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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Befestigungsvorrichtung zur
Befestigung eines ersten Bauteils auf einem zweiten Bauteil. Insbesondere
soll die Erfindung dazu geeignet sein, elektrische Betätigungselemente,
sogenannte Aktuatoren auf Gehäusen
oder anderen Flächen
zu befestigen.
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Derartige
Aktuatoren kommen insbesondere im Fahrzeugbau zum Einsatz. Dort
werden sie beispielsweise eingesetzt, um im Rahmen der HVAC-Systeme Lüfterklappen
zu öffnen
und zu schließen
bzw. um die Bewegungen der internen Komponenten zur Verteilung der
Luft zu kontrollieren. Die Aktuatoren müssen ein kompaktes Design aufweisen
und ausgesprochen präzise
funktionieren, um das an sie gestellte Komforterfordernis zu erfüllen.
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Aktuatoren
weisen teilweise sehr hohe Leistungen auf, da bisweilen erhebliche
Kräfte
notwendig sind, um bestimmte Bauteile des HVAC-Systems zu bewegen.
Sie müssen
deshalb in der Lage sein, hohen Torsions- und Reaktionskräften in
allen Richtungen standzuhalten. Entsprechend ist eine sichere und
stabile Befestigung in allen Richtungen, also in X, Y und Z-Richtung
notwendig. Hinzu kommt, dass die Aktuatoren aufgrund des geringen
Platzangebotes nur sehr kurze Antriebswellen für die zu bewegenden Bauteile und
nur sehr kleinflächige
Anschlussbereiche aufweisen. Sie müssen deshalb exakt in die richtige
Position gebracht und dort befestigt werden.
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Aktuatoren
werden üblicherweise
mit Hilfe von Schrauben oder Nieten in der gewünschten Position befestigt.
Es ist deshalb notwendig, den Aktuator mit entsprechenden Bohrungen
zu versehen und zunächst
in die gewünschte
Position zu bringen. In dieser Position werden dann die Schrauben
oder Nieten eingeführt.
Je nach Größe und Ausführung des Aktuators
ist es notwendig, eine Vielzahl entsprechender Befestigungsmittel
vorzusehen, die dann einzeln eingeführt werden müssen. Dabei
ist besonders der geringe Platzbedarf am Einbauort nachteilig. Die
Befestigung von Aktuatoren ist außerdem mit einer Vielzahl von
Bauteilen verbunden, was zu relativ hohen Kosten führt. Weiterhin
ist die Befestigung der Aktuatoren zeitintensiv und verursacht dementsprechend
ebenfalls hohe Kosten.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Befestigungsvorrichtung
zu schaffen, mit der ein erstes Bauteil kostengünstig, schnell und einfach
auf der Oberfläche
eines zweiten Bauteils befestigt werden kann. Insbesondere soll
sich die Befestigungsvorrichtung für die Befestigung von Aktuatoren
eignen. Die Befestigungsvorrichtung soll die Herstellungs- und Montagekosten
reduzieren.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch eine Befestigungsvorrichtung gelöst, bei der das erste Bauteil
mit Hilfe eines Einrastmechanismusses auf der Oberfläche des
zweiten Bauteils befestigtbar ist, wobei der Einrastmechanismus
durch mindestens zwei Haltemittel des zweiten Bauteils gebildet
ist, die mit Haltebereichen des ersten Bauteils zusammenwirken,
wobei die Haltemittel aufweisen
- a) ein erstes
Anschlagelement, mit einer ersten Anschlagfläche, die beabstandet zur Oberfläche einen
Vorsprung mit einer der Oberfläche zugewandten
axialen Anschlagfläche
derart aufweist, dass ein Haltebereich des ersten Bauteils zwischen
die Oberfläche
und die axiale Anschlagfläche
einführbar
ist, wobei eine Höhe
des Haltebereichs etwa einer Höhe
der axialen Anschlagfläche,
gemessen von der Oberfläche
aus, entspricht,
- b) ein zweites Anschlagelement, das eine Höhe aufweist, die derart geringer
als der Abstand der axialen Anschlagfläche von der Oberfläche ist, dass
der Haltebereich über
das zweite Anschlagelement zwischen die beiden Anschlagelemente und
zwischen die axiale Anschlagfläche
und die Oberfläche
einführbar
ist,
wobei die Haltemittel derart zueinander angeordnet sind,
dass das erste Bauteil über
die jeweiligen zweiten Anschlagelemente durch eine Drehbewegung
in die Haltemittel einführbar
ist, und in diesen einrastet, so dass das erste Bauteil aufgrund
der Anschlagelemente in beiden Drehrichtungen sowie durch die Vorsprünge und
die Oberfläche
in axialer Richtung gehalten ist.
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Mit
Hilfe der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung
ist es möglich,
ein erstes Bauteil durch eine einfache kurze Drehbewegung auf der Oberfläche eines
zweiten Bauteils zu befestigen. Der vorteilhafte Einrastmechanismus
bewirkt, dass das erste Bauteil in allen Richtungen fest auf dem
zweiten Bauteil gehalten ist.
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Die
Befestigung des ersten Bauteils auf dem zweiten Bauteil erfordert
keine weiteren Werkzeuge oder Befestigungsmittel.
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Die
Haltemittel können
einstückig
mit dem zweiten Bauteil verbunden und beispielsweise im Spritzgussverfahren
oder einem vergleichbaren Verfahren hergestellt sein. Die Haltebereiche
des ersten Bauteils können
analog ebenfalls in einem solchen Verfahren angepasst an die Haltemittel
hergestellt werden, es ist aber auch möglich, lediglich die Haltemittel
angepasst an bereits bestehende erste Bauteile auszuführen.
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Die
Erfindung eignet sich insbesondere für die Befestigung von Aktuatoren
auf zugehörigen Bauteilen
im Fahrzeug. Außerdem
ist die Erfindung mit der bisherigen Befestigungsmethode, nämlich der
Befestigung mittels Schrauben oder Nieten kombinierbar. Diese können zusätzlich zum
Einrastmechanismus verwendet werden, wenn eine ausgesprochen sichere
Befestigung notwendig ist oder wenn die Haltemittel im Laufe des
Betriebes beschädigt
wurden.
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Für eine ausreichende
Befestigung reichen zwei sich im Wesentlichen aneinander gegenüberliegende
Haltemittel aus, es können
aber auch drei oder mehr Haltemittel vorgesehen sein.
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Die
zweiten Anschlagelemente sind bezogen auf die ersten Anschlagelemente
vorteilhafterweise derart angeordnet, dass der Aktuator zunächst auf Auflageflächen der
zweiten Anschlagselemente aufgesetzt und dann in einer kurzen Drehbewegung
unter die Vorsprünge
gedreht werden kann. Die Haltebereiche fallen dann sozusagen in
ihre endgültige Position,
nämlich
jeweils zwischen die beiden Anschlagelemente des jeweiligen Haltemittels.
Vorteilhafterweise kann das Einführen
der Haltebereiche dadurch erleichtert werden, dass der Vorsprung
eine in Richtung seines freien Endes verlaufende Abschrägung aufweist,
sich der Vorsprung also in Richtung seines freien Endes verjüngt. Eine
entsprechende Abschrägung
kann auch auf den zweiten Anschlagelementen vorgesehen sein, die
Auflageflächen verlaufen
gegenüber
den Oberflächen
des zweiten Bauteils schräg
in Richtung des ersten Anschlagelementes.
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Weiterhin
kann es vorteilhaft sein, wenn die Oberfläche im Bereich der Haltemittel
erhabene Bereiche aufweist. In diesem Fall weisen die Haltemittel Basisflächen auf,
auf denen die Haltebereiche im eingesetzten Zustand aufliegen. Die
Basisflächen
können
beispielsweise durch Rücksprünge innerhalb
der Anschlagflächen
ausgebildet sein, sie können
aber auch durch zusätzliche
Erhöhungen
unterhalb des Vorsprungs gebildet sein.
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Vorteilhafterweise
sind die Haltemittel bezogen auf einen Umfang des ersten Bauteils
gleichmäßig zueinander
beabstandet. Es ist aber auch möglich,
beispielsweise bei einer rechteckigen Grundfläche des ersten Bauteils die
Haltemittel an drei der vier Ecken anzuordnen.
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Das
zweite Bauteil kann in seiner Oberfläche Öffnungen aufweisen, die sich
mit in den Haltebereichen des ersten Bauteils befindlichen Öffnungen
im eingesetzten Zustand in Deckung befinden. Diese Öffnungen
dienen einer zusätzlichen
Befestigung des ersten Bauteils mittels Schrauben oder Nieten. Anstelle
in der Oberfläche
des zweiten Bauteils können
die Öffnungen
auch in den Basisflächen
vorgesehen sein.
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Ein
besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die beiden
Bauteile einhändig
miteinander verbunden werden können.
Somit ist auch eine Befestigung in nur unzureichend oder schwer
zugänglichen
Bereichen problemlos und schnell möglich.
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Anhand
der nachfolgenden Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
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1: ein zweites Bauteil mit
Haltemitteln in einer Draufsicht,
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2: Prinzipdarstellung eines
Haltemittels in Seitenansicht,
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3: Perspektivische Darstellung
des zweiten Bauteils,
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4: eine Befestigungsvorrichtung
mit eingesetztem ersten Bauteil in Draufsicht,
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5–7:
eine Befestigungsvorrichtung in Draufsicht, wobei ausgehend von 5 der Einsetzvorgang des
ersten Bauteils in die Haltemittel dargestellt ist.
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1 zeigt eine beispielhafte
Ausführung
einer Befestigungsvorrichtung 10, wobei in dieser Darstellung
lediglich ein zweites Bauteil 12 dargestellt ist, auf dem
ein erstes Bauteil 14 befestigtbar ist. Das zweite Bauteil 12 weist
Haltemittel 16 auf, die vorzugsweise integraler Bestandteil
des zweiten Bauteils 12 sind. Vorzugsweise können das
zweite Bauteil 12 und die Haltemittel 16 aus Kunststoff
einstückig
hergestellt sein. Selbstverständlich
ist es auch möglich,
Haltemittel 16 auszuführen,
die nicht integraler Bestandteil des zweiten Bauteils 12 sind,
auch können
beliebig geeignete Materialien verwendet werden.
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In
der dargestellten vorteilhaften Ausführungsform, die sich insbesondere
für ein
erstes Bauteil 14 mit einer rechteckigen Grundfläche eignet, sind
drei Haltemittel 16 vorgesehen, die derart angeordnet sind,
dass jeweils eine Ecke des ersten Bauteils 14 in diesen
gehalten ist. Im Folgenden wird die Erfindung für den Fall erläutert, dass
es sich bei dem ersten Bauteil 14 um einen Aktuator handelt,
der auf ein zweites Bauteil 12 innerhalb eines Fahrzeugs
eingesetzt werden soll.
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1 zeigt eine Funktionsöffnung 18,
durch die beispielsweise eine Antriebswelle oder ein andersartiges
Bewegungselement des ersten Bauteils 14 hindurchführbar ist,
das dann auf der anderen Seite des zweiten Bauteils 12 mit
dem entsprechenden zu bewegenden Bauteil beispielsweise einer Lüftungsklappe
verbunden wird. Die Funktionsöffnung 18 befindet
sich in einer Oberfläche 20 des
zweiten Bauteils 12.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
weist die Oberfläche 20 im
Bereich der Haltemittel 16 jeweils eine erhöhte Basisfläche 22,
ein erstes Anschlagelement 24 und ein zweites Anschlagelement 26 auf
(vgl. 2 und 3). Die Basisflächen 22 sind gegenüber der
restlichen Oberfläche 20 erhaben ausgeführt und
im vorliegenden Ausführungsbeispiel über Verbindungsstege 28 miteinander
verbunden. Hierdurch wird die Stabilität der Befestigungsvorrichtung
erhöht.
Beide Anschlagelemente 24, 26 erstrecken sich
in etwa vertikal zur Oberfläche 20.
Die Basisflächen 22 können einstückig aus
der Oberfläche 20 herausgeformt
sein, sie können
aber auch durch zusätzliche
Bauteile gebildet sein.
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Die
beiden Anschlagelemente 24, 26 werden anhand der 1, 2 und 3 erläutert.
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Das
erste Anschlagelement 24 weist eine erste Anschlagfläche 30 auf,
an der das erste Bauteil 14 gegen Drehbewegungen gesichert
wird. An ihrem von der Oberfläche 20 wegweisenden
freien Ende geht die erste Anschlagfläche 30 in einen Vorsprung 32 über, der
sich in Richtung der Basisfläche 22 bzw. parallel
zu dieser erstreckt. Der Vorsprung 32 weist eine Abschrägung 34 derart
auf, dass sich das freie Ende des Vorsprungs 32 verjüngt. Der
Vorsprung weist in Richtung der Oberfläche 20 eine axiale
Anschlagfläche 36 auf.
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Das
zweite Anschlagelement 26 ist schräg gegenüber des Vorsprungs 32 angeordnet
und weist eine Höhe
H1 auf, die geringer ist als eine Höhe H2 der axialen Anschlagfläche 36 des
Vorsprungs 32, gemessen von der Oberfläche 20 aus. Das zweite Anschlagelement 26 weist
an seinem freien Ende eine Auflagefläche 39 auf, die vorteilhafterweise ebenfalls
bezogen auf die Oberfläche 20 schräg verlaufen
kann, wobei sie in Richtung der Basisfläche 22 abfällt. Die
Basisfläche 22 weist
eine Höhe
H3 auf, die geringer ist als die Höhe H1 des zweiten Anschlagelementes 26.
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4 verdeutlicht, wie das
erste Bauteil 14 in den Haltemitteln 16 gehalten
wird. Das erste Bauteil 14 weist Haltebereiche 38 vorteilhafterweise
mit abgerundeten Kanten auf. Dies erleichtert das Einführen der
Haltebereiche 38 in die Haltemittel 16. Die Haltebereiche 38 des
ersten Bauteils 14 sind in die Haltemittel 16 des
zweiten Bauteils 12 derart einführbar, dass sie jeweils zwischen
der ersten Anschlagfläche 30,
der axialen Anschlagfläche 36 und
einer dritten Anschlagfläche 40 des
zweiten Anschlagelementes 26 gehalten sind.
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Die
Haltebereiche 38 (erstes Bauteil 14) und die Basisflächen 22 (zweites
Bauteil 12) können
weiterhin zusätzliche Öffnungen 42 aufweisen,
in die zusätzliche
Befestigungsmittel wie beispielsweise nicht dargestellte Schrauben
und Nieten einführbar
sind. Dies kann dann sinnvoll sein, wenn beispielsweise eine ausgesprochen
hohe Haltesicherheit gefordert wird oder die Haltemittel während des
Betriebes beschädigt
wurden.
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Die 1 und 3 verdeutlichen auch die Anordnung der
Haltemittel 16 bzw. der Anschlagelemente 24, 26 und
deren Anschlagflächen 30, 36, 40 zueinander.
Die ersten Anschlagflächen 30 fixieren das
erste Bauteil 14 in einer Drehrichtung, die dritten Anschlagflächen 40 in
der anderen Drehrichtung. In einer vorteilhaften Ausführungsvariante
sind zu diesem Zweck zumindest zwei Haltebereiche 38 des ersten
Bauteils 14 gegenüber
der Grundfläche
des ersten Bauteils 14, also der gegenüber Oberfläche 20 hervorstehend
ausgeführt.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
dient die Funktionsöffnung 18 gleichzeitig
als Position für eine
Drehachse um die das erste Bauteil 14 gedreht wird, deshalb
ist auch ein Weiterdrehen in die Richtung in der das erste Bauteil 14 in
die Haltemittel 16 eingeführt wurde, nicht möglich, da
dann die Haltebereiche 38 durch die ersten Anschlagflächen 30 blockiert
werden.
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Die 4 bis 6 verdeutlichen das Einsetzen des Aktuators
bzw. des ersten Bauteils 14 in die Haltemittel 16 des
zweiten Bauteils 12. Zunächst wird das erste Bauteil 14 auf
die Auflageflächen 39 der zweiten
Anschlagelemente 26 aufgelegt. Dabei ist eine nicht dargestellte
Antriebswelle, die sich durch die Funktionsöffnung hindurch erstrecken
soll, über dieser
angeordnet. Das erste Bauteil 14 wird dann in Richtung
der ersten Anschlagelemente 24 gedreht und rastet schließlich zwischen
den Anschlagelementen 24, 26 ein (6). Die ersten Anschlagelemente 24 können dabei
vorteilhafterweise eine gewisse Flexibilität entlang ihrer Längsachsen
aufweisen, um somit Toleranzen ausgleichen zu können und den Kraftaufwand zum
Einsetzen des ersten Bauteils 14 zu verringern.
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Das
erste Bauteil 14 bzw. dessen Haltebereiche 38 oder
auch die Anschlagflächen 30, 36, 40 können weiterhin
Beschichtungen aufweisen, die für den
Betrieb oder das Einsetzen vorteilhaft sein können. So können z.B. weiche Kunststoffe
oder gummiartige Beschichtungen vorgesehen sein, um eine Geräuschentwicklung
während
des Betriebes zu minimieren. Möglich
ist auch eine Beschichtung mit besonders gleitfähigen Materialien, um damit
das Einsetzen des ersten Bauteils 14 in die Haltemittel 16 zu erleichtern.
Der Vorsprung 32 bzw. die Höhe der Anschlagfläche H2 ist
vorteilhafterweise derart gewählt, dass
das erste Bauteil 14 bzw. dessen Haltebereiche 38 gegen
die Basisfläche 22 gedrückt wird/werden. Dadurch
wird die Befestigungsvorrichtung stabilisiert und eine Geräuschentwicklung
vermieden.
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Wie
bereits ausgeführt,
ist lediglich eine Ausführungsform
beschrieben, die Haltemittel 16 und auch das erste Bauteil 14 sowie
die Haltebereiche 38 können
auch andersartig ausgeformt und angeordnet sein. Entscheidend ist,
dass das erste Bauteil 14 durch die Anlageflächen 30, 36, 40 und
die Oberfläche 20 bzw.
Basisflächen 22 des
zweiten Bauteils 12 sowohl in beiden Drehrichtungen als
auch in axialer Richtung gehalten wird.