DE10253983B4 - Verschlußstopfen zum dichten und schalldämpfenden Verschließen eines Loches in einem Bauteil - Google Patents
Verschlußstopfen zum dichten und schalldämpfenden Verschließen eines Loches in einem Bauteil Download PDFInfo
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Verschlußstopfen zum dichten und schalldämpfenden Verschließen eines Loches in einem Bauteil, vorzugsweise aus Blechmaterial nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Bei der Herstellung von Karosserien im Automobilbau entsteht eine Reihe von Öffnungen oder Löchern, die am Ende mit einem Stopfen verschlossen werden müssen. Die Stopfen müssen so beschaffen sein, dass sie eine Abdichtung bilden, sodass Schmutz und Feuchtigkeit nicht von einer Seite des Bleches auf die andere gelangt. Innerhalb der Karosserie eingeschlossene Feuchtigkeit kann zu Korrosion führen. Da derartige Löcher auch so genannte Schallbrücken bilden, wird angestrebt, die Stopfen so auszuführen, dass sie auch schalldämpfend wirken.
- Es ist eine große Reihe verschieden strukturierter Lochstopfen bekannt geworden. Lochstopfen nach
DE 198 28 328 A1 weisen einen schürzenförmigen Schaft und einen Flansch auf, wobei der Flansch sich dichtend gegen die zugekehrte Fläche des Bauteils anlegt. Der Schaft hat unterhalb des Flansches an der Außenseite einen umlaufenden oder auch abschnittsweisen Hinterschnitt, durch den eine Schulter gebildet ist, die sich gegen die andere Seite des Bauteils anlegt. Auf diese Weise ist der Stopfen sicher im Loch gehalten. Außerdem ist der Abstand zwischen der Schulter und dem Flansch so bemessen, dass der Flansch beim Einsetzen des Schaftes in das Loch nach außen und oben verschwenkt wird, wodurch eine entsprechende Anpresskraft des Flansches am Bauteil erzeugt wird. NachDE 101 48 493 A1 ist auch bereits vorgeschlagen worden, den Stopfen im Bereich des Flansches so zu gestalten, dass ein Verschwenken des Flansches gleichzeitig zu einem radialen Anpressdruck eines Schaftabschnittes gegen die Lochwandung führt. - Aus
DE 69 33 117 U1 ist ein Lochstopfen bekannt geworden, der einen Boden und eine zentrale zum Flansch nahen Ende des Kragens hin gerichtete Wölbung aufweist zum Eindrücken in das Loch in einem Blech. AusDE 35 12 582 C2 ist ein ähnlicher Lochstopfen bekannt geworden, bei dem im Bereich des Bodens eine dem Flansch entgegengesetzt gerichtete ringförmige Lippe angeformt ist, welche sich gegen die dem Flansch entgegengerichtete Seite des Bleches anlegt, wenn der Stopfen in das Loch eingedrückt wird. - In
DE 24 00 876 A1 ist eine Verschlußkappe zum Verschließen eines Ventils beschrieben. In der einteiligen Kappe ist ein Dichtwulst gebildet, der mit der Wandung einer zylindrischen Bohrung in dichtenden Eingriff bringbar ist. Ein ringförmiger Teil der Kappe hat einen Hinterschnitt, der mit einem axialen Bund des Ventilkörpers zusammenwirkt. - Die bekannten Lochstopfen erweisen sich als in ihrer Funktion zufriedenstellend. Bei Löchern mit ausreichendem Durchmesser sind derartige Stopfen verhältnismäßig leicht einsetzbar, auch von Hand. Wenn jedoch Löcher mit Stopfen verschlossen werden sollen, deren Durchmesser 10 mm oder kleiner ist, lassen sich die bekannten Stopfen nur noch mit sehr hohem Kraftaufwand montieren oder auch nicht mehr.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verschlußstopfen zum dichten und schalldämpfenden Verschließen eines Loches in einem Bauteil aus Flachmaterial zu schaffen, der auch bei Löchern kleineren Durchmessers leicht, insbesondere von Hand, ohne großen Kraftaufwand montierbar ist, gleichwohl eine ausreichende Dichtigkeit und Schalldämpfung bewirkt.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Bei dem erfindungsgemäßen Stopfen weist der schürzenförmige Schaft im Bereich des Dichtsitzes einen Dichtabschnitt mit glatter konischer Außenfläche auf. Eine derartige Formgebung unterscheidet sich signifikant von herkömmlichen Stopfen, bei denen der Schaft, wie erwähnt, außen mit einem Hinterschnitt versehen ist. Der Durchmesser des konischen Abschnitts ist in jedem Falle größer als der Durchmesser des Loches.
- Wegen des größeren Durchmessers des konischen Dichtabschnitts muss das Material innerhalb dieses Bereiches ausweichen können. Daher sieht die Erfindung ferner auf der Innenseite der Verbindung von Flansch und Schaft einen ringförmigen Freiraum vor, der einen ringförmigen Schaftabschnitt unterhalb des Flansches bildet. Der Freiraum erstreckt sich bis in Höhe des Dichtsitzes oder über diesen hinaus. Mit anderen Worten, der Freiraum endet axial auf der dem Flansch gegenüberliegenden Seite des Bauteils oder in gewissem Abstand zu dieser Seite. Beim Einsetzen des Schaftes wird dadurch das Material des ringförmigen Schaftabschnitts in den Freiraum hineinverformt, wodurch sich gleichzeitig mit Hilfe der Öffnungswandung eine umlaufende Nut im Ringabschnitt bildet, die auf diese Weise einen Hinterschnitt erzeugt.
- Bei dem erfindungsgemäßen Stopfen wird die Dichtheit im Loch durch ein Übermaß im Außendurchmesser des ringförmigen Dichtabschnitts des Schaftes erzeugt, wodurch ein radialer Anpressdruck an die Lochwandung erzeugt ist. Eine weitere Abdichtung wird durch Anpressung des Flansches an der zugekehrten Fläche des Bauteils erzeugt.
- Der erfindungsgemäße Stopfen lässt sich trotz einer hervorragenden Dichtwirkung leicht von Hand montieren und bewirkt gleichwohl einen sicheren Sitz im Loch des Bauteils aufgrund des geformten Hinterschnitts. Aufgrund der Konstruktion des erfindungsgemäßen Stopfens und mit Hilfe eines geeigneten Materials lässt sich auch eine ausreichende Schalldämpfung erreichen. Die Schalldämpfung wird besonders gut, wenn entsprechende Dicken für den Stopfenkörper verwendet werden. Die Schalldämpfung und Dichtheit wird auch durch drastische Klimawechsel, zum Beispiel von 100° auf –40°C oder von –40° auf 100°C nicht beeinträchtigt.
- Das Material des erfindungsgemäßen Stopfens besteht nach einer Ausgestaltung der Erfindung aus einem thermoplastischen Elastomer, hoher Dichte. Darüber hinaus weist das thermoplastische Elastomer einen kleinen Druckverformungsrest auf.
- Um den erfindungsgemäßen Stopfen leichter in das Loch einzuführen, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass der Schaft unterhalb des Dichtabschnitts einen Einführabschnitt mit konischer Außenfläche aufweist, wobei ihr Durchmesser zum Dichtungsabschnitt hin größer wird, aber insgesamt kleiner ist als der Durchmesser des Loches.
- Um eine gute Schalldämpfung zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn der Schaft massiv ausgeführt ist. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht in diesem Zusammenhang vor, dass der Schaft unterhalb des Freiraums ringförmig ist mit dreieckförmigem Querschnitt des Ringquerschnitts, wobei eine Spitze des Dreiecks zum freien Ende des Schaftes hin weist. Die Länge des Schaftes kann relativ kurz sein, beispielsweise geringer als der Durchmesser des Schaftes an seiner größten Ausdehnung.
- Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schaft radial innerhalb des Flansches mit einem stempelartigen Kopf verbunden ist und der Freiraum von einer ringförmigen Ausnehmung im Kopf gebildet ist, die konzentrisch zur Achse des Schaftes ist. Durch einen Fingerdruck auf die Oberseite des Kopfes wird ein ausreichender Einpressdruck für den Stopfen in das Loch erzielt. Wenn, wie erwähnt, der Querschnitt des ringförmigen Schaftes dreieckförmig ist, wird aufgrund des Druckes auf den stempelförmigen Kopf eine schräg nach unten und radial nach außen gerichtete Kraft erzeugt, mit deren Hilfe der Schaft wirksam in das Loch eingepresst werden kann unter Bildung der Nut im Schaft unterhalb des Flansches, in welcher die Lochwandung einsitzt.
- Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der ringförmige Freiraum in seiner radialen Breite so bemessen und der Flansch so ausgebildet, dass der Flansch beim Eindrücken des Schaftes in das Loch des Bauteils annähernd in die Ebene der zugekehrten Fläche verformt wird und eine radial innerhalb der Verbindungsstelle von Flansch und Schaft liegende ringförmige Innenfläche des Schaftes mit der Außenfläche des Kopfes in Eingriff gelangt, indem der mit dem Flansch verbundene ringförmige Dichtabschnitt gegenüber dem übrigen Teil des Schaftes radial nach innen verschwenkt wird. Bei dem beschriebenen Einsetzen des Stopfens wird das Material des Schaftes radial nach innen gedrückt und weicht dabei nach innen in den Freiraum und nach unten und oben aus, um die bereits erwähnte ringförmige Sitznut zu bilden. Gleichzeitig wird der Flansch nach oben geschwenkt, wobei der Schwenkpunkt im Bereich des unteren Endes des ringförmigen Abschnitts des Schaftes liegt, wodurch die radial äußere Fläche der Ausnehmung, welche den Flansch innen begrenzt, gegen die radial innere Fläche der Ausnehmung zur Anlage kommt und damit die Verschwenkung begrenzt. Auf diese Weise wird ein ausreichend hoher Pressdruck des Schaftes an die Wandung des Loches erzielt und eine ausreichende Presskraft des Flansches gegen die zugekehrte Fläche des Bauteils, um eine zufriedenstellende Dichtwirkung aufzubauen.
- Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
-
1 zeigt die Seitenansicht eines Verschlußstopfens nach der Erfindung. -
2 zeigt die Draufsicht auf den Verschlußstopfen nach1 . -
3 zeigt einen Schnitt durch den Verschlußstopfen nach1 entlang der Linie 3-3, wobei eine Hälfte in ihrer Einbaulage gezeigt ist. - In den
1 bis3 ist ein Stopfenkörper10 gezeigt, der einen schürzenförmigen Schaft12 , einen radialen Flansch14 sowie einen Kopf16 aufweist. Die genannten Teile sind einteilig aus einem thermoplastischen Elastomer geformt, das eine hohe Dichte aufweist und einen geringen Druckverformungsrest. - Wie aus den
1 und3 zu erkennen, ist der radiale Flansch14 im entspannten Zustand an der Oberseite, d.h. Kopf16 hin leicht konvex und an der Unterseite leicht konkav gewölbt. Der Schaft12 ist an der radial inneren Seite des Flansches14 bei18 mit diesem verbunden und erstreckt sich nach unten. Eine Außenfläche20 des Schaftes12 , die sich von der Unterseite der Verbindungsstelle18 nach unten erstreckt, ist konisch mit sich langsam nach unten verringerndem Durchmesser. An dieser Fläche20 schließt sich eine weitere konische Außenfläche22 an mit ebenfalls nach unten kleiner werdendem Außendurchmesser. Die Außenflächen20 ,22 sind glatt, und der Durchmesser der Außenfläche22 ist in jedem Bereich kleiner als der Durchmesser eines Loches, das bei24 in einem Blech26 angedeutet ist. Der Durchmesser der Außenfläche20 ist zumindest im oberen Bereich nahe dem Flansch14 größer als der Durchmesser des Loches24 . - Der Kopf
16 ist stempelartig mit leicht konvex nach oben gebogener Oberseite28 , die oberhalb der Oberseite des radialen Flansches14 liegt. Zwischen dem stempelartigen Kopf16 und der Verbindungsstelle18 zum radialen Flansch14 ist ein ringförmiger Freiraum30 geformt. Dieser erstreckt sich eine gewisse axiale Länge in Richtung der Unterseite des Schaftes12 , vorzugsweise etwas über die Unterseite des Bleches26 hinaus, wenn der Stopfenkörper10 in das Loch14 eingesetzt ist. Der Freiraum30 bildet am Schaft12 einen ringförmigen Dichtungsabschnitt32 . Unterhalb des Freiraums30 ist der Schaft12 massiv als ringförmiges Teil ausgebildet mit einem annähernd dreieckförmigen Querschnitt, wobei die Spitze des Dreiecks nach unten zeigt. Diese geometrische Form ergibt sich dadurch, dass von der Unterseite des Stopfenkörpers10 her eine konische Vertiefung34 eingeformt ist. Insgesamt sind der ringförmige Abschnitt32 , der Kopf16 sowie der ringförmige Teil des Schaftes12 unterhalb des Freiraums30 jeweils relativ dick ausgeführt. - Der gezeigte Stopfenkörper
10 ist insbesondere für Löcher kleinen Durchmessers geeignet, vorzugsweise unterhalb von 10 mm. Wird er in das Loch14 eingeführt, dient ein Einführabschnitt38 , der im Bereich der konischen Außenfläche22 liegt, zum Auffinden des Loches. Anschließend wird mit dem Finger oder dem Daumen auf die gewölbte Fläche28 ein Pressdruck ausgeübt. Der Schaft12 wird dabei in das im Durchmesser kleinere Loch24 eingepresst unter Verformung der entsprechenden Abschnitte des Schaftes, wobei im Bereich des Freiraums30 das Material in diesen entweichen kann, um einen Hinterschnitt40 zu bilden, welcher einen sicheren Sitz im Loch24 sichert. Gleichwohl wird in diesem Bereich vom ringförmigen Dichtabschnitt32 ein radial nach außen gerichteter Druck erzeugt, wodurch mit der Wandung des Loches24 eine Dichtwirkung erzeugt wird. Der radiale Flansch14 wird dabei nach oben geschwenkt in die Ebene der oberen Fläche des Bleches26 , wie in3 zu erkennen. Dabei kann der ringförmige Dichtabschnitt32 in Höhe des unteren Endes des Freiraums30 etwas nach innen verschwenkt werden. Dadurch kommt es zu einer Anlage der Verbindungsstelle18 zwischen Flansch14 und ringförmigem Dichtabschnitt32 gegen die Außenseite des Kopfes16 , wie bei42 gezeigt. Diese Anlage bei42 setzt einer weiteren Verformung des Flansches14 einen Widerstand entgegen, wodurch die Presskräfte auf die Lochwandung und auf die Oberseite des Bleches26 einen bestimmten Wert erreichen. Gleichwohl lässt sich der gezeigte Stopfenkörper ohne Hilfsmittel von Hand in das Loch24 eindrücken. - Der Stopfenkörper
10 bildet eine fluiddichte Abdichtung im Loch24 . Außerdem bewirkt der Stopfenkörper wegen der massiven Ausführung eine ausreichende Schalldämpfung.
Claims (8)
- Verschlussstopfen aus elastisch nachgebendem Material zum dichten und schalldämpfenden Verschließen eines Loches (
24 ) in einem Bauteil (26 ) aus Flachmaterial, vorzugsweise Blech oder Kunststoff, mit einem Schaft (12 ), der im Dichtsitz in das Loch einsetzbar ist und einem radial außen einteilig mit dem einen Ende des Schaftes (12 ) geformten radialen Flansch (14 ), der einen radialen äußeren schrägen oder gewölbten Abschnitt aufweist, der sich unter Verformung dichtend gegen die zugekehrte Fläche des Bauteils (26 ) anlegt, wenn der Schaft (12 ) in das Loch (24 ) eingedrückt wird, einem mit der Wandung des Loches (24 ) zusammenwirkenden Hinterschnitt (40 ) am Schaft (12 ) zur Halterung in dem Loch (24 ), wobei der Schaft (12 ), im Bereich des Dichtsitzes einen Dichtabschnitt (32 ) mit im entspannten Zustand glatter konischer Außenfläche aufweist, die einen zum Flansch hin größer werdenden Durchmesser aufweist, der zumindest im Bereich des Dichteingriffs mit dem Rand des Loches (24 ) größer als der Durchmesser des Loches (24 ) ist und radial innerhalb der Verbindungsstelle (18 ) von Flansch (14 ) und Schaft (12 ) ein ringförmiger Freiraum (30 ) vorgesehen ist, der sich axial zum anderen Ende des Schaftes (12 ) hin bis in Höhe des Dichtsitzes oder darüber hinaus erstreckt und so unterhalb des Flansches (14 ) einen ringförmigen Dichtabschnitt (32 ) bildet, dergestalt dass das Material des ringförmigen Dichtabschnitts (32 ) in den Freiraum (30 ) hineinverformt wird, wenn der Schaft (12 ) in das Loch (24 ) eingedrückt wird und die Lochwandung eine den Hinterschnitt (40 ) bildende Nut in den Dichtabschnitt (32 ) formt. - Verschlussstopfen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem thermoplastischen Elastomer hoher Dichte geformt ist.
- Verschlussstopfen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Elastomer einen kleinen Druckverformungsrest aufweist.
- Verschlussstopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (
12 ) unterhalb des Dichtabschnitts einen Einführabschnitt (38 ) mit konischer Außenfläche (22 ) aufweist, wobei ihr zum Dichtabschnitt (32 ) größer werdender Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Loches (24 ). - Verschlussstopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (
12 ) unterhalb des Freiraums (30 ) ringförmig mit dreieckförmigem Ringquerschnitt ist, wobei eine Spitze des Dreiecks zum freien Ende des Schaftes (12 ) hin zeigt. - Verschlussstopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (
12 ) radial innerhalb des Freiraums (30 ) als stempelartiger Kopf (16 ) geformt ist mit einer Oberseite (28 ), die etwas nach oben über den Flansch (14 ) hinaussteht. - Verschlussstopfen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (
28 ) des stempelartigen Kopfes (16 ) konvex gewölbt ist. - Verschlussstopfen nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Freiraum (
30 ) in seiner radialen Breite so bemessen und der Flansch (14 ) so ausgebildet ist, dass der Flansch (14 ) beim Eindrücken des Verschlussstopfens (10 ) in das Loch (24 ) durch das Bauteil (26 ) annähernd in die Ebene der zugekehrten Fläche verformt wird und eine radial innerhalb der Verbindungsstelle (18 ) von Flansch (18 ) und Schaft (12 ) liegende ringförmige Innenfläche des Schaftes (12 ) mit der Außenfläche des Kopfes (16 ) in Eingriff gelangt, indem der mit dem Flansch (14 ) verbundene ringförmige Dichtabschnitt (32 ) gegenüber dem übrigen Teil des Schaftes (12 ) radial nach innen verschwenkt wird.
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