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Die Erfindung betrifft ein Halteelement zur Befestigung in einer Trägeröffnung eines Trägerteils mit einem sich längs einer Achse von einem Kopfende zu einem Fußende erstreckenden Schaft, einem an dem Kopfende des Schafts angeordneten Flansch und einer Mehrzahl von elastisch biegbaren Haltelamellen, die zwischen dem Fußende und dem Flansch an dem Schaft befestigt sind, quer zur Achse von dem Schaft abstehen und zur Anlage an der Innenwand der Trägeröffnung bestimmte Anlageflächen aufweisen.
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Halteelemente der angegebenen Art werden insbesondere im Automobilbau verwendet, um Bauteile unterschiedlichster Art auf einfache Weise an einem mit einer Öffnung versehenen Trägerteil zu befestigen. Die Montage soll hierbei durch einen einfachen Steckvorgang mit geringer Kraft möglich sein und das montierte Halteelement soll möglichst große Haltekräfte auf das Trägerteil übertragen können. Die Trägeröffnungen zur Aufnahme des Halteelements können in Steckrichtung verschieden lang, beispielsweise länger als der Schaft des Halteelements sein, wobei sie in der Regel keinen Hinterschnitt haben. Es besteht daher die Forderung, das Halteelement so zu gestalten, dass es für verschiedene Längen von Trägeröffnungen geeignet ist und auch bei längeren Trägeröffnungen ohne Hinterschnitt hohe Haltekräfte übertragen kann.
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Aus
EP 0 567 017 B1 ist ein Halteelement der eingangs genannten Art bekannt, welches einen Schaft mit mehreren kegelförmigen Haltelamellen aufweist. Die Haltelamellen erstrecken sich über einen Teil des Schaftumfangs und haben Schalenform mit elastischen Bereichen, welche sich an den Innenumfang einer Trägeröffnung anlegen und damit die Haltewirkung herbeiführen. Der Schaft und die Haltelamellen bilden hierbei ein Teil, das aus einem harten Kunststoffmaterial besteht. Die Stirnseite des Schaftes ist kegelförmig ausgebildet, um das Haltelement einfach montieren zu können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Haltelement der eingangs genannten Art zu schaffen, das in Trägeröffnungen verschiedener Länge und ohne Hinterschnitt bei niedriger Steckkraft eine hohe Haltekraft ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Halteelement mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Halteelements sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
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Nach der Erfindung weist das Halteelement einen sich längs einer Achse von einem Kopfende zu einem Fußende erstreckenden Schaft mit einem an dem Kopfende des Schafts angeordneten Flansch und einer Mehrzahl von elastisch biegbaren Haltelamellen auf, die zwischen dem Fußende und dem Flansch an dem Schaft befestigt sind, quer zur Achse von dem Schaft abstehen und zur Anlage an der Innenwand der Trägeröffnung bestimmte Anlageflächen aufweisen, wobei die Anlageflächen der Haltelamellen aus einem weichen, durch Anpressdruck verformbaren und die Reibung erhöhenden Material bestehen.
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Wird das Halteelement nach der Erfindung in eine Trägeröffnung eingesetzt, so legt sich das weiche Material der Anlageflächen unter dem Anpressdruck der Haltelamellen mit einer relativ großen Berührungsfläche an die Innenwand der Trägeröffnung an und bewirkt dadurch eine wesentlich verbesserte Haftung. Das weiche Material verkrallt sich mit der eine gewisse Rauheit aufweisenden Oberfläche der Trägeröffnung und kann dadurch Abzugskräften, die bestrebt sind das Halteelement aus der Trägeröffnung herauszuziehen, besonders effektiv entgegenwirken. Durch die bessere Haftung des weichen Materials kann somit eine deutlich höhere Haltekraft erreicht werden.
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Als weiches Material eignen sich vor allem thermoplastische Elastomere, die auch im Zweikomponenten-Spritzverfahren verarbeitet werden können. Bei einem nach diesem Verfahren aus Kunststoff herstellbaren Halteelement kann nach der Erfindung der Schaft und der Flansch aus einem harten Material und die Haltelamellen können teilweise oder vollständig aus weichem Material bestehen. Auf diese Weise kann das Halteelement in einem Stück hergestellt sein, wobei das harte und das weiche Material bei dem Herstellprozess dauerhaft miteinander verbunden werden.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann der aus einem harten Material bestehende Schaft mit einem Überzug aus weichem Material versehen sein, wobei die Haltelamellen mit dem Überzug ein integrales Element bilden. Auch eine solche Ausgestaltung eignet sich für eine Herstellung im Zweikomponenten-Spritzverfahren. Das harte und das weiche Element können hierbei aber auch getrennt voneinander urgeformt und dann miteinander verbunden werden.
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Nach der Erfindung können die Haltelamellen den Schaft in Form von Ringen vollständig umgeben. Dies ist besonders von Vorteil, wenn die Haltelamellen zum großen Teil aus weichem Material bestehen. Durch die geschlossene Ringform wird die Verformung und radiale Pressung der Haltelamellen beim Einsetzen des Halteelements in die Trägeröffnung verstärkt und damit eine höhere Haltekraft erzielt. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Haltelamellen vollständig aus weichem Material bestehen. Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn die Haltelamellen in Umfangsrichtung durch wenigstens einen Schlitz unterbrochen sind, um ihre radiale Nachgiebigkeit zu erhöhen und die Einsteckkraft klein zu halten.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die in axialer Richtung der Achse gemessene Dicke des Profils der Haltelamellen in radialer Richtung von innen nach außen abnimmt. Hierdurch ergibt sich eine gute Anschmiegung der Anlageflächen der Haltelamellen im radial äußeren Bereich und eine zur Erzielung des gewünschten Anpressdrucks höhere Steifigkeit der Haltelamellen im radial inneren Bereich.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Halteelements kann nach der Erfindung darin bestehen, dass der Schaft als Hohlkörper ausgebildet ist und einen ihn durchdringenden Hohlraum und wenigstens einen in Längsrichtung verlaufenden Schlitz aufweist, wobei ein Spannstift in dem Hohlraum angeordnet und in einer den Schaft nicht aufweitenden, ersten Verbindungsstellung durch erste Eingreifmittel gehalten ist und in dem Hohlraum in eine zweite Verbindungsstellung bewegbar ist, in welcher der Schaft durch den Spannstift aufgeweitet ist und der Spannstift durch zweite Eingreifmittel gehalten ist. Bei dieser Ausgestaltung kann der Schaft nach dem Einsetzen des Halteelements in die Trägeröffnung mit Hilfe des Stifts aufgeweitet werden. Der Schaft enthält dadurch einen größeren Außendurchmesser und presst die Haltelamellen fester an die Innenwand der Trägeröffnung an. Hierdurch wird eine zusätzliche Erhöhung der Haltekraft im Vergleich zur Steckkraft erzielt. Außerdem wird durch die Verformung der Haltelamellen in Richtung einer etwas spitzeren Kegelform eine axiale Anpressung des Flansches an das Trägerteil bewirkt.
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Der Hohlraum des Schaftes kann nach der Erfindung einen eingeschnürten Bereich aufweisen, der einen kleineren Innendurchmesser hat als ein in der zweiten Verbindungsstellung in den eingeschnürten Bereich eingreifender Abschnitt des Stiftes. Der eingeschnürte Bereich und der in diesen eingreifende Abschnitt des Spannstiftes können dabei vorteilhaft die zweiten Eingreifmittel bilden.
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Der Spannstift kann mit einem hinteren Ende aus dem Hohlraum herausragen und an dem hinteren Ende mit einem Flansch versehen sein, der die Eindringtiefe des Spannstiftes in den Hohlraum begrenzt.
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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 ein einteiliges Halteelement aus Kunststoff,
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2 eine perspektivische Ansicht eines Halteelements mit Spannstift,
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3 eine perspektivische Ansicht von Schaft, Flansch und Spannstift des Halteelements gemäß 2 und
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4 einen Querschnitt des Halteelements gemäß 2 in der Trägeröffnung eines Trägerteils.
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Das in 1 gezeigte Halteelement 1 hat einen sich längs einer Achse erstreckenden, im Wesentlichen zylindrischen Schaft 2, an dessen Kopfende ein kreisscheibenförmiger Flansch 3 von gegenüber dem Schaft größeren Durchmesser angeformt ist. Das dem Flansch 3 entgegengesetzte Fußende 4 des Schafts 2 hat die Form eines sich zum Ende hin verjüngenden Kegelstumpfes, der das Einführen und Zentrieren und Halteelements 1 in eine Trägeröffnung erleichtern soll. Angrenzend an das Fußende 4 sind an dem Schaft 2 mehrere Haltelamellen 5 angeordnet, die einen gleichmäßigen Abstand voneinander haben und sich von dem Schaft 2 radial nach außen erstrecken.
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Die Haltelamellen 5 werden auf beiden Seiten von Kegelflächen begrenzt, wobei die Dicke der Haltelamellen 5 von außen nach innen zunimmt. Die in der Zeichnung sichtbaren und dem Fußende 4 zugewandten Kegelflächen 6 haben einen stumpferen Kegelwinkel als die Kegelfläche des Fußendes 4. Die Haltelamellen 5 erstrecken sich über einen größeren Teil des Umfangs des Schaftes 2 und sind an zwei diametral entgegengesetzten Flachstellen 7 des Schaftes 2 durch achsparallele Schlitze 8 unterbrochen.
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Der Schaft 2, der Flansch 3 und die Haltelamellen 5 des Halteelements 1 bestehen aus einem relativ harten, elastischen, thermoplastischen Kunststoff. Aufgrund der elastischen Eigenschaften dieses Materials können die Haltelamellen 5 in Richtung des Flansches 3 gebogen werden, wenn das Halteelement 1 mit dem Fußende 4 voran in die Öffnung eines Trägerteils eingesteckt wird und der Innendurchmesser der Trägeröffnung kleiner als der Außendurchmesser der Haltelamellen 5 und größer ist als der Außendurchmesser des Schaftes 2.
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Nach dem Einstecken in die Trägeröffnung liegen die zum Schaft 2 hin gebogenen Haltelamellen 5 mit ihrem Umfangsrand an der Innenwand der Trägeröffnung an und werden mit einer durch das Umbiegen hervorgerufenen Kraft an die Innenwand angepresst. Um die Haftung zwischen der Innenwand der Trägeröffnung und dem Umfangsrand der Haltelamellen 5 und damit die Haltekraft des Halteelements 1 zu erhöhen, sind die Haltelamellen 5 im Bereich ihres Umfangsrandes mit von einem Wulst 9 gebildeten, torusförmigen Anlageflächen versehen. Der Wulst 9 besteht aus einem weichen, eine höhere Reibung erzeugenden Kunststoffmaterial, beispielsweise einem thermoplastischen Elastomer, besteht. Das weiche Material der Wulste 9 kann auch im äußeren Randbereich der Kegelflächen 6 aufgebracht sein, um ein gutes Haftverhalten auch bei stärkerer Biegung der Haltelamellen 5 sicher zu stellen. Das Ausbilden der Wulste 9 aus weichem Kunststoffmaterial kann vorteilhaft durch Anwendung eines Zweikomponenten-Spritzverfahrens erfolgen, welches eine gute Materialanbindung an das härtere Grundmaterial der Haltelamellen 5 ermöglicht.
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2 zeigt ein Halteelement 10 mit einem Schaft 12, einem Flansch 13 und einem kegelstumpfförmigen Fußende 14. Der Schaft 12 ist hohl und enthält einen Spannstift 15, der durch eine Öffnung im Flansch 13 aus dem Schaft 12 herausragt und an seinem herausragenden Kopfende einen Flansch 16 aufweist, der einen kleineren Außendurchmesser hat als der Flansch 13. Der Spannstift 15 kann in den Schaft 12 so weit hineingedrückt werden, dass der Flansch 16 an dem Flansch 13 zu Anlage gelangt, wobei er von einer Vertiefung 17 auf der Oberseite des Flansches 13 aufgenommen wird. Der die Vertiefung 17 umgebende Rand 18 des Flansches 13 ist an zwei einander entgegengesetzten Stellen durch eine Aussparung 19 für das Ansetzen eines Lösewerkzeugs zum Lösen des Spannstifts 15 unterbrochen.
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Der bei dem Halteelement 10 aus einem harten Kunststoff bestehende Schaft 12 ist einschließlich des Fußendes 14 von einem rohrförmigen Überzug 20 aus einem weichen Kunststoffmaterial überzogen. Der Überzug 20 kann einen Innendurchmesser haben, der geringfügig kleiner ist als der Außendurchmesser des Schaftes 12, so dass der Überzug 20 den darin angeordneten Schaft 12 fest umspannt. Bei Bedarf kann der Überzug 20 auch durch Kleben mit dem Schaft 12 verbunden sein oder durch ein Zweikomponenten-Spritzverfahren gemeinsam mit dem Schaft 12 urgeformt sein.
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Der Überzug 20 weist auf seiner Außenseite mehrere, sich radial erstreckende Haltelamellen 25 auf, die aus dem gleichen Material wie der Überzug 20 bestehen und gemeinsam mit dem Überzug 20 urgeformt sind. Die Haltelamellen 25 sind als geschlossene Ringe ausgebildet. Sie haben ein annähernd dreieckiges Profil, dessen in axialer Richtung gemessene Dicke radial nach außen abnimmt. Am äußeren Rand sind die Haltelamellen 25 abgerundet, wodurch torusförmige Anlageflächen gebildet sind. Die Haltelamellen 25 sind in regelmäßigem Abstand voneinander angeordnet und ihre Außendurchmesser sind gleich.
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3 zeigt die aus hartem Kunststoff bestehenden Teile des Halteelements 10, nämlich den Schaft 12, den Flansch 13 und den Spannstift 15, wobei der Überzug 20 mit den Halteelementen 25 entfernt ist. Wie hier zu sehen, ist der Schaft 12 an mehreren Stellen mit Schlitzen 26 versehen, die sich von einer Stelle in der Nähe des Flansches 13 in axialer Richtung bis in das Fußende 14 erstrecken. Der Spannstift 15 ist in einem den Schaft 12 vollständig durchdringenden Hohlraum 27 angeordnet und durch einen Sperrfinger 28, der mit einer Stufe 29 des Spannstifts 15 zusammenwirkt, gegen Herausfallen aus dem Hohlraum 27 gesichert. Die Stufe 29 und der Sperrfinger 28 bilden erste Eingreifmittel, die den Spannstift 15 in einer den Schaft 12 nicht aufweitenden ersten Verbindungsstellung in dem Schaft 12 festhalten.
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In der Nähe des Fußendes 14 weist der Hohlraum 27 einen eingeschnürten Bereich 30 auf, der von nach innen gerichteten Vorsprüngen 31 gebildet ist. Der Spannstift 15 liegt mit einem kegelstumpfförmigen Fußende 32 an den Vorsprüngen 31 an und kann durch Hineindrücken des Fußendes 32 in den eingeschnürten Bereich die Vorsprünge 31 und damit den geschlitzten Bereich des Schaftes 12 auseinander spreizen.
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Wie aus 4 zu ersehen, weist der Spannstift 15 angrenzend an das Fußende 32 eine Ringnut 33 auf, in welche die Vorsprünge 31 eingreifen, wenn der Spannstift 15 vollständig in den Hohlraum 27 eingeschoben ist. Die Vorsprünge 31 bilden mit der Ringnut 33 zweite Eingreifmittel, die den Spannstift 15 in einer zweiten Verbindungsstellung halten, in welcher der Schaft 12 durch den Spannstift 15 auf einen größeren Außendurchmesser aufgeweitet ist.
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4 zeigt das Halteelement 10 eingesetzt in eine Trägeröffnung 40 in einem Trägerteil 41. Die Trägeröffnung 40 ist eine zylindrische Bohrung, die in das Trägerteil 41 eingebracht ist und eine größere axiale Länge hat als der Schaft 12 des Halteelements 10. Der Innendurchmesser der Trägeröffnung 40 ist kleiner als der Außendurchmesser der Haltelamellen 25. Dies hat, wie die Zeichnung zeigt, zur Folge, dass beim Einsetzen des Halteelements 10 in die Trägeröffnung 40 die Haltelamellen 25 in Richtung des Flansches 13 umgebogen und in Umfangsrichtung gestaucht werden, wodurch ihr Außendurchmesser an den Innendurchmesser der Trägeröffnung 40 angeglichen wird. Der Verformungswiderstand, den die Haltelamellen 25 aufgrund ihrer Elastizität beim Einsetzen ihrer Verformung entgegen setzen, bestimmt die Einsteckkraft des Halteelements 10 und bewirkt eine radiale Anpressung der Haltelamellen 25 an die Innenwand der Trägeröffnung 40.
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Nach dem Einsetzen des Halteelements 10 in die Trägeröffnung 40 wird der Spannstift 15 in den Schaft 12 hineingedrückt, wobei sich der Schaft 12 über den Flansch 13 an dem Trägerteil 41 abstützt. Hierbei weitet der mit seinem Fußende 32 in den eingeschnürten Bereich 30 eindringende Spannstift 15 den geschlitzten Abschnitt des Schaftes 12 und den diesen umgebenden Überzug 20 radial auf und verstärkt dadurch die Verformung der Haltelamellen 25 und ihre Anpressung an die Innenwand der Trägeröffnung 40. Die verstärkte radiale Anpressung der Haltelamellen 25 und das günstige Reibverhalten des weichen Materials bewirken eine hohe Haltekraft gegen Herausziehen des Halteelements 10 aus der Trägeröffnung 40, die durch das Bestreben der Haltelamellen 25, sich unter der Wirkung der Ausziehkraft aufzurichten, noch verstärkt wird. Das Aufweiten des geschlitzten Bereichs des Schafts 12 vergrößert außerdem die Verankerung des Schafts 12 in dem Überzug 20. Auf diese Weise wird eine effektive Verankerung des Halteelements 10 in der Trägeröffnung 40 erreicht.
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Die beschriebenen Halteelemente eigenen sich einerseits zum Befestigen von Bauteilen, die auf dem Trägerteil aufliegen und eine Öffnung haben, durch die das Halteelement hindurch steckbar ist. Andererseits kann das Halteelement auf der Flanschseite Befestigungsmittel wie Klammern, Laschen oder Zapfen haben, an denen zu haltende Bauteile befestigt werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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