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Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement zur Verbindung zweier Bauteile, sowie die Verwendung dieses Befestigungselementes zur schraublosen Befestigung einer Profilleiste an einer Befestigungsfläche eines Kraftfahrzeuges, insbesondere zur Befestigung einer Dachträgeranordnung am Dach eines Kraftfahrzeuges.
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Aus dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 20 2010 002 446 U1 ist eine Befestigungsmöglichkeit für eine Dachträgeranordnung mit zwei Profilleisten am Dach eines Kraftfahrzeuges bekannt. Hierbei ist am Dach des Kraftfahrzeuges jeweils ein Befestigungsbolzen vorgesehen, der über eine Schraubverbindung mit einer an der Profilleiste vorgesehenen Konsole verbunden wird. Eine andere Möglichkeit zeigt das noch nicht veröffentlichte Gebrauchsmuster
DE 20 2011 001 619.6 , hier wird mittels einer Schraube ein Keilschieber unter den Kopf des dachseitigen Befestigungsbolzens geschoben und auf diese Weise die Profilleiste am Dach des Kraftfahrzeugs festgelegt. Nachteilig bei den vorgenannten Befestigungsarten zur Montage einer Dachträgeranordnung, ist die benötigte vergleichsweise lange Montagezeit aufgrund der vorgesehenen Schraubverbindung.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Befestigung für eine Profilleiste, insbesondere für eine Dachträgeranordnung zur Verfügung zu stellen, bei der der Montagevorgang weniger zeitaufwendig ist.
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Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 6, 17 oder 18 gelöst. Hierbei wird insbesondere ein neuartiges Befestigungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 verwendet.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, eine schraublose Befestigung eines zweiten Bauteils an einem ersten Bauteil zu ermöglichen, insbesondere zur Festlegung einer Profilleiste an einer Befestigungsfläche eines Kraftfahrzeuges, besonders bevorzugt zur schraublosen Befestigung einer Dachträgeranordnung am Dach des Kraftfahrzeuges. Anstatt einer Schraubverbindung wird ein Befestigungselement verwendet, welches am ersten Bauteil festgelegt wird und in eine Öffnung am zweiten Bauteil eingreift. Dieses Befestigungselement besitzt Spreizarme, die hinter der Öffnung des zweiten Bauteils abspreizen und sich am zweiten Bauteil abstützen. Aufgrund dieser Spreizbefestigung ist es möglich, eine Profilleiste in einfachster Weise auf ein Dach eines Kraftfahrzeuges aufzustecken, wenn dieses neuartige Befestigungselement vorher am Dach des Kraftfahrzeuges festgelegt wird. Beispielsweise kann eine mit einer Konsole versehene Dachträgerprofilleiste, wobei die Konsole eine entsprechende Aufnahme und Öffnung für ein solches neuartige Befestigungselement besitzt, in einfachster Weise auf dem Dach des Kraftfahrzeuges festgelegt werden, ohne dass es einer zeitaufwendigen Schraubverbindung bedarf.
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Bei diesem neuen Befestigungselement zur Verbindung zweier Bauteile handelt es sich insbesondere um einen bolzenartigen Grundkörper, der an seinem einen Ende mit seinem Fußteil an einem ersten Bauteil festgelegt und der mit seinem anderen Ende, dem Kopfteil, durch eine Öffnung des zweiten Bauteils greift und dort durch Abstützung festlegbar ist. Im einfachsten Fall besitzt dieser bolzenartige Grundkörper einen runden Querschnitt. Es sind jedoch auch andere, beispielsweise ovale, eckige oder sonstige Querschnitte denkbar. Der Querschnitt ist an die Form der Öffnung des zweiten Bauteils angepasst.
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Das Fußteil des Grundkörpers, welches am ersten Bauteil festgelegt wird, ist entsprechend der dort vorhandenen Verbindungsmöglichkeiten ausgestaltet. Ist am ersten Bauteil eine Blindnietmutter vorgesehen, wird das Fußteil des Grundkörpers als Schraubbolzen geformt. Ist dagegen am ersten Bauteil ein Schraubbolzen vorgesehen, wird das Befestigungselement beispielsweise als Gewindehülse geformt, so dass der Schraubbolzen von unten in diese Gewindehülse des Befestigungselements eingeschraubt werden kann.
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Ist die Verbindung des Befestigungselementes mit dem ersten Bauteil vorgenommen, kann das zweite Bauteil in einfacher Weise auf das oder die am ersten Bauteil angeordneten Befestigungselemente aufgesetzt werden. Hierbei wird das Kopfteil des Grundkörpers des Befestigungselements durch eine Öffnung des zweiten Bauteils gesteckt. An diesem Kopfteil des Grundkörpers sind mindestens zwei Spreizarme vorgesehen, die nach außen abgespreizt sind und mittels Federkraft in diesen abspreizenden Positionen vorgespannt sind. Zum Einstecken des Kopfteils durch die Öffnung des zweiten Bauteils ist es jedoch möglich, diese vom Grundkörper abgespreizten Spreizarme entgegen der Federkraft an den Grundkörper anzudrücken, so dass sich die Breite des Befestigungselements soweit verringert, dass das Kopfteil des Befestigungselements durch die Öffnung des zweiten Bauteils passt. Sobald die Öffnung des zweiten Bauteils passiert wurde, spreizen die Spreizarme aufgrund der vorhandenen Federkraft ab und stützen sich an vorgesehenen Stützflächen am zweiten Bauteil ab. Hierzu besitzt jeder Spreizarm an seinem freien Ende eine Kontaktfläche, die mit einer Stützfläche am zweiten Bauteil zusammenwirkt.
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Bei einer Ausführungsform mit zwei Spreizarmen sind in Befestigungslage die Spreizarme in einem spitzen Winkel vom Grundkörper des Befestigungselements abgespreizt, insbesondere in einem Winkel zwischen 30° und 60°. Diese Spreizarme werden vorzugsweise an zwei gegenüberliegenden Seiten des Grundkörpers angebracht und spreizen mit gleichem Spreizwinkel von Grundkörper in entgegengesetzte Richtungen ab.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Spreizarme so am Befestigungselement angeordnet, dass sie mit ihrem einen Ende dem oberen Ende am Kopfteil des Grundkörpers beweglich gelagert sind und das jeweils freie Ende jedes Spreizarms im Wesentlichen nach unten – in Richtung des Fußteils des Grundkörpers – gerichtet ist, wenn die Spreizarme an den Grundkörper angedrückt sind. Dieses freie Ende der Spreizarme besitzt vorzugsweise an der Stirnseite die Kontaktfläche, mit der sich das Befestigungselement am zweiten Bauteil abstützt. Diese Kontaktfläche kann eine konvex nach außen gewölbte Stirnseite des Spreizarms sein oder aber an der Stirnseite des freien Endes des Spreizarms ist eine gegenüber der Längsachse des Spreizarms geneigt ausgerichtete ebene Fläche vorgesehen. Die Neigung der Kontaktflächen ist so gewählt, dass sich die Kontaktflächen beim Auseinanderspreizen der Spreizarme, nämlich nach dem Einstecken des Befestigungselements durch die Öffnung am zweiten Bauteil, an den Stützflächen des zweiten Bauteils verspannen können. Günstig ist es, wenn die Kontaktfläche und Stützfläche unterschiedliche Neigungen besitzen, so dass sich die Spreizarme beim Aufspreizen auf die Stützfläche aufschieben können. Diese Ausgestaltung der Kontaktflächen ermöglicht es beim Herstellen der Verbindung mit dem zweiten Bauteil, nämlich beim Aufspreizen der Spreizarme sich keilförmig auf die Stützflächen aufzuschieben und möglicherweise vorhandene Toleranzen aufzunehmen. Dies führt beim Verspannen zu einer Toleranzaufnahme in Einsteckrichtung der Z-Richtung.
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Ein Toleranzausgleich senkrecht zur Einsteckrichtung, nämlich in X-Richtung und/oder in Y-Richtung, kann mittels eines am Grundkörper des Befestigungselementes vorgesehenen Zentrierbundes vorgenommen werden. Dieser Zentrierbund wird zwischen dem Kopfteil und dem Fußteil am Grundkörper angeordnet. Vorzugsweise wird der Zentrierbund einstückig mit dem Grundkörper ausgebildet. In einer einfachen Ausführungsform besitzt der Grundkörper einen runden Querschnitt und der Zentrierbund stellt einen ringförmigen Kragen um die Taille des Gundkörpers des Befestigungselements dar. Eine Zentrierung in X-Richtung und/oder Y-Richtung, d. h. in einer Richtung quer zur Einsteckrichtung, ist dann möglich, wenn am zweiten Bauteil vor der eigentlichen Durchstecköffnung eine Erweiterung der Öffnung zur formschlüssigen Aufnahme des Zentrierbundes vorgesehen ist. Eine solche Öffnung am zweiten Bauteil besitzt in diesem Fall in Einsteckrichtung einen ersten vom Befestigungselement zu passierenden, vorderen breiteren Bereich und einen zweiten danach vom Befestigungselement zu passierenden, hinteren schmaleren Bereich. In einer Ausführungsform besitzt der hintere schmalere Bereich beispielsweise eine zylindrische Form, deren Durchmesser an den Durchmesser des Grundkörpers angepasst ist. Um auch das Einstecken der Spreizarme zu ermöglichen, ist der Grundkörper im Kopfbereich, wo die Spreizarme vorgesehen sind, entsprechend schmaler ausgestaltet. Die angedrückten Spreizarmen werden so innerhalb der Umfangsfläche des Grundkörpers aufgenommen. Dagegen überragt der Zentrierbund am Grundkörper die Umfangsfläche des Grundkörpers nach außen und besitzt eine größere Breite. Dieser Zentrierbund findet nach dem Einstecken des Befestigungselements seine Position im vorderen breiteren Bereich der Öffnung, d. h. im breiteren Bereich der Öffnung. Um eine Zentrierung zu ermöglichen, ist die Breite des vorderen Bereichs der Öffnung an die Breite des Zentrierbunds angepasst, insbesondere wird vorgesehen, dass sich die Breite des vorderen Bereichs in Einsteckrichtung, d. h. vom Öffnungseingang bis zum Übergang zum hinteren Bereich verringert. Das führt beim Einstecken des Befestigungselements dazu, dass der Zentrierbund sich im vorderen Bereich der Öffnung verspannt.
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Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um die Befestigung einer Dachträgeranordnung am Dach eines Kraftfahrzeuges. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Anwendungsbeispiel beschränkt. Es zeigen:
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1: die Dachträgeranordnung vor der Montage,
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2: die Dachträgeranordnung in Befestigungslage und
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3: einen vergrößerten Ausschnitt aus 2.
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Die 2 zeigt eine Profilleiste 11 der Dachträgeranordnung, die in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges an beiden Seiten auf dem Kraftfahrzeugdach vorgesehen und am Kraftfahrzeugdach festgelegt ist. In 1 ist das Dach des Kraftfahrzeuges mit seiner Befestigungsfläche 21 angedeutet. Zur Festlegung der Profilleiste 11 ist die Befestigungsfläche 21 mit Blindnietmuttern 22 ausgestattet, die in Öffnungen 23 der Befestigungsfläche 21 vormontiert sind. Die Profilleiste 11 ist in diesem Beispiel eine stranggepresste Aluminiumprofilleiste mit einem vorderen und einem hinteren abgebogenen Endabschnitt. In 1 ist nur einer dieser Endabschnitte gezeigt. Im Bereich dieses Endabschnitts der Profilleiste 11 befindet sich unterhalb der Profilleiste 11 eine Konsole 30, die nach außen von einer Abdeckkappe 36 verdeckt ist. Bei dieser Abdeckkappe 36 kann es sich ebenfalls um einen stranggepressten Profilabschnitt aus einer Aluminiumlegierung handeln, so dass die Profilleiste 11 und die Abdeckkappe 36 ein einheitliches, optisch ansprechendes Aussehen besitzen. Die von der Abdeckkappe 36 verdeckte Konsole 30 besitzt verschiedene Öffnungen. Zum einen Öffnungen für Befestigungsmittel 34. Mittels dieser Befestigungsschrauben 34, die von unten her in die Konsole 30 eingreifen, ist die Konsole 30 an der Profilleiste 11 festgelegt. Die Profilleiste 11 besitzt hierzu eine passende Bohrung in der Unterseite und innerhalb der Profilleiste 11 können entsprechende Befestigungsgegenstücke, beispielsweise ein Einlageformteil 37 mit entsprechenden Muttern, vorgesehen sein. Des Weiteren besitzt die Konsole 30 eine Öffnung 32. Diese Öffnung 32 führt in einen Aufnahmeraum 31. Die Öffnung 32 selbst ist in einem vorderen Bereich 321 mit einer größeren Breite und in einen hinteren Bereich 322 mit einer gegenüber dem vorderen Bereich geringeren Breite unterteilt. Ausgehend von der Öffnung 32 verlaufen Seitenwände der Konsole 30, die den gegenüber der Öffnung 32 breiteren Aufnahmeraum 31 begrenzen. Diese Seitenwände umfassen Bereiche, die Stützflächen 33 für das Befestigungselement 40 darstellen.
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Das neuartige Befestigungselement 40 besitzt einen bolzenartigen Grundkörper 41 mit einem Kopfteil 43 und einem Fußteil 42. Das Fußteil 42 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Schraubbolzen geformt und einstückig mit dem Befestigungselement 40 ausgebildet. Das Außengewinde des Schraubbolzens am Fußteil 42 des Befestigungselements 40 korrespondiert zu dem Innengewinde der Blindnietmutter 22, die am Dach des Kraftfahrzeuges vorgesehen ist. Am Kopfteil 43 sind in diesem Beispiel zwei an gegenüberliegenden Seiten des Grundkörpers 41 vorgesehene Spreizarme 44 vorgesehen, die mit ihrem einen Ende 442 drehbeweglich am Kopf 43 des Grundkörpers 41 des Befestigungselements 40 gelagert sind und federbelastet in unterschiedliche Richtungen von Grundkörper 41 abspreizen, nämlich in der abgespreizten Befestigungsstellung jeweils in einem spitzen Winkel bezogen auf die Mittelachse M des Grundkörpers 41 vom Grundkörper abragen. Das freie Ende 441 der Spreizarme 44 dient zum Abstützen an der Konsole 30 und ist im Bezug zur Längsachse L des Spreizarms vorzugsweise geneigt oder kurvenförmig ausgestaltet.
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In einem ersten Montageschritt wird das Befestigungselement 40 mit der Befestigungsfläche 21 verbunden, wozu das Fußteil 42 in die Blindnietmutter 22 eingeschraubt wird. Nun kann durch einfaches Aufstecken der mit der Konsole 30 versehenen Profilleiste 11 auf das Befestigungselement 40 der Montagevorgang vollzogen werden. Bei diesem Aufsteckvorgang greift das Befestigungselement 40 mit seinem Kopfteil 43 in die Öffnung 32 der Konsole 30 von unten ein. Dabei werden die am Kopfteil 43 des Befestigungselements 40 vorgesehenen Spreizarme 44 entgegen der wirkenden Federkraft des Federelementes 46 in Richtung Grundkörper 41 gedrückt, so dass sich die Breite des Befestigungselements 40 verringert. In diesem Ausführungsbeispiel entspricht das zusammengedrückte Kopfteil 43 in seinem Durchmesser dem Durchmesser des Grundkörpers 41 im mittleren Bereich, d. h. im zusammengedrückten Zustand stellt das Befestigungselement 40 im oberen Bereich einen Rundkörper dar, dessen Durchmesser an die Breite des hinteren Bereichs 322 der Öffnung 32 angepasst ist, nämlich in der Weise, dass das Kopfteil 43 den hinteren Bereich 322 passieren kann. Sobald das Befestigungselement 40 soweit eingesteckt ist, dass sich die Spreizarme 44 wieder frei bewegen können, werden diese aufgrund der Federkraft des Federelementes 46 vom Grundkörper 41 abgespreizt. Der Abspreizvorgang ist beendet, wenn die Stirnseiten der feien Enden 443 der Spreizarme 44 sich mit ihren jeweiligen Kontaktflächen 443 an den beidseitig neben und hinter der Öffnung 32 vorgesehenen Stützflächen 33 der Konsole 30 verspannen. Die Kontaktflächen 443 sind an der Stirnseite des freien Endes 441 des Spreizarms 44 vorgesehen. Das Abspreizen wird durch ein Federelement 46 bewirkt, wobei die Federschenkel des am Kopfteil 43 gelagerten Federelements 46 in innenseitige Nuten der Spreizarme 44 eingreifen. Diese Federkraft bewirkt nach dem Zusammendrücken der Spreizarme 44 zum Einstecken des Befestigungselements 40 und nach dem Passieren der Öffnung 32 ein Aufspreizen der Spreizarme 44 im Aufnahmeraum 31 und zwar soweit bis die an der Stirnseite des freien Endes 441 vorgesehene Kontaktfläche 443 sich jeweils an einer Stützfläche 33 verspannen. Dieses Verspannen führt zu einer Toleranzaufnahme in Einsteckrichtung, der Z-Richtung. Das Kopfteil 43 des Befestigungselements 40 ist dabei im Aufnahmeraum 31 und aufgrund der Öffnung an der Unterseite der Profilleiste 11 auch im Innenraum der Profilleiste 11 aufgenommen.
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Die Zentrierung in Z-Richtung, d. h. in Einsteckrichtung, wird insbesondere durch die Form der Kontaktflächen 443 und die Ausgestaltung der Stützflächen 33 erzielt. Dies ist besser aus 3 zu ersehen. 3 stellt einen vergrößerten Ausschnitt der Befestigungslage von 2 dar. Es wird deutlich, dass die nach dem Einstecken des Befestigungselements 40 wieder aufspreizenden Spreizarme 44 sich mit ihren Kontaktflächen 443 an den Stützflächen 33 anlegen. Da die Spreizarme 44 keilförmig auf die Stützflächen 33 der Konsole 30 zulaufen, führt dies gleichzeitig zum Verspannen. Dieses Verspannen wird dadurch bewirkt, dass die den Aufnahmeraum 31 begrenzenden Stützflächen 33 als Kurvenflächen ausgestaltet sind, die ausgehend vom Rand der Öffnung 32 eine allmählich ansteigende Neigung zeigen. Im Kontaktbereich der Stützflächen 33 mit den Kontaktflächen 443 der Spreizarme 44 zeigen die Stützflächen 33 eine Neigung mit einem Neigungswinkel β gegenüber der Mittelachse M des Grundkörpers 40. Wie aus der 3 ersichtlich, ist die Stirnfläche des freien Endes 441 des Spreizarms 44 kurvenförmig ausgestaltet und zwar jeweils so abgeschrägt, dass die Kontaktfläche 443 sich keilförmig auf die Stützfläche 33 schiebt. Die Kontaktfläche 443 besitzt im Kontaktbereich einen Neigungswinkel α gegenüber der Mittelachse M des Grundkörpers 40, der geringer als der Neigungswinkel β der Stützfläche 33 ist. Diese unterschiedlichen Neigungen bewirken den Toleranzausgleich in Einsteckrichtung.
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In Befestigungslage liegt die mit der Konsole 30 verbundene Profilleiste 11 mit der an der Unterseite vorgesehenen Auflagefläche 35 auf der Befestigungsfläche 21 des Daches des Kraftfahrzeuges auf. Das Befestigungselement 40 ist mit der Blindnietmutter 22 verschraubt und die abgespreizten Spreizarme 44 stützen sich an den Stützflächen 33 der Konsole 30 ab. Der zwischen Kopfteil 43 und Fußteil 42 des Befestigungselements 40 vorgesehene Zentrierbund 45, der einen größeren Durchmesser als der Grundkörper 41 besitzt, findet seine Aufnahme im vorderen Bereich 321 der Öffnung 32. Die Breite des hinteren Bereichs 322 ist an die Form und die Breite des Grundkörpers 41 angepasst. In diesem Beispiel weist der Grundkörper 41 einen kreisförmigen Querschnitt auf, dessen Durchmesser geringfügig kleiner als die Breite der Öffnung 32 im hinteren Bereich 322 ist. Der vordere Bereich 321 der Öffnung 32 ist breiter als der hintere Bereich 322 und in diesem Beispiel konisch geformt, wobei sich der Durchmesser in Einsteckrichtung verringert und sich damit die Breite der Öffnung 32 im vorderen Bereich 321 verkleinert. Um eine Zentrierung der Profilleiste 11 quer zur Einsteckrichtung zu erzielen, ist der Durchmesser des Zentrierbunds 45, der in diesem Beispiel einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, so an die Breite des vorderen Bereichs 321 der Öffnung 32 angepasst, dass es zu einer Verspannung des Zentrierbundes 45 innerhalb dieses vorderen Bereichs 321 kommen kann und auf diese Weise zu einem Toleranzausgleich quer zur Einsteckrichtung, d. h. in X-Richtung sowie in Y-Richtung.
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Das vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel zeigt die einfache Montage einer Dachträgeranordnung, wobei das Befestigungselement 40 am dachseitigen Blindniet 22 vormontiert wird und anschließend die mit einer Konsole versehene Profilleiste 11 auf die vormontierten Befestigungselemente 40 aufgesteckt wird, wobei diese in entsprechende Aufnahmeräume eingreifen und sich mit ihren Spreizarmen 44 an den Stützflächen 33 im Aufnahmeraum 31 verspannen. Eine solche Montage benötigt bedeutend weniger Montagezeit und führt trotzdem zu einer Zentrierung der Profilleiste 11 in allen Richtungen.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Es sind darüber hinaus verschiedene Abwandlungen möglich. Das vorbeschriebene Befestigungselement 40 kann auch an der Profilleiste 11 vormontiert werden und mit einem die Spreizarme 44 aufweisenden Fußteil 42 in eine Öffnung 23 des Dachs eingeführt werden, wobei sich die Spreizarme 44 hinter der Öffnung 23 an der Rückseite verspannen.
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Darüber hinaus ist es auch denkbar, die die Spreizwirkung bewirkenden Spreizarme an der Konsole vorzusehen und ein Befestigungselement mit entsprechenden Stützflächen zu versehen. Solche an der Konsole vorgesehene Spreizarme können im Bereich der vorgesehenen Öffnung an der Konsole beweglich gelagert werden, wobei die Spreizarme im abgespreizten Zustand in die Öffnung hineinragen und vom Kopfteil des Befestigungselements beim Einstecken verschwenkt werden bis das Kopfteil den Bereich der Öffnung passiert hat und die Spreizarme unter das Kopfteil des Befestigungselements greifen und dieses mit ihren Stützflächen an Kontaktflächen des Befestigungselementes abstützen.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Profilleiste
- 21
- Befestigungsfläche
- 22
- Blindniet
- 23
- Öffnung
- 30
- Konsole
- 31
- Aufnahmeraum
- 32
- Öffnung
- 321
- vordere Bereich
- 322
- hintere Bereich
- 33
- Stützfläche
- 34
- Befestigungsmittel
- 35
- Auflagefläche
- 36
- Abdeckkappe
- 37
- Einlageformteil
- 40
- Befestigungselement
- 41
- Grundkörper
- 42
- Fußteil
- 43
- Kopfteil
- 44
- Spreizarm
- 441
- freies Ende
- 442
- Ende
- 443
- Kontaktfläche
- 45
- Zentrierbund
- 46
- Federelement
- α
- Neigungswinkel von 443
- β
- Neigungswinkel von 33
- L
- Längsachse von 44
- M
- Mittelachse von 40
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202010002446 U1 [0002]
- DE 202011001619 U [0002]