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Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement zur Festlegung eines ersten Bauteils, wie mit LEDs bestückte Leiterplatte, welches eine Durchbrechung aufweist mit einem zweiten Bauteil, wie Leuchtenbauteil, welches eine röhrenartige Ausnehmung, wie Sackloch, aufweist, mit einem Schaft, der ein federrückstellelastisches Halteteil aufweist, welches mit der Innenoberfläche der Ausnehmung zumindest eine reibschlüssige Verbindung eingeht und mit einem Schaftkopf, der gegenüber dem Schaftdurchmesser einen erweiterten Kopfdurchmesser aufweist, wobei der Schaftkopf an einem Ende des Schaftes angeordnet ist.
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Derartige Befestigungselemente sind im Bereich der Leuchtenindustrie bislang nicht bekannt. Ähnliche Befestigungselemente existieren jedoch im Bereich der Automobiltechnik. Hierzu wird beispielsweise auf die
WO 2005/071273 A1 verwiesen. Sie dienen dort in aller Regel der Befestigung von Innenverkleidungsteilen an der Fahrzeugkarosserie. Hierzu weist das Innenverkleidungsteil eine Durchbrechung, beispielsweise eine Bohrung auf, die das Innenverkleidungsteil in voller Stärke durchsetzt. Auf Seiten der Karosserie ist in aller Regel ebenfalls ein Blechteil vorgesehen, welches eine Bohrung aufweist. Die Durchbrechung des Innenverkleidungsteils und die Bohrung der Karosserie werden in Deckung gebracht. Sodann wird das Befestigungselement, häufig auch als Spreizniet bezeichnet, durch die Durchbrechung hindurch in die Bohrung eingesetzt. Die Festlegung des Spreizniets in der karosserieseitigen Bohrung kann reibschlüssig erfolgen, beispielsweise durch Kunststofflamellen, die am Schaft des Befestigungselementes ausbildet sind. Auch rastende Verbindungen sind möglich, indem Rasthaken des Befestigungselementes in Rastausnehmungen eingreifen.
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Im Bereich der Leuchtenindustrie werden Leuchten zunehmend mit LEDs als Lichtquellen gefertigt. Es etablieren sich derzeit bestimmte LED-Typen.
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So ist es üblich, LEDs auf Platinen aufzubringen und diese als Zulieferbauteile der Leuchtenindustrie zur weiteren Verwendung zur Verfügung zu stellen. Zwar variieren Art, Material und Form der Platinen ebenso wie die auf ihnen aufgebrachten LEDs in Anzahl und Verteilung, jedoch ist eine Befestigung dieser Platinen am Leuchtenbauteil in jedem Fall erforderlich. Ein gleichmäßiger flächiger Andruck der Platine an dem Leuchtbauteil gewährleistet dabei eine optimale Wärmeableitung von den LEDs.
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Im Stand der Technik sind mit
DE 10 2008 005 823 B4 oder
DE 10 2012 003 520 B4 Anschlusselemente für derartige Platinen bekannt geworden. Diese vereinen die Platinenbefestigung mit der Möglichkeit der Spannungsversorgung der auf der Platine angeordneten LEDs.
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Auch wenn diese veröffentlichten Anschlusselemente in ihrer Vereinigung von Befestigung und Spannungsversorgung in vielen Fällen vorteilhaft sind, so bedarf es aufgrund veränderter Platinengestaltungen und anderer Fertigungsverfahren für Leuchten Befestigungsmittel, die in einer weitestgehend automatisierten Fertigung einsetzbar sind.
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Gelöst wird diese Aufgabe von einem Befestigungsmittel mit den Merkmalen des Anspruchs 1, insbesondere mit dessen kennzeichnenden Merkmalen, wonach der Schaft das federrückstellelastische Halteteil in Form eines Federarmes an seinem freien, dem Schaftkopf abgewandten Ende trägt.
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Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, dass mit dem beschriebenen Befestigungselement die Möglichkeit besteht, eine Platine an einem Leuchtenbauteil durch einfaches Einschieben des Schaftes durch die Durchbrechung der Leiterplatte und hinein in die Ausnehmung des Leuchtenbauteils sicher zu befestigen. Dabei ist das Befestigungselement in bevorzugter Ausgestaltung aus Metall gefertigt und dabei durch Verformung eines Stanzteils gebildet. Auf diese Weise ist eine hohe Materialstabilität bei den gegenüber dem heterogenen Stand der Technik der Automobiltechnik sehr kleinen Befestigungselementen gewährleistet. Die hier vorgeschlagenen Befestigungselemente weisen in der Regel einen Schaftkopf von nicht mehr als 6 mm Durchmesser und eine Schaftlänge von nicht mehr als 7 mm bei einem Durchmesser von maximal 3 mm auf.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass in Schaftrichtung unterhalb des Schaftkopfes ein Isolierelement, beispielsweise eine Elastomerscheibe angeordnet ist. Diese weist bevorzugt eine zentrale Durchbrechung auf, durch die der Schaft des Befestigungselementes hindurchgeführt ist. Dieses Isolierelement hat zunächst die Funktion, den metallischen Kopf des Befestigungselementes gegenüber elektrisch leitenden Bauteilen, wie beispielsweise Leiterbahnen, zu isolieren. Handelt es sich darüber hinaus um ein rückstellelastisches Isolierelement, kann dieses bei Einsetzen des Befestigungselementes rückstellelastisch verformt werden und eine gegen die Einsetzrichtung gerichtete Kraft ausüben. Hierdurch kann ein definierter Anpressdruck zwischen den Bauteilen erreicht werden.
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Es ist ferner vorgesehen, dass der Schaft von wenigstens in zwei Schenkeln gebildet ist, die durch Umformung eines Bleches entlang einer ersten schaftlängsaxialen Umformlinie erhalten sind.
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Der wesentliche Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass der Schaft auf diese Weise gegen Biege- und Knickkräfte stabilisiert wird.
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Ferner ist vorgesehen, dass die Schenkel in ihrer Länge differieren und das freie Ende des ersten, längeren Schenkels das Halteteil in Form eines Federarmes bildet.
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Dabei ist vorgesehen, dass das freie Ende des ersten, längeren Schenkels durch Umformung wenigstens quer zu, bevorzugt jedoch gegen eine Einsetzrichtung des Schaftes gerichtet ist.
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Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Halteelement in Form eines Federarmes sich leicht und rationell fertigen lässt. Durch die Anbindung des Federarmes am ersten Schenkel kann der Federarm eine Länge größer dem Sacklochdurchmesser erhalten, was sich auf die Federeigenschaften positiv auswirkt und eine plastische Verformung verhindert.
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Vorgesehen ist ferner, dass das freie, dem Schaftkopf abgewandte Ende des zweiten, kürzeren Schenkels eine Anschlagfläche für den Federarm des ersten Schenkels ausbildet.
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Die erfindungsgemäße Anschlagfläche ist dabei derart angeordnet, dass sie den federrückstellelastischen Federarm vor Erreichen einer die Federrückstellkraft übersteigenden und eine plastische Verformung hervorrufenden Lageänderung schützt. So wird sichergestellt, dass die Federrückstellkraft des Federarmes ausreichend ist, um das Befestigungselement in der leuchtenbauteilseitigen Ausnehmung sicher zu halten und so die Platine am Leuchtenbauteil zu befestigen.
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Eine weitere Ausführungsform schlägt vor, dass der Schaftkopf durch Flügel gebildet ist, die an dem dem Federarm abgewandten Ende des Schaftes angeordnet sind, insbesondere wenn die Flügel durch einen Einschnitt entlang der schaftlängsaxialen Umformlinie und Umformen der so entstandenen Kopfenden der Schenkel in eine etwa quer zu Schaftlängsachse gerichteten Stellung erhalten sind. Sind die Flügel mit ihren Enden zum Bauteil geneigt, können sie bei Verwendung ohne elastischen Isolierkörper dessen Funktion übernehmen und axiale Spannkräfte auf die Bauteile ausüben.
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Auf diese Weise ist gewährleistet, dass sich das Befestigungselement, insbesondere dessen Kopf, im Rahmen der Umformung des Stanzlings leicht und effizient herstellen lässt.
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Um die Stabilität des Schaftes des Befestigungselements weiter zu verbessern, ist vorgesehen, dass ein dritter Schenkel vorgesehen ist, der durch Umformung des Bleches entlang einer zweiten schaftlängsaxialen Umformlinie erhalten ist und den ersten Schenkel zwischen sich und dem zweiten Schenkel aufnimmt.
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Dabei ist vorgesehen, dass der dritte Schenkel in seiner Ausbildung dem zweiten Schenkel entspricht.
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Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, die sich dadurch kennzeichnet, dass der aus den drei Schenkeln gebildete Schaft einen in etwa dreieckigen Querschnitt aufweist.
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Weitere Vorteile der Erfindung sowie ein besseres Verständnis derselben folgen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
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1: einen Stanzling zur Erstellung eines erfindungsgemäßen Befestigungselementes,
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2: das erfindungsgemäße Befestigungselement nach Verformung des Stanzlings,
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3: ein Isolierelement zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Befestigungselement,
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4: das erfindungsgemäße Befestigungselement gemäß 2 mit Isolierelement gemäß 3 in perspektivischer Ansicht,
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5: die Ansicht gemäß 4 in einer ersten Seitenansicht,
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6: die Ansicht gemäß 4 in einer zweiten Seitenansicht,
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7: eine Aufsicht auf das Befestigungselement gemäß 4,
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8: die perspektivische Darstellung des Befestigungselementes in Einbausituation,
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9: die Seitenansicht gemäß 8,
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10: ein Schnitt gemäß Schnittlinie A-A in 9,
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11: eine Aufsicht auf die Darstellung gemäß 8,
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12: eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie B-B in 11,
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13: eine Explosionsdarstellung von Leuchtenbauteil, Platine und Befestigungselement nebst Montagewerkezeug,
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14: einen Vertikalschnitt zur Darstellung der Wirkung des Montagewerkzeuges,
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15: die Darstellung gemäß 13, jedoch mit Demontagewerkzeug,
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16: eine Darstellung zur Verdeutlichung des Demontagevorgangs.
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Ein erfindungsgemäßes Befestigungselement – hier nebst Isolierkörper 20 – ist insgesamt mit der Bezugsziffer 10 versehen.
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Das Befestigungselement 10 weist zunächst einen Schaft 11 auf, einen Schaftkopf 12, welcher an einem Ende des Schaftes 11 angeordnet ist, sowie einen Federarm 13, der vom freien, dem Schaftkopf 12 gegenüberliegenden Ende des Schaftes 11 getragen wird.
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Der Schaft 11 wird von drei untereinander einstückig-stoffschlüssig verbundenen Schenkeln gebildet, wobei der erste Schenkel die Bezugsziffer 14, der zweite Schenkel die Bezugsziffer 15 und der dritte Schenkel die Bezugsziffer 16 trägt. Der Schaftkopf 12 wird von drei Flügeln gebildet, wobei der erste Flügel die Bezugsziffer 17, der zweite Flügel die Bezugsziffer 18 und der dritte Flügel die Bezugsziffer 19 trägt. Der erste Flügel 17 ist Teil des ersten Schenkels 14, der zweite Flügel 18 ist Teil des zweiten Schenkels 15 und der dritte Flügel 19 ist Teil des dritten Schenkels 16. Die Flügel sind dabei in etwa quer zu einer Schaftlängsachse L gerichtet und beim hier dargestellten Ausführungsbeispiel unter nahezu identischem Umfangswinkel versetzt angeordnet.
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Teil des in den Figuren dargestellten Befestigungselementes 10 ist weiterhin ein Isolierkörper 20, der als Scheibe mit zentraler Lochung 21 ausgebildet ist. Durch diese Lochung 21 hindurch ist der Schaft 11 hindurchgeführt, sodass die Flügel 17, 18 und 19 des Schaftkopfes 12 auf der Oberseite des Isolierkörpers 20 aufliegen, der Schaft 11 sich hingegen auf der Unterseite des Isolierkörpers 20 erstreckt.
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Das erfindungsgemäße Befestigungselement 10 ist aus dem Stanzling 22 eines metallischen Blechs gebildet. Dieser ist in 1 dargestellt. Durch Umformung entlang der Umformlinien U1 und U2, die sich schaftlängsaxial erstrecken, werden die drei Schenkel 14, 15, 16 gebildet. Der zweite Schenkel 15 und der dritte Schenkel 16 nehmen den ersten Schenkel 14 zwischen sich auf. Dabei sind der zweite Schenkel 15 und der dritte Schenkel 16 an ihrem dem Federarm 13 zugewandten Ende gegenüber dem ersten Schenkel 14 verkürzt ausgeführt. Die Umformung zum Erhalt des zweiten Schenkels 15 und des dritten Schenkels 16 ist dabei richtungsgleich, wobei beide Schenkel mit ihren freien, schaftlängsaxial gerichteten Außenkanten zueinander gerichtet werden.
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Der Schaftkopf 12 bzw. dessen drei Flügel 17, 18, 19 werden erhalten, indem der Stanzling zwei Einschnitte S1 und S2 erhält. Diese werden an dem Federarm 13 abgewandten Ende des Stanzlings 22 entlang der Umformlinien U1 und U2 bis zu einer die Flügellänge definierenden Tiefe eingebracht. Anschließend sind die Flügel 17, 18, 19 entlang der Umformlinie U4 umzuformen, bis sie in etwa quer zur Schaftlängsachse L gerichtet sind und von dieser wegweisen. Die Umformlinie U4 ist etwa quer zur Schaftlängsachse L gerichtet.
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Der Federarm 13 wird erhalten, indem der gegenüber den Schenkeln 15 und 16 verlängerte Abschnitt des ersten Schenkels 14 entlang der Umformlinie U3 umgebogen wird, bis dieser Abschnitt entgegen einer Einsetzrichtung X des Befestigungselementes 10 gerichtet ist. Dabei wird der Federarm 13 in Richtung der freien Längskanten des zweiten und dritten Schenkels 15, 16 gerichtet. Die unteren Schmalseiten 23 der kürzeren Schenkel 15 und 16 bilden eine Anschlagfläche für den Federarm 13 aus, die den Endpunkt einer federrückstellelastischen Ausweichbewegung des Federarms 13 beim Einsetzen des Befestigungselementes 10 in die Ausnehmung eines Leuchtenbauteils 25 bilden und so vor einer plastischen Verformung des Federarmes 13 schützten.
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Anhand der 8 bis 12 wird nunmehr die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Befestigungselementes 10 näher erläutert. Die 8, 9 und 11 zeigen die Montagesituation des Befestigungselementes 10 in perspektivischer Ansicht, in Seitenansicht und in Ansicht von oben. Das Befestigungselement 10 hält in den vorgenannten Darstellungen eine Leiterplatte 24 auf einem Leuchtenbauteil 25. Wie insbesondere aus 12 ersichtlich ist, weist die Leiterplatte 24 eine Durchbrechung 26 auf, die mit einer leuchtenbauteilseitigen Ausnehmung 27 – hier als Sackloch ausgestaltet – fluchtend angeordnet ist. Die Leiterplatte 24 liegt hierbei auf der Oberseite des Leuchtenbauteils 25 auf. Das Befestigungselement 10 wurde mit dem Federarm 13 voran in Einsetzrichtung x zunächst durch die Durchbrechung 26 hindurchgeführt und in die sacklochartige Ausnehmung 27 eingeschoben. Dabei trifft der Federarm 13 auf die Wandung 28 der Ausnehmung 27 und wird von dieser federrückstellelastisch in Richtung des ersten Schaftschenkels 14 ausgelenkt. Hierbei entsteht eine dieser Auslenkung entgegen gerichtete Federkraft, die den Federarm 13 gegen die Wandung 28 presst und auf diese Weise eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Befestigungselement 10 und der Ausnehmung 27 herstellt. Dieser Reibschluss hält das Befestigungselement 10 gegen Bewegungen entgegen der Einsetzrichtung x. Eine Rastverbindung ist denkbar, wenn die Ausnehmung 27 mit einer Innenumfangsnut oder einem eingeschnittenen Gewinde versehen ist.
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Der in seinem Durchmesser gegenüber dem Durchmesser von Durchbrechung 26 und Ausnehmung 27 größere Schaftkopf 12 liegt auf der Leiterplattenoberseite auf – im gezeigten Ausführungsbeispiel unter Zwischenlage des Isolierkörpers 20. Er hält auf diese Weise die Leiterplatte 24 auf dem Leuchtenbauteil 25 fest.
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Das Isolierelement 20 kann – wie im gezeigten Ausführungsbeispiel – ein rückstellelastischer Körper, beispielsweise ein Elastomer sein. Dieser wird beim Einsetzen des Befestigungselementes 10 in die Ausnehmung 27 von den Schaftflügeln 17 bis 19 gegen die Leiterplatte 24 gedrückt und bei entsprechender Kraftbeaufschlagung rückstellelastisch verformt. Er dient somit als Spannelement, welches eine der Einsetzrichtung x entgegen gerichtete Kraft auf die Leiterplatte 24 aufbringt und diese definiert gegen das Leuchtenbauteil 25 verspannt. Diese ist insoweit vorteilhaft, als über diese definierte Andruckkraft zwischen Leiterplatte 24 und Leuchtenbauteil 25 ein definierter Wärmeübergang erreicht werden kann, der für eine entsprechende Wärmeabfuhr von der Leiterplatte 24 und somit von den hier nicht dargestellten LEDs auf das Leuchtenbauteil 25, welches als Kühlkörper dient, erfolgt.
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Anhand der 10, welche eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie A-A in 9 darstellt, ist ersichtlich, dass die Schaftschenkel 14, 15, 16 durch ihre Anordnung zueinander dem Schaft eine in etwa dreieckige Querschnittskontur geben, wenn man die Flügeltiefe gedanklich so weit verlängert, dass die freien und schaftlängsachsparallelen Kanten des zweiten und dritten Schaftflügels 15, 16 aneinander anliegen. Alternativ kann man hier auch von einer in etwa trapezförmigen Querschnittskontur sprechen, wenn man in der vorliegenden Darstellung gemäß 10 die freien und schaftlängsachsparallelen Kanten des zweiten und dritten Schaftflügels 15, 16 über eine Gerade miteinander verbindet.
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Anhand der 13 bis 16 wird sowohl der Montagevorgang mit Hilfe eines Montagewerkzeuges 29 als auch der Demontagevorgang mit Hilfe eines Demontagewerkzeuges 30 des Befestigungselementes 10 erläutert.
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Die 13 und 15 stellen die Explosionsansicht der Montagesituation und Demontagesituation des Befestigungselementes 10 gemäß der 8, 9 und 11 dar. Die 14 und 16 entsprechen im Wesentlichen der Schnittansicht gemäß 12, zeigen jedoch ergänzend ein Montagewerkzeug 29 bzw. ein Demontagewerkzeug 30.
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Das Montagewerkzeug 29 gemäß den 13 und 14 ist als ein Stempel oder eine Matrize ausgebildet, dessen der Platine zugewandte Wirkfläche eine Vertiefung 31 zur Aufnahme des Schaftkopfes 12 aufweist. Diese Vertiefung 31 entspringt ein schaftlängsachsparalleler Zentrierdorn 32, der in eine schaftkopfseitige Zentrieröffnung 33 eingreift (siehe 11). Die Bodenfläche der Vertiefung 31 kann magnetisiert sein, um den Schaftkopf im Montagewerkzeug 29 zu halten. Ebenso ist es denkbar, dass der Zentrierdorn 32 reibschlüssig in der Zentrieröffnung 33 gehalten ist und so das Befestigungselement 10 am Montagewerkzeug 29 hält.
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Zur Montage des Befestigungsmittels 10 wird nunmehr das Befestigungsmittel 10 in die Vertiefung 31 des Montagewerkzeuges 29 eingesetzt und mit dem Schaft 11 voran durch die Durchbrechung 26 der Leiterplatte 24 in die Ausnehmung 27 des Leuchtenbauteils 25 eingebracht. Die Einbringtiefe wird im Zweifel durch den die Vertiefung 31 umgebenden Kragen 34 begrenzt. Dessen schaftlängsachsparallele Erstreckung kann kürzer sein als die in Schaftlängsrichtung gemessene Stärke von den Schaftflügeln 17 bis 19 und den darunter angeordneten Isolierkörper 20. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Isolierkörper 20 eine definierte Verformung erhält, wenn das Montagewerkzeug 29 bis zum Auftreffen des Kragens 34 auf die Leiterplatte 24 bewegt wird. Auf diese Weise lässt sich durch eine einfache mechanische Kraftbegrenzung ein definierter Anpressdruck zwischen Leiterplatte 24 und Leuchtenbauteil 25 erreichen.
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Nach Entnahme des Montagewerkzeuges 29 ist der Montagevorgang abgeschlossen.
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Auch für die Demontage des Befestigungsmittels 10 ist ein Werkzeug vorgesehen. Diese trägt die Bezugsziffer 30 und weist einen Lösedorn 35 auf, der zur Demontage des Befestigungsmittels 10 durch dessen Zentrieröffnung 33 hindurch in den Aufnahmeraum 27 hinein gedrückt wird. Dabei trifft dieser Lösedorn 35 auf den Federarm 13 und drückt diesen unter plastischer Verformung in Einsetzrichtung x aus seiner Verankerungsstellung heraus. Hierdurch wird der Reibschluss zwischen dem Federarm 13 und der Wandung 28 der Ausnehmung 27 gelöst und das Befestigungsmittel 10 lässt sich aus der Ausnehmung 27 entnehmen. Dies geschieht in bevorzugter Weise ebenfalls mittels des Demontagewerkzeuges 30, indem beim Einsetzen des Lösedorns 35 durch die Zentrieröffnung 33 in einen Schaftinnenraum eine Reibschlussverbindung zwischen den Schaftschenkeln 14, 15 und 16 und der Außenoberfläche des Lösedorns 35 eingegangen wird. Auf diese Weise folgt das Befestigungselement 10 dem Lösedorn 35 bei dessen Entnahme aus der Ausnehmung 27.
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Augenmerk ist noch auf die Führungsprägung 36 des ersten Schenkels 14 zu legen (14 und 16). Diese drängt den Lösedorn 35 auf das freie Ende des Federarms 13, so dass der Lösedorn 35 dieses in Einsetzrichtung x verformt. Die Führungsprägung 36 verhindert so, dass der Lösedorn 35 auf den Federarm 13 in Richtung dessen Umformbereich rutscht, wodurch die Gefahr bestünde, statt einer lösenden Umformung des Federarmes 13 den Schaft 11 tiefer in die Ausnehmung 27 zu pressen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Befestigungselement
- 11
- Schaft
- 12
- Schaftkopf
- 13
- Federarm
- 14
- erster Schenkel
- 15
- zweiter Schenkel
- 16
- dritter Schenkel
- 17
- erster Flügel
- 18
- zweiter Flügel
- 19
- dritter Flügel
- 20
- Isolierkörper
- 21
- Lochung
- 22
- Stanzling
- 23
- Schmalseiten
- 24
- Leiterplatte
- 25
- Leuchtenbauteil
- 26
- Durchbrechung
- 27
- Ausnehmung
- 28
- Wandung
- 29
- Montagewerkzeug
- 30
- Demontagewerkzeug
- 31
- Vertiefung
- 32
- Zentrierdorn
- 33
- Zentrieröffnung
- 34
- Kragen
- 35
- Lösedorn
- 36
- Führungsprägung
- L
- Schaftlängsachse
- U1
- Umformlinie 1
- U2
- Umformlinie 2
- U3
- Umformlinie 3
- U4
- Umformlinie 4
- S1
- Einschnitt 1
- S2
- Einschnitt 2
- x
- Einsetzrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2005071273 A1 [0002]
- DE 102008005823 B4 [0005]
- DE 102012003520 B4 [0005]
- DE 102013011714 [0006]
- DE 102013011713 [0006]
