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Die
Erfindung betrifft ein Befestigungselement mit einem Schaft, einem
an einem Ende des Schafts angeordneten Kopf, der zum Befestigendes Schafts
an ein Werkstück bestimmt ist, und wenigstens einer an
dem Schaft ausgebildeten Sperrklinke, die sich von dem Schaft radial
nach außen und in Richtung des Kopfes erstreckt und radial
nach innen federnd nachgiebig ist und die auf ihrer Außenseite eine
Eingriffsausnehmung mit einer radialen und einer axialen Abstützfläche
aufweist.
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Befestigungselemente
der angegebenen Art werden u. a. im Automobilbau verwendet, um Verkleidungsteile,
beispielsweise an dem Boden, den Wänden, den Türen
oder in dem Dach einer Fahrzeugkarosserie zu befestigen. Die Befestigungselemente sollen
hierbei die Verkleidungsteile fest und dauerhaft an dem jeweiligen
Karosserieteil halten und außerdem eine möglichst
einfache und kostengünstige Montage der Verkleidung ermöglichen.
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Ein
Befestigungselement der eingangs genannten Art ist aus
WO 2008/0066753 A1 bekannt. Es
weist einen hülsenförmigen Schaft aus Kunststoff, an
ein Ende des Schafts angeformte Sperrklinken und einen an das andere
Ende des Schafts angeformten Flansch auf. Der Schaft hat eine Längsbohrung,
in die ein mit einem Außengewinde versehener Bolzen eingeschraubt
ist, dessen Kopf ein Anschweißende bildet. Das bekannte
Befestigungselement hat sich in der Praxis bewährt. Es
hat sich jedoch gezeigt, dass bei manchen Anwendungen Festigkeit und
Schwingungsstabilität den Anforderungen nicht genügen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Festigkeit und Schwingungsstabilität
eines Befestigungselements der eingangs genannten Art auf einfache
und kostengünstige Weise zu erhöhen.
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Die
Aufgabe wird durch ein Befestigungselement mit den in Anspruch 1
angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
des Befestigungselements sind in den weiteren Ansprüchen
angegeben.
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Nach
der Erfindung umfasst das Befestigungselement einen Schaft, einen
an einem Ende des Schafts angeordneten Kopf, der zum Befestigen des
Schafts an ein Werkstück bestimmt ist, und wenigstens eine
an dem Schaft ausgebildeten Sperrklinke, die sich von dem Schaft
radial nach außen und in Richtung des Kopfes erstreckt
und radial nach innen federnd nachgiebig ist und die auf ihrer Außenseite
eine Eingriffsausnehmung mit einer radialen und einer axialen Abstützfläche
aufweist, wobei zwischen dem Schaft und der Sperrklinke ein elastisches
Verstärkungselement angeordnet ist, an welchem die Sperrklinke
abgestützt ist.
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Das
erfindungsgemäße Befestigungselement zeichnet
sich durch einfache Herstellbarkeit und vielseitige Verwendungsmöglichkeiten
aus. Durch die Anordnung des Verstärkungselements können
höhere Haltekräfte quer zur Längsachse
des Schafts aufgenommen werden und Schwingungsbelastungen besser
abgefangen werden. Das Verstärkungselement kann als separates
Teil je nach Bedarf in das Befestigungselement eingesetzt werden,
wodurch eine flexible Anpassung an verschiedene Belastungsanforderungen
mit geringem Bau- und Herstellaufwand erzielbar ist. Für
höhere Beanspruchungen kann das Verstärkungselement
aus Metall, beispielsweise als ein Blechteil, hergestellt sein.
Neben einer größeren Festigkeit wird hierdurch
auch die Temperaturbeständigkeit des Befestigungselements erhöht.
Der Schaft und die Sperrklinke des Befestigungselements werden vorzugsweise
aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Verstärkungselement
einen an dem Schaft anliegenden ersten Schenkel und einen an der
Sperrklinke anliegenden zweiten Schenkel auf, die durch einen spitzwinkligen
Verbindungsabschnitt verbunden sind. Diese Gestaltung kann aus Blech
leicht hergestellt werden.
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Weiterhin
kann das Verstärkungselement Haltelaschen aufweisen, welche
die Sperrklinke seitlich umgreifen und dadurch in seiner Einbaulage
fixieren.
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Das
erfindungsgemäße Befestigungselement kann an dem
Schaft mit einem in axialer Richtung federnd nachgiebigen Flansch
versehen sein, dessen äußerer Randbereich der
Eingriffsausnehmung der Sperrklinke gegenüberliegt. Dies
ermöglicht eine spielfreie und schwingungssichere Befestigung
eines Bauteils, beispielsweise eines Verkleidungsteils eines Fahrzeugs,
indem dieses zwischen dem nachgiebigen Flansch und den Abstützflächen der
Sperrklinke festgeklemmt werden kann. Zur Montage eines zu befestigenden
Bauteils ist es lediglich erforderlich, dieses mit seiner Befestigungsöffnung auf
das angeschweißte Befestigungselement aufzusetzen und bis
zum Einrasten in die Eingriffsausnehmung der Sperrklinke anzudrücken.
Nach dem Einrasten wird das Verkleidungsteil in axialer Richtung durch
die Sperrklinke und den federnd nachgiebigen Flansch und bezogen
auf den Schaft in radialer Richtung durch die an dem Verstärkungselement
abgestützte Sperrklinke spielfrei gehalten. Die Gestaltung der
Eingriffsausnehmung sorgt hierbei dafür, dass die Sperrklinke
in die Öffnung des Verkleidungsteils eingreift und axial
und radial an dem Rand der Öffnung des Verkleidungsteils
anliegt.
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Vorzugsweise
weist das Befestigungselement nach der Erfindung mehrere Sperrklinken
auf, die an dem Schaft ausgebildet und durch Zwischenräume
voneinander getrennt sind, wobei die Außenflächen
der Sperrklinken Abschnitte einer gemeinsamen Kegelstumpffläche
bilden. Diese Gestaltung erleichtert die Positionierung eines zu
befestigenden und eine kreisrunde Befestigungsöffnung aufweisenden
Bauteils bei der Montage und sorgt für eine positionsgenaue
Fixierung des Bauteils durch das Befestigungselement. Hierbei kann
an jeder Sperrklinke oder auch nur an einzelnen gegenüberliegenden Sperrklinken
ein Verstärkungselement angeordnet sein.
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Zur
einfachen Herstellung des Befestigungselements kann nach einem weiteren
Vorschlag der Erfindung der Flansch im Bereich der axialen Projektion
der Sperrklinken ausgespart sein. Hierdurch ist es möglich,
die aus Schaft, Sperrklinken und Flansch bestehende Baueinheit einstückig
mit einem zweiteiligen und daher einfachen Formwerkzeug zu formen. Durch
die Aussparung kann außerdem das Verstärkungselement
auf einfache Weise montiert werden.
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Der
Schaft kann eine Längsbohrung haben, in der ein Bolzen
angeordnet ist, wobei ein Ende des Bolzens aus der Längsbohrung
herausragt und den Kopf bildet und wobei an dem Schaft ein in axialer Richtung
federnd nachgiebiger Flansch ausgebildet ist, dessen äußerer
Randbereich der Eingriffsausnehmung der Sperrklinke gegenüberliegt.
Je nach Material des Werkstücks, an dem das Befestigungselement
angeschweißt werden soll, kann in den Schaft ein Bolzen
aus geeignetem Material, beispielsweise Stahl, Aluminium oder Kunststoff,
eingesetzt werden.
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Das
Anschweißen des Befestigungselements erfolgt bei einem
metallischen Bolzen vorzugsweise mit Hilfe eines elektrischen Schweißgeräts,
welches nach dem Hubzündungsverfahren arbeitet. Hierbei
ist es notwendig, den Bolzen mit einem Leiter zur Zuführung
des Schweißstroms in Kontakt zu bringen. Erfindungsgemäß kann
hierzu der Kopf des Bolzens zwischen seinem Anschweißende
und dem Schaft einen Kontaktabschnitt für das Ansetzen einer
Schweißzange haben. Ist die gewünschte axiale
Länge des Kopfes zur Ausbildung eines Kontaktabschnitts
zu klein, so kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung vorgesehen
sein, dass in der Wand des Schafts in radialer Richtung von außen
frei zugängliche Öffnungen ausgebildet sind, die
in die Längsbohrung münden. Durch diese Öffnungen
kann eine Schweißzange oder ein Kontaktelement mit dem
Bolzen in Kontakt gebracht werden.
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Ist
der Bolzen mit einem Außengewinde versehen und in die Längsbohrung
des Schafts eingeschraubt, so kann an dem dem Kopf entgegengesetzten
Ende des Schafts ein Werkzeugeingriffsbereich zum Ansetzen eines
Schraubwerkzeugs vorgesehen sein. Hierdurch kann durch Abschrauben
des aus Schaft, Sperrklinken und Flansch bestehenden Teils von dem
Bolzen die Befestigung eines Bauteils auf einfache Weise gelöst
werden.
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Eine
andere Möglichkeit, um ein gehaltenes Bauteil von dem Befestigungselement
zu lösen, besteht darin, mit Hilfe eines geeigneten Werkzeugs, beispielsweise
eines Rohres, die Sperrklinken so weit nach innen zu biegen, bis
sie von dem gehaltenen Bauteil freikommen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt
sind. Es zeigen
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1 eine
Ansicht einer Stirnseite eines erfindungsgemäßen
Befestigungselements,
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2 einen
Querschnitt II-II des Befestigungselements gemäß 1,
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3a eine
Seitenansicht eines Verstärkungselements und
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3b eine
Vorderansicht des Verstärkungselements gemäß 3a.
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Das
in den 1 bis 3 dargestellte
Befestigungselement 1 besteht aus einem im Spritzgießverfahren
aus thermoplastischem Kunststoff herstellbaren Clip 2 und
einem in diesen eingesetzten Bolzen 3, der aus Metall,
z. B. Stahl oder Aluminium, aber auch aus Kunststoff bestehen kann.
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Der
Clip 2 hat einen geraden Schaft 4 mit einer zentralen
Längsbohrung 5, die zur Aufnahme des Bolzens 3 dient.
In der Längsbohrung 5 sind Längsrippen
ausgebildet, die zur Verankerung des mit einem Außengewinde
versehenen Gewindeabschnitts 6 des Bolzens 3 dienen.
An das eine Ende des Schafts 4 sind drei Sperrklinken 7 angeformt,
die sich radial nach außen und in Richtung des anderen
Endes des Schaftes 4 erstrecken. Selbstverständlich kann
die Anzahl der Sperrklinken auch kleiner oder größer
sein. Die Sperrklinken 7 haben einen gleichmäßigen
Abstand voneinander und erstrecken sich jeweils über einen
Sektor von 60° bezogen auf die Achse der Längsbohrung 5.
Auf ihrer Außenseite weisen die Sperrklinken 7 Außenflächen 8 auf,
die Abschnitte einer gemeinsamen, zur Längsachse koaxialen
Kegelstumpffläche bilden. Der Kegelwinkel der Kegelstumpffläche
liegt vorzugsweise in einem Bereich von 60° bis 90°.
An ihren freien Enden sind die Sperrklinken 7 auf der Außenseite
mit Eingriffsausnehmungen 9 versehen, die zur Längsachse koaxiale
zylindrische Abstützflächen 10 und ebene Abstützflächen 11 haben.
Die Abstützflächen 11 liegen in einer
gemeinsamen radialen Ebene.
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An
das den Anbindungsstellen der Sperrklinken 7 entgegengesetzte
Ende des Schafts 4 ist ein sich radial nach außen
erstreckender Flansch 12 angeformt. Der Flansch 12 hat
die Form eines flachen Kegelstumpfs mit einem Kegelwinkel von ungefähr 160° und
einen kreisrunden Rand, dessen Außendurchmesser größer
ist als die größte radiale Erstreckung der Sperrklinken 7.
Im Bereich der axialen Projektion der Sperrklinken 7 weist
der Flansch 12 Aussparungen 13 auf, die zur Durchführung
von Abschnitten des Formwerkzeugs dienen und dazu bestimmt sind,
die Innenseiten der Sperrklinken 7 und die diesen gegenüberliegenden
Außenseiten des Schafts 4 zu formen. Die Aussparungen 13 sorgen außerdem
für eine im Vergleich zu einem geschlossenen Flansch erhöhte
elastische Nachgiebigkeit des Flansches 12. In den nicht
ausgesparten Bereichen sind im Umfangsrand des Flansches 12 in
einem Abstand von 120° Kerben 14 vorgesehen. Mit Hilfe
der Kerben 14 lässt sich das Befestigungselement 1 bei
der Förderung oder Verarbeitung genau positionieren.
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Der
in der Längsbohrung 5 angeordnete Bolzen 3 ragt
an dem flanschseitigen Ende des Schafts 4 aus der Längsbohrung 5 heraus
und bildet dort einen Kopf 15 mit einer flachkonischen
Anschweißfläche 16. Der Durchmesser des
Kopfes 15 ist größer als derjenige des
Bolzens 3. In den Zwischenräumen zwischen den
Sperrklinken 7 sind in dem Schaft 4 Öffnungen 17 vorgesehen,
die in die Längsbohrung 5 münden. Durch
die Öffnungen 17 kann der Bolzen 3 von
einer Schweißvorrichtung gegriffen und mit einem den Schweißstrom
leitenden Element in Kontakt gebracht werden.
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In
den Freiräumen zwischen den Sperrklinken 7 und
dem Schaft 4 ist jeweils ein Verstärkungselement 20 angeordnet.
Das Verstärkungselement 20 ist aus Blech, insbesondere
Stahlblech, hergestellt und hat, wie aus den 3a und 3b zu
ersehen, einen ersten Schenkel 21 und einen zweiten Schenkel 22,
die einen Abstand voneinander haben und an einem Ende durch einen
spitzwinklig gebogenen Verbindungsabschnitt 23 miteinander
verbunden sind. Mit dem ersten Schenkel 21 liegt das Verstärkungselement 20 an
dem Schaft 4 und mit dem zweiten Schenkel 22 liegt
es an der Innenseite der Sperrklinke 7 an. Der zweite Schenkel 22 ist
in einem Abstand von seinem freien Ende in Richtung auf den ersten
Schenkel 21 abgebogen. Durch die Abbiegung wird eine bessere
Anschmiegung des Schenkels 22 an die Innenfläche
der Sperrklinke 7 bewirkt. Der zweite Schenkel 22 weist
an beiden Seiten sich in Umfangsrichtung erstreckende Haltelaschen 24 auf,
deren Enden 25 im Wesentlichen rechtwinklig derart abgebogen
sind, dass sie von dem ersten Schenkel 21 weg ragen und
in der Einbaulage des Verstärkungselements 20 die
seitlichen Ränder der Sperrklinke 7 umgreifen.
Hierdurch wird das Verstärkungselement 20 in seiner
Einbaulage exakt ausgerichtet und gehalten.
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Das
freie Ende 27 des ersten Schenkels 21 ist mit
einer zu seiner Endkante 28 hin kontinuierlich zunehmenden
Verbreiterung versehen. Die Breite der Endkante 28 ist
hierdurch etwas größer als die Breite des an den
Schaft 4 angrenzenden Endes der sektorförmigen
Aussparung 13 im Flansch 12 des Befestigungselements 1.
Wenn das Verstärkungselement 20 eingebaut ist,
stützt sich daher das Ende 27 mit seiner Endkante 28 an
den an den Schaft 4 angrenzenden Rändern der Aussparung 13 ab.
Das Verstärkungselement 20 ist hierdurch in der
Einbaulage axial fixiert. Der Einbau des Verstärkungselements 20 in
das Befestigungselement 1 wird durch die Verbreiterung
des Endes 27 nicht beeinträchtigt, denn beim Einsetzen
können die Schenkel 21, 22 etwas zueinander
gebogen werden, wodurch das Ende 27 in einen Bereich größerer Öffnungsweite
der Aussparung 13 gelangt und dadurch leicht in den Freiraum
zwischen der Sperrklinke 7 und dem Schaft 4 hineingedrückt
werden kann.
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Durch
die Verstärkungselemente 20 werden die Sperrklinken 7 in
radialer Richtung zusätzlich federnd an dem Schaft 4 abgestützt.
Im Vergleich mit dem bekannten Befestigungselement können
die Sperrklinken daher größere radiale Haltekräfte
aufnehmen. In den für die Verwendung des Befestigungselements
in Frage kommenden Temperaturbereichen ist die Festigkeit der Verstärkungselemente aus
Metall nahezu konstant, so dass durch die erfindungsgemäße
Ausrüstung des Befestigungselements mit den beschriebenen
Verstärkungselementen eine erheblich verbesserte Temperaturbeständigkeit
erzielt werden kann. Die Montage der Verstärkungselemente
erfolgt durch Einsetzen durch die Aussparung im Flansch und ist
daher einfach. Zusätzliche Maßnahmen zur Sicherung
der Verstärkungselemente in der Einbaulage sind nicht erforderlich.
Die Verwendung nachträglich eingesetzter Verstärkungselemente
hat weiterhin den Vorteil, dass ohne großen Mehraufwand
eine Anpassung an unterschiedliche Belastungsanforderungen erfolgen kann,
indem nur an Stellen höherer Belastung verstärkte
und an anderen Stellen unverstärkte Befestigungselemente
eingesetzt werden. Das Anschweißen des Befestigungselements
an eine Unterlage wird durch die Verstärkungselemente nicht
behindert, denn diese sind in genügend großem
Abstand von der Schweißzone am Kopf des Bolzens angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2008/0066753
A1 [0003]