DE202016101303U1

DE202016101303U1 - Befestigungselement

Info

Publication number: DE202016101303U1
Application number: DE202016101303.8U
Authority: DE
Original assignee: Charlotte Baur Formschaumtechnik GmbH
Current assignee: Boellhoff Verbindungstechnik De GmbH
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2016-04-17
Anticipated expiration: 2026-03-10

Abstract

Befestigungselement (1) mit wenigstens einem Befestigungsteil (10), das für einen Formschluss mit einem komplementär geformten weiteren Befestigungsteil (20) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Befestigungsteil (10; 20) wenigstens ein Verankerungselement (12; 22) zur Einbettung und Fixierung in einem Substrat (30) aus Kunststoff vorgesehen ist, wobei das Substrat (30) aus einem Kunststoff mit einem Raumgewicht von 120 kg/m3 bis 300 kg/m3 gebildet ist und wobei das Befestigungselement (1) aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement zum Verbinden von Kunststoffbauteilen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Befestigungsmittel ist aus der EP 1 746 294 B1 bekannt. Bei diesem Befestigungsmittel, welches als Steckkupplung ausgebildet ist, hat ein pfannenartiges Kupplungsteil einen am geschlossenen Ende einer Kupplungspfanne angeformten Brückenabschnitt, der die Kugelpfanne mit einem hülsenartigen Halteabschnitt verbindet. Der hülsenartige Halteabschnitt ist am Brückenabschnitt so angeformt, dass er die Kugelpfanne mit radialem Abstand umgibt und mit seinem freien Ende an einem ersten Bauteil festlegbar ist.
Über den Halteabschnitt und Brückenabschnitt ist die Kugelpfanne beweglich aufgehängt, so dass die Kugelpfanne mit dem darin aufgenommenen Kugelkopf des Kugelbolzens dreidimensionale schwingungsentkoppelnde Ausgleichsbewegungen zwischen den beiden Bauteilen zulässt. Gleichzeitig ermöglicht diese konstruktive Lösung eine Plattenmontage des pfannenartigen Kupplungsteils am ersten Bauteil, so dass eine besondere Fassung am ersten Bauteil nicht erforderlich ist.
Vorzugsweise sind in dem Zwischenraum zwischen der Kugelpfanne und dem hülsenförmigen Halteabschnitt über den Umfang verteilte Versteifungsstege vorgesehen, die zweckmäßigerweise im Wesentlichen tangential zum Außenumfang der Kugelpfanne verlaufen. Die Versteifungsstege verleihen dem pfannenartigen Kupplungsteil eine gewisse Steifigkeit und sorgen insbesondere für ein Rückstellen der Kugelpfanne in ihre Ausgangsstellung, wenn es zu Ausgleichsbewegungen zwischen den Bauteilen kommt. Das pfannenartige Kupplungsteil besteht vorzugsweise aus einem Elastomer auf Polyesterbasis. In Frage kommen vor allem Materialien mit extrem hoher Reißdehnung, beispielsweise in einer Größenordnung von 100 bis 450 Prozent.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Befestigungselement zu schaffen, dessen in einem weichen Substrat fixierbare Befestigungsteile eine sichere, lösbare formschlüssig Verbindung bilden.
Diese Aufgabe wird durch ein Befestigungsmittel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß besteht das Befestigungselement aus wenigstens einem Befestigungsteil, das für einen Formschluss mit einem komplementär geformten weiteren Befestigungsteil ausgebildet ist, wobei das Befestigungsteil wenigstens ein Verankerungsteil aufweist, aus thermoplastischem Kunststoff ausgebildet ist und das Substrat ein Raumgewicht von 120 kg/m³ bis 300 kg/m³ aufweist. Das erfindungsgemäße Befestigungselement erlaubt aufgrund der Materialeigenschaften eines Thermoplasts eine sehr stabile mechanische Verbindung der Befestigungselemente und mittels des Verankerungsteils eine solide Verankerung in einem weichen Substrat, wie beispielsweise einem Polyurethan-Formschaum (PUR).
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen das Befestigungsteil und das komplementär geformte weitere Befestigungsteil einen Elastizitäts-Modul von 800 MPa bis 8.000 MPa auf. Die Befestigungsteile sind Die Befestigungsteile sind insbesondere aus einem thermoplastischen Kunststoff geformt. Dieser kann bevorzugt von einem Polyamid (PA), wie beispielsweise PA 6.6, optional mit einer Glasfaserverstärkung als PA 6.6 GF 30, gebildet sein. Aber auch Polyoxymethylen (POM) und andere Thermoplaste sind als Werkstoff für die Befestigungsteile sehr gut geeignet.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass das Befestigungsteil mit einem Kugelkopf und das komplementär geformte weitere Befestigungsteil mit einer Kugelpfanne ausgebildet sind und so der Kugelkopf und die Kugelpfanne formschlüssig und/oderkraftschlüssig miteinander verbindbar sind. Durch diese Ausgestaltung sind das Befestigungsteil und das komplementär geformte weitere Befestigungsteil mehrmals miteinander verbindbar und wieder voneinander lösbar.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform weisen der Kugelkopf und die Kugelpfanne einen Durchtritts-Durchmesser von etwa 5 mm bis 20 mm auf. Mit derart kleinen Maßen sind die erfindungsgemäßen Befestigungsteile sehr gut für eine Miniaturisierung geeignet, so dass beispielsweise Innenverkleidungsteile von Fahrzeugen aufgrund des verringerten Platzbedarfs sehr viel kompakter gestaltet werden können.
Neben der miniaturisierten Ausführung der Befestigungsteile ist durch die vergrößerten Verbindungsflächen der Verankerungselemente auch eine Erhöhung der Haltekräfte bei der Verankerung im weichen Substrat gegeben. Ein weiterer Vorteil der Miniaturisierung besteht darin, dass durch verminderte Materialkosten eine Kosteneinsparung bei der Produktion der Befestigungsteile realisiert werden kann.
Der Kugelkopf hat einen größten Kugeldurchmesser, der zu einem größten Innen-Durchmesser der Kugelpfanne in etwa identisch ist. Dieser Kugeldurchmesser entspricht in etwa dem Zweifachen des Durchtritts-Durchmessers am Eintritt in die Kugelpfanne, so dass beide Teile nur durch eine elastische Verformung zusammengefügt oder getrennt werden können und im zusammengefügten Zustand sehr fest ineinander greifen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform weisen der Kugelkopf und/oder die Kugelpfanne wenigstens zwei Schlitze auf, mittels derer die oben beschriebene formschlüssige Verbindung der beiden Befestigungsteile des Befestigungselemnts mit vergleichsweise geringem Kraftaufwand realisierbar ist und auch wieder gelöst werden kann. Die von den Schlitzen getrennten Segmente der Kugelpfanne bzw. des Kugelkopfs werden beim Verbinden des Kugelkopfs mit der Kugelpfanne elastisch verformt, so dass sich deren Oberflächen nach dem Zusammenfügen eng aneinander anpressen. Beim Lösen der Verbindung werden die mittels der Schlitze getrennten Segmente der Kugelpfanne bzw. des Kugelkopfs ebenfalls elastisch verformt, so dass sich deren Oberflächen nach dem Lösen in deren Ausgangslage zurückverformen. Die Schlitze können an beiden Befestigungsteilen (Kugelkopf und die Kugelpfanne) oder auch nur an einem der Befestigungsteile ausgebildet sein.
Sowohl das eine Befestigungsteil als auch das komplementär geformte weitere Befestigungsteil weisen wenigstens ein Verankerungselement auf, das so ausgebildet ist, dass das Befestigungselement in das Substrat aus Kunststoff eingebettet und dadurch in diesem Substrat fixierbar ist. Vorteilhaft weist das jeweilige Verankerungselement eine Mehrzahl von Vorsprüngen und Nuten auf. Durch diese Vorsprünge und Nuten ist sowohl das Befestigungsteil als auch das komplementär geformte weitere Befestigungsteil durch eine zuverlässige Verzahnung des Materials mit vergrößerten Verbindungsflächen unlösbar im Material des Substrats einbettbar und damit zuverlässig fixierbar.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist an den Verankerungselementen des Befestigungsteils und des komplementär geformten weiteren Befestigungsteils eine Ankerplatte ausgebildet. Durch diese Ankerplatte sind das Befestigungsteil und das komplementär geformte weitere Befestigungsteil bündig in das Substrat einbettbar. Durch das bündige Einbetten der beiden Befestigungsteile, ist die zum Kugelkopf weisende Oberseite der Ankerplatte des Befestigungsteils und der der Ankerplatte des komplementär geformten weiteren Befestigungsteils entgegengesetzte Rand der Kugelpfanne jeweils exakt in einer Ebene mit dem Substrat.
Vorteilhafterweise sind die Verankerungselemente beider Befestigungsteile in der Länge variabel gestaltbar. Dadurch ist die Länge dem Raumgewicht des Substrats und dem geforderten Elastizitäts-Modul des Befestigungselements anpassbar.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 eine Seitenansicht eines Befestigungsteils eines Befestigungselements mit Kugelkopf und Verankerungselement,
2 eine Draufsicht von unten auf das Befestigungsteil des Befestigungselements mit Vorsprüngen des Verankerungselements,
3 einen Längsschnitt durch als Kugelpfanne ausgebildetes komplementär geformtes weiteres Befestigungsteil des Befestigungselements,
4 eine Seitenansicht eines komplementär geformten, mit Schlitzen versehenen weiteren Befestigungsteils des Befestigungselements, und
5 eine Draufsicht von unten auf das komplementär geformte weiteren Befestigungsteil des Befestigungselements mit Ankerplatte.
Ein in den 1 und 2 dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel eines Befestigungselements 1 zeigt ein Befestigungsteil 10 mit einem Kugelkopf 16, der einen größten Kugeldurchmesser (D2) und einen demgegenüber kleineren Durchtritts-Durchmesser (D1) aufweist. Der Kugelkopf 16 ist an dem dem Durchtritts-Durchmesser (D1) entgegengesetzten Ende verjüngt und mündet in einen Hals 14 ein. Der Hals 14 dehnt sich im weiteren Verlauf aus und geht in ein Verankerungselement 12 über. Den Abschluss des Verankerungselements 12 zum Hals 14 bildet eine Ankerplatte 123. Diese Ankerplatte 123 schließt bei einem Einbetten des Befestigungsteils 10 in ein Substrat 30 bündig in einer Ebene mit diesem ab.
Am Verankerungselement 12 sind eine Mehrzahl von Nuten 121 und eine Mehrzahl von an die Nuten 121 angrenzenden Vorsprüngen 122 ausgebildet. Durch diese Mehrzahl von Nuten 121 und Vorsprüngen 122 ist das Befestigungsteil 10 durch eine zuverlässige, mehrfache Verzahnung der Materialien in einem Substrat 30 einbettbar und fixierbar. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Verankerungselement 12 fünf Vorsprünge 122 auf, die für eine ausreißfeste Verankerung im Substrat 30 sorgen.
An dem dem Kugelkopf 16 entgegengesetzten Ende des Befestigungsteils 10 mündet das Verankerungselement 12 in einen Ankerfuß 124.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Kugelkopf 16 des Befestigungsteils 10 mit wenigstens einem Schlitz 17 versehen. Durch diesen wenigstens einen Schlitz 17 ist der Kugelkopf 16 elastisch verformbar und das Befestigungsteil 10 ist dadurch mit einem komplementär ausgebildeten weiteren Befestigungsteil 20 leichter formschlüssig verbindbar. Bevorzugt sind am Kugelkopf 16 vier kreuzschlitzförmig angeordnete Schlitze 17 vorgesehen.
Die 3 bis 5 zeigen das komplementär ausgebildete weitere Befestigungsteil 20 mit einer Kugelpfanne 26 und einem weiteren Verankerungselement 22. Die Kugelpfanne 26 weist an ihrer größten konkaven Wölbung einen dem größten Kugeldurchmesser (D2) in etwa identischen größten Innendurchmesser auf. Nahe der Öffnung der Kugelpfanne 26 weist diese einen Durchtritts-Durchmesser (D1) auf, der in etwa dem Durchtritts-Durchmesser (D1) des Kugelkopfs 16 entspricht.
Vorteilhaft sind am Verankerungselement 22, welches die Kugelpfanne 26 umgibt, ebenfalls eine Mehrzahl von Nuten 221 und eine Mehrzahl von an die Nuten 221 angrenzende Vorsprüngen 222 ausgebildet. Durch diese Mehrzahl von Nuten 221 und Vorsprüngen 222 ist das weitere Befestigungsteil 20 durch eine zuverlässige, mehrfache Verzahnung der Materialien in einem Substrat 30 einbettbar und fixierbar. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Verankerungselement 22 drei Vorsprünge 222 auf, die für eine ausreißfeste Verankerung im Substrat 30 sorgen.
An dem der Öffnung der Kugelpfanne 26 entgegengesetzten Ende des komplementär geformten weiteren Befestigungsteils 20 ist eine Ankerplatte 223 ausgebildet. Die Ankerplatte 223 ist Teil des Verankerungselements 22 und ist durch einen Kugelpfannenhals 24 mit dem Nuten 221 und Vorsprünge 222 aufweisenden Bereich des Verankerungselements 22 verbunden.
Analog zur Ankerplatte 123 des ersten Befestigungsteils 10 schließt die Öffnung der Kugelpfanne 26 des weiteren Befestigungsteils 20 beim Einbetten in das Substrat 30 bündig in einer Ebene mit dem Substrat 30 ab.
Damit die Befestigungselemente 10 bzw. 20 formschlüssig miteinander verbindbar und wieder voneinander lösbar sind, sind in der Kugelpfanne 26 wenigstens zwei und bevorzugt vier Schlitze 27 ausgebildet. Die wenigstens zwei und bevorzugt vier Schlitze 27 ermöglichen ein elastisches Aufweiten der Kugelpfanne 26 bei einem Durchtritt des Kugelkopfs 16.
Die Befestigungsteile 10 bzw. 20 sind aus einem thermoplastischen Kunststoff geformt. Dieser kann bevorzugt von einem Polyamid (PA), wie beispielsweise PA 6.6, optional mit einer Glasfaserverstärkung als PA 6.6 GF 30, gebildet sein. Aber auch Polyoxymethylen (POM) und andere Thermoplaste sind als Werkstoff für die Befestigungsteile 10 bzw. 20 sehr gut geeignet. Die Befestigungsteile weisen bevorzugt einen Elastizitätsmodul von etwa 800 bis 8000 MPa auf.
Als Substrat 30 wird vorzugsweise geschäumtes Polyurethan (PUR) mit einem Raumgewicht von etwa 120 kg/m³ bis 300 kg/m³ verwendet.
Durch den durch das Aufschäumen verursachten hohen Gehalt an eingeschlossener Luft im Substrat 30 bietet dies beispielsweise den Vorteil einer verbesserten akustischen Isolierung und ermöglicht zudem eine schwingungsentkoppelte Verbindung von zwei Bauteilen, von denen wenigstens ein Bauteil mit einer sehr guten Schwingungsentkopplung im weichen Substrat 30 eingebettet ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Substrats 30 aus aufgeschäumten PUR besteht gegenüber einer Ausgestaltung mit einer zusätzlichen Schwingungsentkopplung beispielsweise aus Gummi, Silikon oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) der weitere Vorteil einer kostenreduzierte Produktion einer schwingungsentkoppelten Verbindung. Ein erfindungsgemäßes Befestigungsteil 10 bzw. 20 weist eine hohe Festigkeit auf und ist dennoch aufgrund der Gestaltung der Verankerungselemente 12 bzw. 22 durch die vergrößerten Verbindungsflächen der Verankerungselemente für eine sehr kompakt bauende Verbindung mit einem sehr leichten Substrat 30 geringer Dichte sehr gut geeignet.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind beispielsweise Innenverkleidungsteile aus einem Substrat 30, die zur sicheren lösbaren Befestigung an Karosseriebauteilen aus Metall mit robusten Befestigungsteilen 10 bzw. 20 versehen sein müssen.
Zur Realisierung der Erfindung genügt es, eines der Befestigungsteile 10 bzw. 20 bzw. eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Befestigungsteilen 10 bzw. 20 in einem Substrat 30 aus Kunststoff einzubetten. Das komplementär geformte Befestigungsteil 20 bzw. 10 kann auch an einem Bauteil, an dem das das Substrat 30 aufweisenden Bauteil befestigt wird, beispielsweise an einem Karosseriebauteil aus Metall oder an einer Motorabdeckung aus Kunststoff zur Schwingungsentkopplung angeordnet oder ausgebildet sein. So kann beispielsweise der Kugelkopf aus Federstahl bestehen und in ein erfindungsgemäß ausgebildetes weiteres Befestigungsteil 20 mit einer aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehenden Kugelpfanne 26 eingreifen. Umgekehrt kann auch die Kugelpfanne von einem metallischen Bauteil gebildet sein und ein erfindungsgemäß ausgebildetes Befestigungsteil 10 greift mit einem aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehenden Kugelkopf 16 in diese ein.
Alternativ können auch zwei aus einem gleichen oder ähnlichen Substrat 30 bestehende Kunststoffteile durch die Befestigungsteile 10 bzw. 20 lösbar miteinander verbunden werden. Als Anwendungsbeispiel sei ein zweiteiliges Gehäuse aus Polyurethan (PUR) zur Beherbergung einer Fahrzeug-Batterie oder ein Schutzgehäuse für ein Mobilfunkgerät oder für ein anderes stoß- und/oder temperaturempfindliches elektronisches Gerät genannt.
Bezugszeichenliste

1: Befestigungselement
10: Befestigungsteil
12: Verankerungselement
121: Nut
122: Vorsprung
123: Ankerplatte
124: Ankerfuß
14: Hals
16: Kugelkopf
17: Schlitz
20: Befestigungsteil
22: Verankerungselement
221: Nut
222: Vorsprung
223: Ankerplatte
24: Kugelpfannenhals
26: Kugelpfanne
27: Schlitz
30: Substrat
D1: Durchtritts-Durchmesser
D2: (größter) Kugeldurchmesser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1746294 B1 [0002]

Claims

Befestigungselement (1) mit wenigstens einem Befestigungsteil (10), das für einen Formschluss mit einem komplementär geformten weiteren Befestigungsteil (20) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Befestigungsteil (10; 20) wenigstens ein Verankerungselement (12; 22) zur Einbettung und Fixierung in einem Substrat (30) aus Kunststoff vorgesehen ist, wobei das Substrat (30) aus einem Kunststoff mit einem Raumgewicht von 120 kg/m³ bis 300 kg/m³ gebildet ist und wobei das Befestigungselement (1) aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht.
Befestigungselement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Befestigungsteil (10) und das komplementär geformte weitere Befestigungsteil (20) einen Elastizitäts-Modul von 800 MPa bis 8.000 MPa aufweisen.
Befestigungselement (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsteil (10) und das komplementär geformte weitere Befestigungsteil (20) durch einen Kugelkopf (16) und eine Kugelpfanne (26) formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbindbar sind.
Befestigungselement (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkopf (16) und die Kugelpfanne (26) einen Durchtritts-Durchmesser (D1) von 5 mm bis 20 mm aufweisen.
Befestigungselement (1) nach Anspruch 4 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkopf (16) einen größten Kugeldurchmesser (D2) aufweist, der in etwa dem Zweifachen des Durchtritts-Durchmessers (D1) entspricht.
Befestigungselement (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkopf (16) und/oder die Kugelpfanne (26) wenigstens zwei Schlitze (17; 27) aufweisen.
Befestigungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verankerungselement (12; 22) wenigstens zwei Vorsprünge (122; 222) und wenigstens zwei Nuten (121; 222) aufweist.
Befestigungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Verankerungselementen (12; 22) jeweils eine Ankerplatte (123; 223) ausgebildet ist.
Befestigungselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsteile (10; 20) bündig in das Substrat (30) eingebettet sind.
Befestigungselement (01) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsteil (10) und/oder das weitere Befestigungsteil (20) in der Länge variabel gestaltbar ist.