenteil bewegt wird, umso stärker soll der Eingriff (insbesondere Reibeingriff) sein, so dass höhere Klemmkräfte zum Festklemmen eines Gegenstandes an dem Werkstück bzw. dem Gewindebolzen erzielbar sind.
Bei sämtlichen oben genannten Ausführungsformen versteht sich, dass das Innenteil und das Außenteil jeweils als Ringteile ausgebildet sein können. Das Innenteil weist vorzugsweise eine zentrale Innenbohrung auf, an der der Inneneingriffsabschnitt des Innenteils ausgebildet ist, das Innenteil könnte jedoch auch nach der Art einer Hutmutter ausgebildet sein.
Das Außenteil ist in jedem Fall als Ringteil ausgebildet. Der Durchmesser der Öffnung des Gegenstandes ist vorzugsweise größer als der Außendurchmesser des Innenteils. Der Innendurchmesser des Reibabschnittes ist vorzugsweise größer gleich des Durchmessers der Öffnung in dem Gegenstand.
In manchen Fällen kann man einen Festsitz zwischen Außenteil und Innenteil über eine Reibung im Gewinde abstimmen, und/oder über eine Haftreibung des Reibabschnittes (Materialwahl des Reibabschnittes, z. B. TPE).
In der Befestigungsposition liegt generell ein Formschluss zwischen Innenteil und Außenteil im Gewinde vor (oder, beim Sägezahnprinzip, zwischen Zähnen des Innenteils und des Außenteils). Hierdurch wird eine relativ hohe Abzugskraft bei Zugbelastung an dem Gegenstand erreicht, wenn also der Gegenstand in axialer Richtung von dem Werkstück abgezogen wird.
Die Kunststoffmutter kann für unterschiedliche Bolzentypen und deren Flanschhöhen eingesetzt werden. Anwendbar ist die Kunststoffmutter beispielsweis für Stahlring- und Alu-Großflanschbolzen. Die Gegenstände bzw. Bauteile können dünnwandig oder dickwandig sein. Bei dem Gegenständen kann es sich um Hitzeschilder handeln, um Radlaufverkleidungen, um Unterbodenverkleidungen, etc.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kunststoffmutter;
2 eine Längsschnittansicht durch die Kunststoffmutter der 1;
3 ein Befestigungssystem, mittels dessen ein Gegenstand an einem Werkstück befestigt ist, und zwar unter Verwendung der Kunststoffmutter der 1 und 2;
4 eine der 3 vergleichbare Ansicht, bei der ein Gegenstand größerer axialer Dicke befestigt ist;
5 eine alternative Ausführungsform eines Gewindeeingriffs zwischen Innenteil und Außenteil der Kunststoffmutter; und
6 eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kunststoffmutter.
In den 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kunststoffmutter schematisch dargestellt und generell mit 10 bezeichnet.
Die Kunststoffmutter 10 weist ein Innenteil 12 und ein Außenteil 14 auf. Das Innenteil 12 und das Außenteil 14 sind generell entlang einer Längsachse 15 ausgerichtet. Das Innenteil 12 ist als Ringteil bzw. hohles Zylinderteil ausgebildet. Das Außenteil 14 ist ebenfalls als Ringteil ausgebildet, jeweils konzentrisch zu der Längsachse 15.
Das Innenteil 12 und das Außenteil 14 sind aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, insbesondere einem relativ harten Kunststoffmaterial. Das Innenteil 12 und das Außenteil 14 sind über eine Verbindung miteinander starr verbunden. Die Verbindung ist vorliegend gebildet durch zwei Stege 16a, 16b, die einander diametral in Bezug auf die Längsachse 15 gegenüberliegen und als zerstörend trennbare Verbindungsstege ausgebildet sind.
Das Innenteil 12 weist an einem axial oberen Ende außenumfänglich einen Werkzeugansatzabschnitt 18 auf, der im Querschnitt beispielhaft polygonal ausgebildet ist. Ferner weist das Innenteil 12 ein Innenteil-Innengewinde 22 auf, das axial durchgehend ausgebildet ist. Das Innenteil 12 beinhaltet ferner ein Innenteil-Außengewinde 22, das sich axial an den Werkzeugansatzabschnitt 18 anschließt, und zwar hin zu dem Außenteil 14.
Das Außenteil 14 weist ein Außenteil-Innengewinde 24 auf, das sich über die gesamte axiale Länge des Außenteils 14 erstreckt. Das Außenteil-Innengewinde 24 ist an das Innenteil-Außengewinde 22 angepasst. Das Innenteil-Innengewinde 20 ist an ein Außengewinde eines Gewindebolzens angepasst, auf den das Innenteil 12 aufschraubbar ist, wie es nachstehend noch erläutert werden wird.
Das Außenteil 14 weist an seinem axialen Ende, das dem Innenteil 12 abgewandt ist, einen Reibabschnitt in Form eines Rings 28 aus TPE auf. Der Ring 28 kann jedoch auch aus anderen Kunststoffmaterialien hergestellt sein, die einen hohen Reibkoeffizienten bereitstellen und vorzugsweise elastisch komprimierbar sind. Das Material des Rings 28 ist in jedem Fall weicher als das Material des Innenteils 12 und des Außenteils 14. Der Ring 28 ist als Auflagefläche 30 der Kunststoffmutter 10 ausgebildet, und zwar zur Anlage an einem Gegenstand, wie es nachstehend noch beschrieben werden wird.
Das Außenteil 14 weist eine der Auflagefläche 30 axial gegenüberliegende Oberseite 32 auf, von der in axialer Richtung zwei Nasen 34a, 34b axial vorstehen, und zwar diametral gegenüberliegend in Bezug auf die Längsachse 15. Die Nasen 34a, 34b liegen auf einem größeren Außendurchmesser als der Außenumfang des Innenteils 12. Auf der radialen Innenseite sind die Nasen 34a, 34b jeweils über die oben erwähnten Verbindungsstege 16a, 16b mit korrespondierenden Außenumfangsabschnitten des Innenteils 12 verbunden, und zwar vorzugsweise an einem axialen Ende des Innenteils 12, welches Ende dem Außenteil 14 gegenüberliegt.
Das Innenteil 12, das Außenteil 14 und die Verbindungsstege 16a, 16b sind aus einem einheitlichen Material hergestellt, und zwar im Spritzgussverfahren, so dass die Kunststoffmutter 10 als einstückiges Teil bereitgestellt werden kann. Der Ring 28 kann nachträglich an die Unterseite der Kunststoffmutter 10 aufgebracht worden sein. Bevorzugt ist es jedoch, wenn der Ring 28 im sogenannten Zweikomponenten-Spritzgussverfahren (2 K-Verfahren) gemeinsam mit dem Innenteil 12, dem Außenteil 14 gespritzt worden ist. Der Ring 28 weist ein Kunststoffmaterial auf, das relativ gesehen weicher ist als das Kunststoffmaterial des Innenteils 12 und des Außenteils 14.
Bei der auf diese Weise hergestellten Kunststoffmutter 10 sind das Innenteil 12 und das Außenteil 14 in axialer Richtung um einen Axialabstand 36 voneinander beabstandet, der größer gleich 0 mm ist, und vorzugsweise kleiner 20 mm ist. Aus Gründen der Kompaktheit ist es bevorzugt, wenn der Axialabstand 36 relativ klein ist.
Eine axiale Länge L₂₂ des Innenteil-Außengewindes 22 ist kleiner als die axiale Gesamtlänge des Innenteils 12. Die Länge des Innenteil-Außengewindes 22 ist jedoch vorzugsweise größer als die axiale Länge L₂₄ des Außenteil-Innengewindes.
In den 3 und 4 ist gezeigt, wie die Kunststoffmutter 10 zur Herstellung einer Befestigungsanordnung 40 verwendbar ist. Die Befestigungsanordnung 40 beinhaltet ein Werkstück 42, beispielsweise in Form eines Bleches oder eines sonstigen Abschnittes einer Fahrzeugkarosserie eines Kraftfahrzeuges. Auf eine sichtbare Seite des Werkstückes 42 ist ein Bolzen 44 gefügt. Das Fügen kann insbesondere durch Bolzenschweißen oder durch Kleben erfolgt sein. Der Bolzen 44 weist einen Flanschabschnitt 46 mit einem Außendurchmesser auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Außenteil-Innengewindes 24, und größer ist als der Außendurchmesser des Innenteil-Innengewindes 20. Der Flanschabschnitt 46 weist eine Fügeseite 48 auf, die dem Werkstück 42 zugewandt ist, und über die der Bolzen 44 mit dem Werkstück 42 verbunden ist. Der Flanschabschnitt 46 weist ferner eine Oberseite 50 auf, die vorliegend ringförmig ausgebildet ist, da sich von der Oberseite 50 ein Schaftabschnitt 52 des Bolzens 44 erstreckt. Der Schaftabschnitt 52 weist einen kleineren Durchmesser auf als der Flanschabschnitt 46 und ist außenumfänglich mit einem Bolzengewinde 54 ausgebildet, das an das Innenteil-Innengewinde 20 angepasst ist.
Der Bolzen 44 und die Kunststoffmutter 10 bilden ein Befestigungssystem 56.
Das Befestigungssystem 56 dient zur Herstellung der Befestigungsanordnung 40, mittels der ein Gegenstand 60, beispielsweise in Form einer Verkleidungsplatte oder dergleichen, an dem Werkstück 42 festgelegt ist. Der Gegenstand 60 kann als flächiger Gegenstand ausgebildet sein, weist jedoch in jedem Fall eine Öffnung 61 auf, deren Durchmesser größer ist als der Außenumfang des Innenteil-Außengewindes 22 und der vorzugsweise kleiner gleich dem Innenumfang des Ringes 28 ist.
Die axiale Dicke des Gegenstandes 60 kann kleiner sein als die axiale Höhe der Oberseite 50 des Flanschabschnittes 46, kann jedoch auch größer sein als diese. Die axiale Dicke des Gegenstandes 60 ist jedenfalls deutlich kleiner als die axiale Gesamtlänge des Bolzens 44. Der Durchmesser der Öffnung 61 ist vorzugsweise kleiner gleich dem Innendurchmesser des Rings 28 und vorzugsweise kleiner als der Durchmesser des Außenteil-Innengewindes 24.
Das Verfahren zum Befestigen des Gegenstandes 60 in Bezug auf den Bolzen 44 bzw. das Werkstück 42 erfolgt folgendermaßen. Zunächst wird der Bolzen 44 auf das Werkstück 42 gefügt, wie es in 3 dargestellt ist. Anschließend wird der Gegenstand 60 auf das Werkstück 42 aufgelegt, derart, dass der Bolzen 44 durch die Öffnung 61 axial vorsteht. Dann wird die Kunststoffmutter 10 bereitgestellt, wie sie in 1 und 2 dargestellt ist. Die Kunststoffmutter wird auf den Bolzen 44 aufgesetzt, so dass eine Spitze des Bolzens 44 berührungsfrei durch das Außenteil-Innengewinde 24 hindurchgeführt wird und in Eingriff gelangt mit dem Innenteil-Innengewinde 20. Ausgehend hiervon beginnt ein Schraubvorgang, vorzugsweise durch Ansetzen eines Werkzeuges (manuell oder mittels eines Schraubautomaten) an dem Werkzeugansatzabschnitt 18. Der Aufschraubvorgang erfolgt in einer ersten Phase solange, bis die Auflagefläche 30 auf der Oberseite des Gegenstandes 60 auftrifft. Wenn die Verbindung 16 zwischen Innenteil 12 und Außenteil 14 nicht lösbar wäre, wäre der Befestigungsvorgang an dieser Stelle beendet. Vorliegend ist es jedoch so, dass der Ring 28 mit der Oberseite des Gegenstandes 60 in Reibeingriff tritt und in Drehrichtung festgehalten wird. Ein Fortsetzen der Schraubbewegung des Innenteils 12 führt in diesem Fall zu einem Bruch der Verbindung, d. h. einem Bruch der Verbindungsstege 16a, 16b. Anschließend kann das Innenteil 12 weiter auf den Gewindebolzen 44 aufgeschraubt werden, und zwar so weit, bis das Innenteil 12 gegen die Oberseite 50 des Flanschabschnittes 46 anschlägt, wie es in 3 dargestellt ist. Während dieser zweiten Phase des Schraubvorganges ist das Außenteil 14 in Drehrichtung in Bezug auf den Gegenstand 60 mittels des Ringes 28 aus dem elastischen Material bzw. Material mit hohem Reibkoeffizienten gehalten worden. Demzufolge hat eine Relativverdrehung und ein relativer Gewindeeingriff zwischen dem Innenteil 12 und dem Außenteil 14 bzw. dem Innenteil-Außengewinde 22 und dem Außenteil-Innengewinde 24 stattgefunden, wie es in 3 dargestellt ist.
Der Ring 28 lässt sich vorzugsweise elastisch deformieren, so dass der Gewindeeingriff zwischen dem Innenteil-Außengewinde 22 und dem Außenteil-Innengewinde 24 axial verspannt wird, so dass vermieden wird, dass sich das Außenteil 14 gegenüber dem Innenteil 12 entgegen der Einschraubrichtung versehentlich losdreht.
Insgesamt wird eine hohe Halte- bzw. Klemmkraft erreicht, und zwar zum einen aufgrund der Gewindeeingriffe von Innenteil-Innengewinde 20 und Bolzengewinde 54 sowie von Innenteil-Außengewinde 22 und Außenteil-Innengewinde 24. Über den Reibeingriff zwischen dem Ring 28 und der Oberseite des Gegenstandes 16 wird zudem erreicht, dass eine Verdrehsicherung eingerichtet ist und folglich ein versehentliches Lösen der Befestigungsanordnung 40 vermieden werden kann. Die hierbei eingerichtete axiale Verspannung des Gewindeeingriffes zwischen Innenteil-Außengewinde 22 und Außenteil-Innengewinde 24 kann gegebenenfalls verstärkt werden durch eine Axialspanneinrichtung 62, wie sie in 3 schematisch in Form einer Druckfeder angedeutet ist.
Anstelle eines Reibeingriffes zwischen dem Ring 28 und der Oberseite des Gegenstandes 60 kann auch ein formschlüssiger Eingriff eingerichtet werden, beispielsweise mittels eines Vorsprunges 64, der in axialer Richtung von der Unterseite des Außenteils 14 vorsteht und am Ende der ersten Phase des Befestigungsverfahrens in die Oberfläche des Gegenstandes 60 eingreift und mit dieser eine in Umfangsrichtung formschlüssige Verbindung herstellt, beispielsweise durch eine Art Furchschritt.
Es ist natürlich möglich, den Vorsprung 64 statt des Rings 28 vorzusehen oder zusätzlich zu dem Ring 28, um eine Verdrehsicherung einzurichten.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Befestigungsanordnung 40' unter Verwendung der gleichen Kunststoffmutter 10 und des gleichen Bolzens 44 wie bei der Ausführungsform der 3, wobei jedoch der Gegenstand 60' in axialer Richtung deutlich dicker ist.
Aufgrund des dickeren Gegenstandes 60' ist die erste Phase des oben beschriebenen Befestigungsverfahrens kürzer, da das Außenteil 14 früher auf der Oberseite des Gegenstandes 60' aufsetzt. Das Innenteil 12 wird nichtsdestotrotz wieder bis auf die Oberseite 50 des Flanschabschnittes 46 des Bolzens 44 aufgeschraubt. Aufgrund der größeren axialen Dicke des Gegenstandes 60' erstreckt sich in diesem finalen Zustand das Innenteil 12 vollständig durch das Außenteil 14 hindurch, so dass sich das Außenteil-Innengewinde 24 vollständig in Eingriff befindet mit dem Innenteil-Außengewinde 22. Bei der Ausführungsform der 3 ist das Innenteil 12 hingegen nur teilweise in das Außenteil 14 eingeschraubt.
5 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Gewindeeingriffs zwischen einem Innenteil-Außengewinde 22' und einem Außenteil-Innengewinde 24' einer weiteren Ausführungsform einer Kunststoffmutter 10'. Die Kunststoffmutter 10' entspricht hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der Kunststoffmutter 10 der 1 und 2. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
So weist das Innenteil-Außengewinde 22' bei dieser Ausführungsform Gewindegänge auf, die auf der dem Bolzen 44 zugewandten Seite axial größer sind als auf der dem Werkzeugansatzabschnitt 18 zugewandten Seite, wie es in 5 durch unterschiedliche Höhen H₁ und H₂ schematisch dargestellt ist. Bei einem Einschraubvorgang führt dies dazu, dass das Einschrauben zu Beginn der zweiten Phase des Befestigungsverfahrens, bei dem die Relativverdrehung zwischen Innenteil 12 und Außenteil 14 stattfindet, zunächst weitgehend widerstandsfrei erfolgt, da die Höhe H₁ des Innenteil-Außengewindes 22' so bemessen ist, dass ein spielbehafteter Eingriff mit den entsprechenden Gewindegängen des Außenteil-Innengewindes 24' möglich ist. Je weiter das Innenteil 12' jedoch in das Außenteil 14 eingeschraubt wird, desto kleiner wird die Gewindeganghöhe, wie es in 5 bei H₂ gezeigt ist, so dass sich ein stärkerer Eingriff zwischen Innenteil 12' und Außenteil 14 ergibt. Dies hat den Vorteil, dass eine Art Verdrehsicherung auch durch den stärkeren Eingriff zwischen dem Innenteil-Außengewinde 22' und dem Außenteil-Innengewinde 24' eingerichtet wird, wenn die Endposition der Befestigungsanordnung 40 oder 40' erreicht wird. Dies kann insbesondere dann zum Tragen kommen, wenn axial dickere Gegenstände 60' an einem Werkstück 42 festzulegen sind.
6 zeigt eine weiteren Ausführungsform einer Kunststoffmutter 10'', die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der Kunststoffmutter 10 der 1 und 2 entspricht. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
Bei der Kunststoffmutter 10'' ist am Innenumfang des Innenteils 12'' kein Innengewinde vorgesehen, sondern ein Eingriffsabschnitt 20'' in Form einer Sägezahnkontur. Auch am Außenumfang des Innenteils 12'' ist anstelle des Innenteil-Außengewindes 22 ein Innenteil-Außeneingriffsabschnitt 22'' vorgesehen, der nach der Art eines Sägezahnprofils ausgebildet ist. An dem Innenumfang des Außenteils 14'' kann ein Außenteil-Innengewinde ausgebildet sein, es kann jedoch auch eine sonstige Riffelung oder ein Eingriffsabschnitt 24'' ausgebildet sein, der mit dem Innenteil-Außeneingriffsabschnitt 22'' zusammenwirken kann.
Bei der Kunststoffmutter 10'' erfolgt die Relativbewegung zwischen Innenteil 12'' und Außenteil 14'', bei der die Verbindung 16'' aufgetrennt wird, nicht durch eine Relativverdrehung wie bei der Kunststoffmutter 10 der 1 und 2, sondern durch eine relative Axialbewegung. Bei dieser Ausführungsform kann die Kunststoffmutter 10'' an einem Gewindebolzen 44 festgelegt werden, indem die Kunststoffmutter 10'' auf den Bolzen aufgeschlagen wird. Hierbei kann eine Befestigungsanordnung gebildet werden, die jener der 3 und 4 entspricht.

Claims

Kunststoffmutter (10), insbesondere zum Befestigen eines Gegenstandes (60) in Bezug auf einen von einem Werkstück (42) vorstehenden Gewindebolzen (44), mit – einem Innenteil (12), das einen Innenteil-Inneneingriffsabschnitt (20) aufweist, der an ein Bolzengewinde (54) eines Gewindebolzens (44) angepasst ist, und das einen Innenteil-Außeneingriffsabschnitt (22) aufweist, und – einem Außenteil (14), das eine radial ausgerichtete Auflagefläche (30) zur Anlage an einem zu befestigenden Gegenstand (60) aufweist und das einen Außenteil-Inneneingriffsabschnitt (24) aufweist, der an den Innenteil-Außeneingriffsabschnitt (22) angepasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (12) und das Außenteil (14) über eine Verbindung (16) miteinander verbunden sind, die sich bei einer Relativbewegung von Innenteil (12) und Außenteil (14) löst.
Kunststoffmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (12) und das Außenteil (14) als einstückiges Spritzgussteil ausgebildet sind.
Kunststoffmutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenteil-Inneneingriffsabschnitt (20) als Innenteil-Innengewinde ausgebildet ist, wobei die Relativbewegung, bei der die Verbindung (16) von Innenteil (12) und Außenteil (14) gelöst wird, eine Relativverdrehung ist.
Kunststoffmutter nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenteil-Außeneingriffsabschnitt (22) als Innenteil-Außengewinde ausgebildet ist, wobei der Außenteil-Inneneingriffsabschnitt (24) als Außenteil-Innengewinde ausgebildet ist.
Kunststoffmutter nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflagefläche (30) des Außenteils (14) eine Verdrehsicherung (28) zugeordnet ist.
Kunststoffmutter nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflagefläche (30) des Außenteils (14) eine Axialspanneinrichtung (62) zugeordnet ist.
Kunststoffmutter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (28) und/oder die Axialspanneinrichtung (62) einen Abschnitt aus einem relativ weichen Kunststoffmaterial aufweist.
Kunststoffmutter nach einem der Ansprüche 5–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung wenigstens einen Vorsprung (64) zur Einrichtung einer im Wesentlichen formschlüssigen Verbindung mit einem zu befestigenden Gegenstand (60) aufweist.
Kunststoffmutter nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenteil-Außeneingriffsabschnitt (22') und/oder der Außenteil-Inneneingriffsabschnitt (24') so ausgebildet ist, dass der Eingriff zwischen Innenteil (12) und Außenteil (14) umso stärker ist, je weiter sich das Innenteil (12) und das Außenteil (14), ausgehend aus der Verbindungsposition, relativ zueinander bewegt haben.
Befestigungssystem mit einem Gewindebolzen (44), der einen Flanschabschnitt (46) und einen sich von dem Flanschabschnitt (46) erstreckenden Schaftabschnitt (52) mit einem Bolzengewinde (54) aufweist, wobei eine dem Schaftabschnitt (52) abgewandte Seite des Flanschabschnittes (46) als Fügeseite (48) zum Fügen des Gewindebolzens (44) auf ein Werkstück (42) ausgebildet ist, und wobei der Flanschabschnitt (46) eine dem Schaftabschnitt (52) zugewandte Oberseite (50) aufweist, und mit einer Kunststoffmutter (10) nach einem der Ansprüche 1–9.
Verfahren zum Befestigen eines Gegenstandes (60), der eine Öffnung (61) aufweist, in Bezug auf einen an ein Werkstück (42) gefügten Gewindebolzen (44) eines Befestigungssystems (56) nach Anspruch 10, mit den Schritten: – Anordnen des Gegenstandes (60) an dem Werkstück (42), derart, dass der Gewindebolzen (44) durch die Öffnung (61) hervortritt; – Aufsetzen der Kunststoffmutter (10) auf den Gewindebolzen (44) und Schrauben des Innenteils (12) auf den Gewindebolzen (44), bis die Auflagefläche (30) des Außenteils (14) eine Außenseite des Gegenstandes (60) berührt; – Fortsetzen des Schraubens der Kunststoffmutter (10) auf den Gewindebolzen (44), wobei das Außenteil (14) durch Reibung und/oder Formschluss drehfest in Bezug auf den Gegenstand (60) gehalten wird, so dass sich die Verbindung (16) zwischen Innenteil (12) und Außenteil (14) löst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Innenteil (12) nach dem Lösen der Verbindung (16) weiter auf den Gewindebolzen (44) geschraubt wird, bis das Innenteil (12) die Oberseite (50) des Flanschabschnittes (46) berührt.