DE19534389B4

DE19534389B4 - Befestigungselement

Info

Publication number: DE19534389B4
Application number: DE1995134389
Authority: DE
Inventors: Klaus Spickenheier
Original assignee: ITW Befestigungssysteme GmbH
Current assignee: ITW Befestigungssysteme GmbH
Priority date: 1995-09-15
Filing date: 1995-09-15
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2015-09-16
Also published as: DE19534389A1; BR9604153A

Abstract

Befestigungselement zur Befestigung eines plastisch verformbaren Werkstücks an einem Trägerwerkstück mittels eines Schraubenbolzens, das eine Scheibe mit einem Flansch und einem Abschnitt aufweist, der mit einem axialen Bund einer auf der Oberseite des Flansches angeordneten Mutter haltend zusammenwirkt, wobei ein radial nach innen weisender Halteabschnitt der Scheibe einen radial nach außen weisenden Halteabschnitt des axialen Bundes hintergreift, und wobei Mutter und Scheibe relativ zueinander drehbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Bund (8) einen radial nach außen verformbaren unteren Abschnitt (9) aufweist, der nach der Verformung mit der Unterseite der Mutter (2) eine Nut (14) bildet und der Halteabschnitt von einer Hülse (3) gebildet ist, die in Höhe der Anbindung des Flansches (4) an der Hülse (3) einen radial nach innen weisenden Vorsprung (6) hat, der in die Nut (14) eingreift, wobei zwischen dem unteren Ende der Hülse (3) und der Unterseite des Flansches (4) ein vorgegebener Abstand vorgesehen...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Befestigungselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 29 32 538 C2 ist ein Befestigungselement der vorgenannten Art bekannt, bei dem ein radialer Vorsprung einer Scheibe hinter einen ringförmigen Vorsprung eines Schraubenbolzens geschnappt und über einem Schaftabschnitt zwischen Schraubenbolzengewinde und einer Kopfunterseite des Schraubenbolzens plaziert ist. Hierdurch ist die Unterlegscheibe am oberen Ende des Schraubenbolzens gesichert. Bei Befestigung eines plastisch verformbaren Werkstückes an einem Trägerwerkstück wird der kompressive Klemmdruck auf die Verbindung von einer Hülse der Scheibe auf das Trägerwerkstück übertragen. Auf diese Weise wird eine hohe kompressive Belastung auf die Verbindung von dem plastisch verformbaren Werkstück abgehalten. Über einen federnden Flansch der Scheibe wird auf das Werkstück jedoch ein leichter Klemm- oder Haltedruck ausgeübt, ohne daß sich eine unerwünschte plastische Verformung einstellt. Das bekannte Befestigungselement ist auf Anwendungen beschränkt, bei denen das Trägerwerkstück eine Gewindebohrung für das Eindrehen einer Kopfschraube aufweist. Sie ist jedoch für Anwendungsfälle ungeeignet, bei denen eine Befestigung auf vom Trägerwerkstück vorstehenden Schraubenbolzen erfolgen soll.

Die DE 4 53 724 C offenbart bereits eine Befestigung eines Werkstückes an einem Trägerwerkstück, von dem Stehbolzen hervorstehen. In eine Bohrung des zu befestigenden Werkstückes ist ein Preßring eingesetzt, der einen wulstförmigen Rand aufweist. Eine Mutter mit einer kegelförmigen Unterseite wird auf den Stehbolzen geschraubt und so in die Öffnung des Wulstrandes gepreßt, daß zunächst der wulstförmige Ring zur Anlage an dem Werkstück kommt und ein hülsenförmiger Abschnitt gegen die Innenseite der Bohrung gepreßt wird, bis er diese vollständig ausfüllt. Dadurch wird jedoch ein relativ hoher Flächendruck erzeugt, der bei kaltfließendem Material zu einem Nachgeben und damit letztlich zu einem Aufheben der Spannung im federnden Flansch führt. Außerdem ist die Handhabung dieses Befestigungselementes wegen der separaten Ausbildung von Unterlegscheibe und Mutter relativ ungünstig.

Aus US 3,016,941 ist bekannt geworden, eine Mutter mit einer Scheibe zu versehen. Die Scheibe weist einen Flansch und einen Abschnitt auf, der mit einem axialen Bund einer auf der Oberseite des Flansches angeordneten Mutter haltend zusammenwirkt. Ein radial nach innen weisender Halteabschnitt der Scheibe hintergreift einen radial nach außen weisenden Halteabschnitt des axialen Bundes, wobei Mutter und Scheibe relativ zueinander drehbar sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfacher zu handhabendes Befestigungselement für Trägerwerkstücke mit vorstehendem Schraubenbolzen zu schaffen, das bei Befestigung plastisch verformbarer Werkstücke das Erreichen einer definierten Schraubspannung sicherstellt bzw. eine zu große Belastung des Werkstückes vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch ein Befestigungselement mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Mutter des Befestigungselementes hat an der Unterseite einen in die Hülse eingreifenden axialen Bund mit einem radial nach außen verformbaren unteren Abschnitt, der nach der Verformung mit der Unterseite der Mutter eine Nut bildet. Ein radial nach innen weisender Vorsprung der Hülse greift in die Nut ein, wodurch eine unverlierbare Verbindung von Mutter und Scheibe erreicht wird. Dabei ist eine relative Drehbarkeit zwischen Mutter und Scheibe gegeben. Hierdurch wird die Handhabbarkeit des Befestigungselementes beträchtlich vereinfacht, weil dieses bei Lagerung, Transport und Montage als ein Teil gehandhabt werden kann. Eine relative Drehbarkeit der Mutter zur Scheibe erleichtert das Verspannen der Verbindung und mindert die Beanspruchung des Werkstückes beim Montagevorgang.

Bei dem Schraubenbolzen kann es sich um einen am Trägerwerkstück fixierten Stehbolzen oder um das herausragende Schraubenbolzenende einer lose in eine Bohrung gesteckten Kopfschraube handeln. Damit wird eine sichere Befestigung plastisch verformbarer Werkstücke auf eine Vielzahl von Anwendungsfällen erweitert.

Die korrekte Nutausbildung wird durch eine vom unteren Rand aus in Axialrichtung zunehmende Wandstärke des Bundes begünstigt. Vorzugsweise fängt die Gewindebohrung der Mutter erst am oberen Ende des Bundes an, so daß das Einführen der Schraube in die Mutter erleichtert und die Gewindebohrung nicht von einer Vorformung des Bundes beeinträchtigt wird.

Eine praktische Anwendung des Befestigungselementes ist bei der Befestigung von Kraftfahrzeug-Kotflügeln aus Kunststoff an der ersten vertikalen Säule der Fahrzeugkarosserie (A-Säule) aus Stahl gegeben. Die Schraubenbolzen sind auf die A-Säule geschweißt. Die Befestigung muß vor der Lackierung erfolgen und die unterschiedlichen Längenausdehnungen der Fügepartner beim thermischen Aushärten nach dem Lackieren aushalten. Das erfindungsgemäße Befestigungselement verbindet die Teile mit der erforderlichen begrenzten Vorspannung läßt zugleich eine Bewegung des Kunststoff-Kotflügels relativ zum metallischen Fahrzeugrahmen zu.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert. In den Zeichungen zeigen:
1 das Befestigungselement in der Draufsicht;
2 das Befestigungselement vor dem Verbinden von Scheibe und Mutter (rechte Hälfte) und nach deren Verbinden mit einem Aufweitdorn (linke Hälfte) im Längsschnitt;
3 das Befestigungselement mit unverlierbar verbundener Scheibe und Mutter im Längsschnitt;
4 das Befestigungselement montiert in der Draufsicht;
5 das Befestigungselement mit einem Trägerwerkstück mit vorstehendem Schraubenbolzen und einem Werk stück vor dem Verschrauben (linke Hälfte) und nach dem Verschrauben (rechte Hälfte) im Längsschnitt.
Das Befestigungselement weist gemäß 1 bis 3 eine Scheibe 1 auf, die axial mit einer Mutter 2 so verbunden ist, daß sie sich dieser gegenüber frei drehen kann.
Die Scheibe 1 hat eine sich axial erstreckende Hülse 3 und einen radial nach außen und nach unten gerichteten Flansch 4, der sich von dem oberen Ende der Hülse aus erstreckt. Der Flansch 4 ist konisch mit einem abgeflachten Rand 5 an seiner Peripherie. Das untere Ende der Hülse 3 befindet sich unterhalb des Randes 5 des Flansches in einem axialen Abstand, der gleich, vorzugsweise jedoch etwas kleiner ist als die Dicke eines zu befestigenden plattenartigen Werkstückes.
Bei dieser Ausführungsform hat die Scheibe 1 eine konstante Wandstärke. Am oberen Ende hat die Hülse 3 am Innenumfang einen umlaufenden, radialen Vorsprung 6. Die Scheibe 1 ist vorzugsweise durch Kaltformen hergestellt.
Die Mutter 2 ist als Sechskant ausgebildet. An der Unterseite weist sie eine Innenstufe 7 auf, die unten von einem koaxialen Bund 8 begrenzt ist, der vor dem Verbinden mit der Scheibe 1 überall zylindrisch ist (rechte Hälfte 2). Der Bund 8 hat ein unteres Ende 9, das nach dem Verbinden mit der Scheibe 1 nach außen geboten ist (linke Hälfte 2). In dem axial darüber befindlichen Bereich vergrößert sich die Wandstärke des Bundes 8 allmählich, indem er einen Innenkonus 10 aufweist. An den Konus 10 schließt sich die Bohrung 11 mit dem Innengewinde 12 an.
Wie aus der 2 ersichtlich ist, werden Scheibe 1 und Mutter 2 miteinander verbunden, indem zunächst die Scheibe 1 mit ihrem radialen Vorsprung 6 auf den Bund 8 geschoben wird. Dann wird der ursprünglich kreiszylindrische untere Rand 9' des Bundes 8 durch Einsetzen eines Preßstempels 13 nach außen gebördelt, so daß er den radialen Vorsprung 6 der Scheibe 1 hintergreift und der Bund 8 eine den Vorsprung 6 aufnehmende Nut 14 an seinem Außenumfang aufweist. Die gewünschte Verformung des Bundes 8 ist erreicht, wenn der Preßstempel 13 mit seinem Außenkonus 15 auf dem komplementär geformten Innenkonus 10 der Mutter 2 aufsitzt. Dann ist die Scheibe 1 an der Mutter 2 gesichert, jedoch relativ zu dieser um deren gemeinsame Mittelachse drehbar. Die 3 zeigt das fertige Befestigungselement aus zu einer Einheit verbundener Scheibe 1 und Mutter 2.
Die 4 und 5 zeigen dasselbe Befestigungselement in einem Einsatzfall, in dem ein plattenförmiges Werkstück 15 aus Kunststoff auf einem Trägerwerkstück 16 in Form einer Blechtafel befestigt werden soll. Hierzu weist das Trägerwerkstück 16 eine oder mehrere Bohrungen 17 auf, durch die jeweils ein Schraubenbolzen 18 gesteckt ist, dessen Schraubenbolzengewinde 19 von der dem Werkstück 15 zugewandten Seite hervorsteht und dessen Schraubenkopf 20 an der gegenüberliegenden Seite des Trägerwerkstückes 16 anliegt. Der Innendurchmesser der Bohrung 17 ist etwas größer als der maximale Außendurchmesser des Schraubenbolzens 18 bemessen, so daß dieser leicht bis zur Anlage des Schraubenkopfes 20 hindurchgeführt werden kann.
Das zu befestigende Werkstück 15 weist ebenfalls mindestens eine Bohrung 21 auf, wobei jede Bohrung 21 einer Bohrung 17 zugeordnet ist. Die Bohrung 21 hat einen größeren Durchmesser als die Bohrung 17 und ist etwas größer als der Außendurchmesser der Hülse 3 bemessen. Das Befestigungselement kann also mit der Hülse 3 seiner Scheibe 1 problemlos in die Bohrung 21 eingeführt werden.
Die 5 zeigt in der linken Hälfte das solchermaßen eingeführte Befestigungselement mit in die Mutter 2 so weit eingedrehtem Schraubenbolzen 18, daß die Scheibe 1 gerade mit dem äußeren Rand 5 ihren Flansches 4 an der Oberseite des Werkstückes 15 anliegt, ohne sich elastisch zu verformen. In dieser Montagesituation ist das untere Ende der Hülse 3 um einen schmalen Spalt von einem die Bohrung 17 umgebenden Randbereich 22 des Trägerwerkstückes 16 beabstandet, der innerhalb der Bohrung 21 freigelegt ist.
Wie die rechte Hälfte der 5 zeigt, sitzt die Hülse 3 mit ihrem unteren Ende nach weiterem Aufschrauben der Mutter 2 auf dem Randbereich 22 auf, wobei der Flansch 4 mit leichter elastischer Vorspannung gegen das Werkstück 15 drückt. Die Abstützung der Scheibe 1 am Trägerwerkstück 16 ermöglicht, die Mutter 2 mit hohem Moment anzuziehen, ohne das plastisch verformbare Werkstück 15 entsprechend zu belasten. Die Konstruktion stellt eine konstante elastische Verspannung des Werkstückes 15 für jeden Montagefall sicher. Diese Verspannung und der Spalt zwischen Bohrung 21 und Hülse 3 ermöglichen eine geringfügige Relativverschiebung des Werkstückes 15 auf dem Trägerwerkstück 16, die bei Kunststoff-Metallpaarungen von praktischer Bedeutung ist. Hervorzuheben ist ferner die einfache Montierbarkeit des Befestigungselementes aufgrund der unverlierbaren Verbindung von Scheibe 1 und Mutter 2 und deren relativer Verdrehbarkeit.

Claims

Befestigungselement zur Befestigung eines plastisch verformbaren Werkstücks an einem Trägerwerkstück mittels eines Schraubenbolzens, das eine Scheibe mit einem Flansch und einem Abschnitt aufweist, der mit einem axialen Bund einer auf der Oberseite des Flansches angeordneten Mutter haltend zusammenwirkt, wobei ein radial nach innen weisender Halteabschnitt der Scheibe einen radial nach außen weisenden Halteabschnitt des axialen Bundes hintergreift, und wobei Mutter und Scheibe relativ zueinander drehbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Bund (8) einen radial nach außen verformbaren unteren Abschnitt (9) aufweist, der nach der Verformung mit der Unterseite der Mutter (2) eine Nut (14) bildet und der Halteabschnitt von einer Hülse (3) gebildet ist, die in Höhe der Anbindung des Flansches (4) an der Hülse (3) einen radial nach innen weisenden Vorsprung (6) hat, der in die Nut (14) eingreift, wobei zwischen dem unteren Ende der Hülse (3) und der Unterseite des Flansches (4) ein vorgegebener Abstand vorgesehen ist.
Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (4) in Richtung radial nach außen nach unten gerichtet und federnd ist.
Befestigungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (4) konisch ist.
Befestigungselement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (4) am äußeren Rand (5) abgeflacht ist.
Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (1) im wesentlichen eine konstante Wanddicke hat.
Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Vorsprung (6) von einem umlaufenden Rand der Hülse (3) gebildet ist.
Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (3) mehrere in Umfangsrichtung beabstandete radiale Vorsprünge aufweist.
Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke des Bundes ausgehend von dem verformbaren Abschnitt (9) in Axialrichtung zunimmt.
Befestigungselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Bundes (8) vom unteren Ende aus nach oben hin abnimmt.
Befestigungselement nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (8) vor dem Verformen durch Aufbördeln zylindrisch ist und darüber einen Innenkonus (10) aufweist.
Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindebohrung (11, 12) der Mutter (2) am oberen Ende des Bundes (8) anfängt.