DE19821994A1 - Kunststoffniet - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Kunststoffniet und insbesondere auf einen Kunststoffniet mit einem länglichen Bereich und einem Betätigungszapfen.

Kunststoffniete werden typischerweise zum Verbinden von zwei oder mehr Bauteilen verwendet. Kunststoffniete weisen generell einen Zapfenbereich auf, welcher in einen Körperbereich einsenkbar ist. Der Körper hat einen Kopf, einen Schaft und eine axiale Bohrung im Schaft zum Aufnehmen des Zapfens. Der Körper ist in zueinander fluch­ tende Löcher in den mittels des Plastikniets zu verbindenden Bauteilen einsenkbar. Der Zapfen wird in die axiale Bohrung des Körpers eingetrieben und bewirkt, daß der Schaft des Körpers sich radial erweitert. Die Erweiterung des Schafts wirkt einem Entfernen des Schafts aus den Löchern entgegen, wodurch die Bauteile befestigt sind.

Der Schaft des Körpers eines typischen Kunststoffniets umfaßt zwei oder mehr ab­ spreizbare Zinken. Wenn ein Zapfen vollständig in die axiale Bohrung des Körpers hineingetrieben ist, erweitern sich die Zinken und verhindern so ein Herausziehen des Körpers aus den zueinander ausgerichteten Löchern der verbundenen Teile. Es ist möglich, die Zinken eines typischen Kunststoffniets zu deformieren oder zu zerbre­ chen, wenn der Schaft einmal in die Löcher von zu verbindenden Bauteilen eingesetzt ist, wenn zum Beispiel die Löcher nicht perfekt zueinander ausgerichtet sind oder der Durchmesser der Löcher kleiner ist als der, für den das Befestigungselement ausgelegt ist.

Es ist bereits bekannt, Zapfen von Kunststoffnieten vorher in den Körper hineinzutrei­ ben und mittels Reibung dort zu halten, wie zum Beispiel im US-Patent Nr. 4 830 556 für "Flexible Rivet Having Flexible Drive Pin" [biegsamer Niet mit biegsamen Betä­ tigungszapfen]. Es ist nichts desto weniger bekannt, daß die den Zapfen im Körper haltende Kraft bei solchen Kunststoffnieten unvertretbar klein ist. Die sehr kleine Haltekraft gestattet es dem Zapfen in solchen Nieten, im Körper zu verrutschen, was die Zusammenbauzeit und -kosten vergrößert.

Die Zapfen in Kunststoffnieten nach dem Stand der Technik haben typischerweise ei­ nen Kopf und einen Schaft, wobei der Schaft in die Axialbohrung des Körpers ein­ setzbar ist. Der Schaft des Zapfens eines typischen Kunststoffniets ist im wesentlichen starr. Daher ist es der Schaft des Körpers, welcher sich während des Vorgangs, den Zapfen in den Körper hineinzutreiben, ausdehnen muß. Die resultierende notwendige Kraft, um den Zapfen vollständig in den Körper zu treiben, ist demzufolge unvertret­ bar hoch.

Daher ist, um diese Probleme zu vermindern, ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ei­ nen Kunststoffniet hervorzubringen, bei dem eine niedrige Einsetzkraft zum vollstän­ digen Hineintreiben des Betätigungszapfens in den Körper ausreicht. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Kunststoffniet, bei dem ein vormontierter Betäti­ gungszapfen mit hoher Haltekraft im Körper gehalten bleibt. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Kunststoffniet, bei dem ein Bereich des Betätigungs­ zapfens teilweise zusammengedrückt ist, während der Betätigungszapfen in den Kör­ per hineingetrieben wird, was ein Ausdehnen des Körpers reduziert oder eliminiert. Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Kunststoffniet, bei dem der längliche Bereich des Körpers ein Einsetzen des Körpers in Löcher von zu verbinden­ den Bauteilen stört.

Die obigen und andere vorteilhafte Ziele werden in Übereinstimmung mit der vorlie­ genden Erfindung mittels eines Kunststoffniets erreicht, der einen Betätigungszapfen und einen Körper aufweist. Der Körper hat einen Kopf und einen Schaft. Das distale Ende des Schafts des Körpers weist eine geschlossene angeschrägte Nase auf, welche in zueinander ausgerichtete Löcher in zu verbindenden Bauteilen einsetzbar ist. Der Körper hat einen länglichen Gang, der sich durch den Kopf und den Schaft erstreckt. Der Betätigungszapfen hat ebenfalls einen Kopf und einen Schaft, wobei der Schaft in den Gang des Körpers einsetzbar ist. Das distale Ende des Schafts des Betätigungs­ zapfens weist biegsame Beine auf, welche Vorsprünge zum Eingriff mit entsprechen­ den Flächen im Schaft des Körpers aufweisen. Der Betätigungszapfen wird in den länglichen Gang des Körpers eingesetzt und verhindert so ein Zusammendrucken des Körpers, was wiederum ein Herausziehen des Körpers aus den verbundenen Bauteilen verhindert.

In den beigefügten Zeichnungen ist:

Fig. 1 eine räumliche Darstellung eines Kunststoffniets nach der vorliegenden Erfin­ dung,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Kunststoffniets in nicht zusammengesetztem Zu­ stand,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Kunststoffniets in vormontiertem Zustand und

Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Kunststoffniets in vollständig eingetriebenem Zu­ stand.

Die vorgenannten Figuren illustrieren einen Kunststoffniet 10, bei dem identische Zif­ fern in jeder Figur identische Elemente repräsentieren.

Wie in Fig. 1 illustriert, hat ein Kunststoffniet 10 einen Betätigungszapfen 12 und ei­ nen Körper 14. Der Körper 14 weist einen Kopf 16 auf, welcher integral an einem länglichen Bereich 18 angeformt ist. Der längliche Bereich 18 hat ein Paar diametral entgegengesetzter länglicher Teile 20, die vom Kopf 16 vorspringen. Die länglichen Teile 20 verlaufen bezüglich der Längsachse des Körpers 14 auswärts und sind an ih­ ren jeweiligen distalen Enden 22 durch eine Nase 24 verbunden. Die Nase 24 verläuft von den distalen Enden 22 der länglichen Teile 20 schräg einwärts und bildet so eine Spitze 26. Ein länglicher Gang 28 erstreckt sich durch den Kopf 16 zwischen den länglichen Teilen 20 zur Spitze 26 der Nase 24. Der Gang 28 ist eine "Sackgasse". Das heißt, der Gang 28 erstreckt sich nicht durch die Spitze 26 der Nase 24. Deshalb ist der längliche Bereich 18 geschlossen und zweifach schräg verlaufend. Ein Paar diametral entgegengesetzter Paßflächen 30 sind an der Verbindung der Nase 24 und der länglichen Teile 20 ausgebildet, was später vollständig beschrieben wird. Ein Paar diametral entgegengesetzter Schlitze 32 sind in die länglichen Teile 20 im wesentli­ chen nahe der Verbindung der proximalen Enden des länglichen Teils 20 mit dem Kopf 16 eingeformt. Der längliche Bereich 18 ist in zueinander ausgerichtete Löcher 34 von zu verbindenden Bauteilen 36 derart einsetzbar, daß der Kopf 16 auf dem äußeren der Bauteile 36 aufliegt. Der Kopf 16 kann von beliebiger Gestalt sein, die gestattet, daß der Kopf 16 auf dem äußeren der Teile 36 aufliegt, ohne durch die Lö­ cher 32 hindurchzupassen.

Der Betätigungszapfen 12 hat einen Kopf 38, der integral an einen Schaft 40 ange­ formt ist. Der Kopf 38 hat vorzugsweise kreisförmige Gestalt. Das distale Ende 42 des Schafts 40 weist ein Paar diametral entgegengesetzter elastischer Beine 44 auf. Ein Vorsprung 46 springt radial auswärts von jedem Bein 44 vor. Der Schaft 40 des Betä­ tigungszapfens 12 umfaßt ein Querloch 48. Das Querloch 48 erstreckt sich vorzugs­ weise von der Basis des Kopfs 38 und hat vorzugsweise eine im wesentlichen recht­ eckige Gestalt. Das Querloch 48 bildet ein Paar Wände 50 im Schaft 40. Ein Vor­ sprung 52 springt radial auswärts von jeder Wand 50 vor, und die Vorsprünge 52 sind im wesentlichen zentral bezüglich der Länge des Querlochs 48 positioniert.

Der Betätigungszapfen 12 und der Körper 14 sind vorzugsweise integral einteilig ge­ formt. Der Betätigungspin 12 und der Körper 14 können, wenn Gestaltforderungen dies notwendig machen, separat geformt sein. Ob nun integral oder separat geformt, sind der Betätigungszapfen 12 und der Körper 14 jeweils aus elastischem Material, vorzugsweise Nylon 6/6 hergestellt. Wenn einteilig geformt, sind der Betäti­ gungszapfen 12 und der Körper 14 durch einen zerbrechlichen Bereich miteinander verbunden. Vorzugsweise verbindet der zerbrechliche Bereich das distale Ende des Betätigungszapfens 12 mit der Außenfläche des Kopfs 16 des Körpers 14.

Der Betätigungszapfen 12 ist vorzugsweise wie in Fig. 3 dargestellt im Körper 14 vormontiert. In vormontiertem Zustand ist der Zapfen 12 teilweise in den Körper 14 hineingetrieben, so daß die Vorsprünge 46 in die Schlitze 32 eingreifen. Die Schlitze 32 und die Vorsprünge 46 können von beliebiger Gestalt sein, bei der eine hohe Hal­ tekraft auf die Paßflächen der Schlitze 32 und der Vorsprünge 46 ausgeübt wird, wo­ durch eine Trennung des Betätigungszapfens 12 und des Körpers 14 zum Beispiel während der Fracht und Installation entgegengewirkt wird. Demzufolge sind Monta­ gekosten und -zeit reduziert.

Der Vorsprung 46 hat eine Rampe 56 und eine Schulter 58. Der zwischen der Rampe 56 und dem Schaft 40 gebildet Winkel sollte es gestatten, daß der Betätigungszapfen 12 mit minimaler Kraft in und durch den Gang 28 einsetzbar ist. Dieser Winkel be­ trägt vorzugsweise zwischen 15 und 20°. Die Schulter 58 bildet die Paßfläche des Vorsprungs 46, welche mit dem Schlitz 32 in Eingriff zu bringen ist, wenn der Betäti­ gungszapfen 12 sich in vormontiertem Zustand befindet. Der zwischen der Schulter 58 und dem Schaft 40 gebildete Winkel sollte eine Haltekraft zwischen dem Vorsprung 46 und dem Schlitz 32 ausüben, wodurch einem Entfernen des Betätigungszapfens 12 vom Körper 14 entgegengewirkt wird. Dieser Winkel beträgt vorzugsweise 75° und maximiert so die Haltekraft zwischen dem Betätigungszapfen 12 und dem Körper 14. Ähnlich haben die Vorsprünge 52 eine Rampe 64 und eine Schulter 66 von vorzugs­ weise im wesentlichen identischem Profil wie die Vorsprünge 46.

Die Schlitze 32 haben eine Rampe 60 und eine Schulter 62 und bilden so ein dem Pro­ fil der Vorsprünge 46 und 52 im wesentlichen komplementäres Profil. Im vormon­ tierten Zustand liegt die Schulter 66 an der Schulter 62, welche die Paßflächen der Schlitze 32 und der Vorsprünge 46 bilden. Die Paßfläche 30 hat vorzugsweise die Form einer Schulter, die dem Profil der Vorsprünge 46 komplementär ist. Es ist er­ kennbar, daß aus Gründen der Gestaltung andere Profile des Vorsprungs 46, der Vor­ sprünge 52, der Schlitze 32 und der Paßflächen 30 erforderlich sein können.

Der Körper 14 wird in die ausgerichteten Löcher 32 der zu verbindenden Bauteile 36 so eingesetzt, daß die untere Fläche des Kopfes 16 auf dem äußeren der Bauteile 36 aufliegt. Der Kunststoffniet 10 ist für einen bestimmten Durchmesserbereich der Lö­ cher 34 ausgelegt, um die Teile 36 sicher zu verbinden. Insbesondere der Durchmesser des Lochs 34 des Inneren der Teile 36 muß in einem bestimmten Bereich liegen. Im vormontierten Zutand verlaufen die länglichen Teile 20 vom Kopf 16 aus auswärts, so daß der breiteste Punkt des länglichen Bereichs 18 an der Verbindung zwischen den länglichen Teilen 20 und der Nase 24 ist. Der breiteste Punkt des länglichen Bereichs 18 ist größer als der Durchmesser der Löcher 34. Wenn der längliche Bereich 18 in die Löcher 34 eingesetzt wird, bewirkt das Gleiten der Nase 24 in die Löcher 34, daß die länglichen Teile 20 einwärts geschwenkt werden und so den wirksamen Durch­ messer des länglichen Bereichs 18 reduzieren und dem länglichen Bereich 18 gestat­ ten, vollständig in die Löcher 34 eingesetzt zu werden. Die Elastizität der länglichen Teile 20 bringt die länglichen Teile 20 in ihren jeweiligen vormontierten Zustand, so­ bald der längliche Bereich 18 vollständig in die Löcher 32 so eingesetzt ist, daß die Unterseite des Kopfes 16 auf dem äußeren der Teile 36 aufliegt.

Nachdem der längliche Bereich 18 vollständig in die Löcher 32 eingesetzt ist, kann der Schaft 40 des Betätigungszapfens 12 in den Gang 28 hineingetrieben werden. Während der Betätigungszapfen 12 aus seinem vormontierten Zustand in den Körper 14 hineingetrieben wird, bewirkt die Gleitbewegung der Rampe 56 der Vorsprünge 46 relativ zur Rampe 40 der Schlitze 32, daß die Beine 44 sich einwärts biegen und die länglichen Teile 20 auswärts, was ein tieferes Einsetzen des Betätigungszapfens 12 gestattet. Sobald der Betätigungszapfen 12 so in den Körper 14 hineingetrieben ist, daß die Schulter 58 den Schlitz 32 überquert hat, sind die Beine 44 am stärksten ein­ wärts gebogen. Die einem tieferen Einsetzen des Betätigungszapfens 12 in den Körper 14 entgegenstehende Kraft ist demnach auf die Reibkraft zwischen den Vorsprüngen 46 und den länglichen Teilen 20 beschränkt, bis die Vorsprünge 52 die Oberfläche des Kopfs 16 des Körpers 14 berühren. Eine Zunahme der Einsetzkraft bewirkt, daß die Rampen 64 der Vorsprünge 52 die Wände 50 verbiegt, sowie dementsprechend die Vorsprünge 52, und zwar radial einwärts bis die Schultern 66 die äußere Fläche des Kopfes 16 des Körpers 14 durchquert haben. Die einem tieferen Einsetzen des Betäti­ gungszapfens 12 in den Körper 14 entgegenstehende Kraft ist wiederum reduziert auf die Reibkraft zwischen den Vorsprüngen 46 und den Vorsprüngen 52 sowie den läng­ lichen Teilen 20. Die größte Kraft die zum vollständigen Hineintreiben des Betäti­ gungszapfens 12 in den Körper 14 aus einem vormontierten Zustand bei einem Kunst­ stoffniet nach der vorliegenden Erfindung nötig ist, beträgt üblicherweise weniger als 10 pound [≈ 44 N].

In der vollständig eingesetzten Position liegt die untere Fläche des Kopfes 38 des Be­ tätigungszapfens 12 auf der oberen Fläche des Kopfes 16 des Körpers 14 auf, die Vor­ sprünge 52 befinden sich im Eingriff mit den Schlitzen 32, und die Vorsprünge 46 be­ finden sich im Eingriff mit den Paßflächen 30 am distalen Ende 22 der länglichen Teile 20. Der Eingriff der Vorsprünge 52 mit den Schlitzen 32 und der Vorsprünge 46 mit den Paßflächen 30 schafft eine doppelte Verriegelung des Betätigungszapfens 12 im Körper 14. Demzufolge wirkt einem Herausziehen des Betätigungszapfens 12 aus dem Körper 14 eine Haltekraft entgegen. Die Querschnitte der länglichen Teile 20 und des Schafts 40 des Betätigungszapfens 12 sind derart, daß sich ein im wesentlichen massives Teil ergibt, wenn der Betätigungszapfen 12 vollständig in den Körper 14 eingesetzt ist. Die länglichen Teile 20 werden dadurch am Zusammendrücken gehin­ dert, was wiederum einem Herausziehen des Körpers 14 aus den Teilen 36 entgegen­ wirkt.

Es ist erkennbar, daß unter Gestaltungsaspekten nur ein Satz Vorsprünge 46 oder Vor­ sprünge 54 erforderlich sein kann. Während der Kunststoffniet 10 nach der vorliegen­ den Erfindung verwendbar ist, um Bauteile 36 zu befestigen, kann der Körper 14 in zahlreichen Ausgestaltungen, welche jeweils von einem Befestigungselement verlangt werden, geformt sein. Solche Ausgestaltungen umfassen routing clips, Klammern, Lochstecker und dekorative oder funktionale Abdeckungen, sind aber nicht darauf li­ mitiert.

In diesem Sinne sind die zuvor genannten Ziele und Vorteile äußerst wirkungsvoll er­ reicht worden. Obwohl eine einzelne bevorzugte Ausführungsform der Erfindung hier detailliert offenbart und beschrieben worden ist, bleibt erkennbar, daß diese Erfindung keinesfalls dadurch limitiert ist und daß ihr Wesen durch das der beigefügten Ansprü­ che festgelegt ist.

Claims (8)

1. Kunststoffniet zum Befestigen von zwei Teilen durch Hindurchstecken durch ein ausgerichtetes Loch in den Teilen, wobei der Niet aus elastischem Werkstoff ge­ bildet ist und folgendes aufweist:
einen Betätigungszapfen mit einem Kopf, einem Schaft, welcher von einer un­ teren Fläche des Kopfes vorspringt, und einem ersten Arretiermittel, welches am distalen Ende des Schafts angeordnet ist, und
einem Körper mit einem Kopf und einem länglichen Bereich, wobei der längli­ che Bereich in das Loch einsetzbar ist und eine Anzahl länglicher Teile auf­ weist, die von einer unteren Fläche des Kopfes vorspringen und die entlang ei­ ner Längsachse des länglichen Bereichs schräg auswärts verlaufen, wobei ein distales Ende jedes der länglichen Teile durch eine Nase verbunden ist, die entlang der Längsachse radial einwärts verläuft, wobei ein Raum zwischen den länglichen Teilen einen Gang definiert, der sich durch den Kopf hindurcher­ streckt, wobei jedes der länglichen Teile eine erste Paßfläche an einem proxi­ malen Ende und eine zweite Paßfläche an dem distalen Ende aufweist,
wobei der Schaft teilweise in den Gang so einsetzbar ist, daß das erste Arre­ tiermittel mit den ersten Paßflächen in Eingriff gerät, was eine Haltekraft auf den Betätigungszapfen ausübt, welche einem Herausziehen des Betätigungs­ zapfens aus dem Gang entgegenwirkt,
und wobei dann, wenn der Betätigungszapfen vollständig in den Gang einge­ setzt ist, das erste Arretiermittel sich mit den zweiten Paßflächen in Eingriff befindet, wodurch eine Haltekraft auf den Betätigungszapfen ausgeübt ist, die einem Herausziehen des Betätigungszapfens aus dem Gang entgegenwirkt, wobei der Schaft einem Einwärtsbiegen der länglichen Teile in Richtung der Längsachse entgegenwirkt, wodurch wiederum der Körper gehindert ist, aus dem Loch herausgezogen zu werden.

2. Kunststoffniet nach Anspruch 1, wobei eine Anzahl elastischer Beine längs vom distalen Ende des Schafts vorspringt, das erste Arretiermittel einen Vorsprung aufweist, der radial auswärts von jedem der Beine vorspringt, während der Körper eine Anzahl querer Schlitze aufweist, die die ersten Paßflächen definieren, wobei jedes distale Ende der länglichen Teile eine Schulter hat, welche die zweiten Paß­ flächen definieren, wobei die Beine einwärts gebogen sind, während der Betäti­ gungszapfen in den Körper getrieben wird und wobei die Beine dann relaxieren, wenn der Betätigungszapfen vollständig in den Körper hineingetrieben ist.

3. Kunststoffniet nach Anspruch 2 mit zwei diametral entgegengesetzten länglichen Teilen und zwei diametral einander gegenüberliegenden Schlitzen, wobei die länglichen Teile, die Schlitze, die Beine und die Vorsprünge entlang der Längs­ achse zueinander ausgerichtet sind.

4. Kunststoffniet nach Anspruch 1 zusätzlich mit einem zweiten Arretiermittel an ei­ nem proximalen Ende des Schafts, wobei dann, wenn der Betätigungszapfen voll­ ständig in den Gang eingesetzt ist, das zweite Arretiermittel mit den ersten Paßflä­ chen in Eingriff gerät.

5. Kunststoffniet nach Anspruch 4, wobei der Schaft ein Querloch aufweist, welches sich vom proximalen Ende aus erstreckt und ein Paar Wände bildet, wobei das zweite Arretiermittel einen Vorsprung aufweist, der radial auswärts von jedem der Wände vorspringt, wobei jede der Wände und der Vorsprünge einwärts gebogen wird, wenn die Vorsprünge in den Gang hineinkommen und wobei die Wände sich dann relaxieren, wenn der Betätigungszapfen vollständig in den Körper eingesetzt ist.

6. Kunststoffniet nach Anspruch 3, wobei der Betätigungszapfen und der Körper einteilig geformt sind und wobei das distale Ende des Betätigungszapfens mit ei­ ner Außenfläche des Kopfes durch einen zerbrechlichen Bereich verbunden ist.

7. Kunststoffniet nach Anspruch 6, wobei das elastische Material Nylon 6/6 ist.

8. Kunststoffniet nach Anspruch 7 zusätzlich mit einem integral am Körper ange­ formten Befestigungsmittel.