DE60310346T2

DE60310346T2 - Verschlussstopfen für eine Öffnung in einem Bauteil

Info

Publication number: DE60310346T2
Application number: DE60310346T
Authority: DE
Inventors: Albert Sbongk
Original assignee: ITW Automotive Products GmbH
Current assignee: ITW Fastener Products GmbH
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2023-10-18
Also published as: DE10253983A1; ES2279047T3; DE10253983B4; CA2449362A1; CA2449362C; US6959733B2; EP1419954B1; DE60310346D1; EP1419954A2; US20050000973A1; EP1419954A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verschlussstopfen, um ein Loch in einem Bauteil, vorzugsweise aus Blech, dichtend und schalldämpfend zu verschließen.
Allgemeiner Stand der Technik
Bei der Herstellung von Kraftfahrzeugkarosserien müssen mehrere Öffnungen oder Löcher hergestellt werden, die schließlich mit Verschlussstopfen verschlossen werden müssen. Die Verschlussstopfen müssen so ausgelegt sein, dass sie für eine Dichtwirkung sorgen, so dass keine Fremdkörper und keine Feuchtigkeit durch das Loch von einer Seite des Blechs auf die andere gelangen können. In der Autokarosserie eingeschlossene Feuchtigkeit kann zu Rost führen. Da derartige Löcher auch so genannte akustische Brücken bilden, sind die Verschlussstopfen so auszulegen, dass sie für Schalldämpfung sorgen.
Bekannt sind die verschiedensten Verschlussstopfen. Die Verschlussstopfen weisen allgemein einen schürzenartigen Schaft und einen Flansch auf, der die benachbarte Fläche des Bauteils dichtend in Eingriff nimmt. An seiner Außenfläche unter dem Flansch hat der Schaft eine umfangsmäßig durchgehende oder nicht durchgehende Hinterschneidung, die von einem Absatz definiert wird, der die gegenüberliegende Seite des Bauteils in Eingriff nimmt. Auf diese Weise wird der Verschlussstopfen sicher im Loch gehalten. Des Weiteren ist der Abstand zwischen dem Absatz und dem Flansch so bemessen, dass der Flansch nach außen und oben abgelenkt wird, wenn der Schaft in das Loch eingeführt wird, wodurch eine entsprechende Kraft entsteht, um den Flansch gegen den Bauteil zu drücken. Außerdem ist es bekannt geworden, den Verschlussstopfen im Bereich des Flansches so auszulegen, dass die Ablenkung des Flansches gleichzeitig eine radiale Kraft erzeugt, um einen Schaftabschnitt gegen die Wand des Lochs zu drücken.
Diese bekannten Verschlussstopfen sind funktionsmäßig zufriedenstellend. In Löcher mit ausreichenden Durchmessern können diese Verschlussstopfen ohne Weiteres auch von Hand eingeführt werden. Wenn die Verschlussstopfen jedoch für Löcher mit einem Durchmesser von 10 mm oder weniger verwendet werden sollen, können die bekannten Verschlussstopfen nur unter Aufwendung äußerst großer Kräfte, falls überhaupt, angeordnet werden.
Kurzdarstellung der Erfindung
Hauptaufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verschlussstopfens für das dichtende und schalldämpfende Verschließen eines Lochs in einem Bauteil aus Blech, wobei der Verschlussstopfen auch in Löchern mit kleinem Durchmesser leicht und einfach, insbesondere von Hand, angeordnet werden kann und trotzdem für ausreichende Abdichtung und Schalldämpfung sorgt.
Der erfindungsgemäße Verschlussstopfen weist einen schürzenartigen Schaft mit einem Dichtabschnitt mit einer glatten konischen Außenfläche im Bereich des Dichteingriffs auf. Eine solche Auslegung unterscheidet sich bedeutend von herkömmlichen Verschlussstopfen mit einem Schaft, der wie oben erwähnt extern mit einer Unterschneidung versehen ist. Der Durchmesser des konischen Abschnitts ist immer größer als der Lochdurchmesser.
Selbstverständlich kann ein zylindrischer Abschnitt mit einem Durchmesser vorgesehen werden, der größer als der Durchmesser des Lochs ist; eine geeignete Form des Schafts im restlichen Bereich stellt sicher, dass der zylindrische Abschnitt ohne wesentlichen Kraftaufwand in das Loch gedrückt werden kann.
Aufgrund des größeren Durchmessers des zylindrischen oder konischen Dichtabschnitts muss das Material in diesem Bereich nachgeben können. Deshalb sorgt die Er findung auf der Innenseite der Verbindung zwischen dem Flansch und dem Schaft für einen freien Raum, der unter dem Flansch einen ringförmigen Schaftabschnitt bildet. Der freie Raum erstreckt sich vorzugsweise bis zur Höhe des Dichteingriffs oder etwas darüber hinaus. Mit anderen Worten endet der freie Raum axial auf der Seite des Bauteils gegenüber dem Flansch oder beabstandet von dieser Seite. Durch das Einführen des Schafts in das Loch wird das Material des ringförmigen Schaftabschnitts in den freien Raum deformiert, wodurch mit Unterstützung der Lochwand eine Umfangsnut im ringförmigen Abschnitt gebildet wird, um die Hinterschneidung auszubilden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verschlussstopfen wird der Dichteingriff im Loch durch eine Überdimensionierung des Außendurchmessers des ringförmigen Abschnitts des Schafts erzeugt, wodurch der Schaft radial gegen die Lochwand gedrückt wird. Eine weitere Dichtwirkung wird dadurch erhalten, indem der Flansch gegen die benachbarte Fläche des Bauteils gedrückt wird.
Der erfindungsgemäße Verschlussstopfen sorgt nicht nur für ausgezeichnete Abdichtung, sondern kann auch ohne Weiteres von Hand angeordnet werden und wird dank der ausgebildeten Hinterschneidung immer noch fest im Loch des Bauteils gehalten. Dank der Struktur des erfindungsgemäßen Verschlussstopfens und der Verwendung eines geeigneten Materials kann auch für ausreichende Schalldämpfung gesorgt werden. Die Schalldämpfungswirkung kann verbessert werden, indem Stopfenelemente mit vorbestimmter Dicke verwendet werden. Die Schalldämpfungs- und Dichtungswirkung wird selbst durch drastische Temperaturänderungen beispielsweise von 100°C auf –40°C oder von –40°C auf 100°C nicht beeinträchtigt.
Nach einem Aspekt der Erfindung ist das Material des erfindungsgemäßen Verschlussstopfens ein thermoplastisches elastomeres Material, vorzugsweise hoher Dichte. Ferner weist das thermoplastische elastomere Material einen kleinen Druckverformungsrest auf.
Zum leichteren Einführen des Verschlussstopfens in das Loch sorgt eine Modifikation der Erfindung dafür, dass der Schaft unter dem Dichtabschnitt einen Einführabschnitt hat, der ebenfalls eine konische Außenfläche hat, wobei der Durchmesser der Fläche zum Dichtabschnitt hin zunimmt und kleiner als der Lochdurchmesser ist.
Zur Erzielung optimaler Schalldämpfung wird der Schaft vorzugsweise aus massivem Material hergestellt. Dazu ist bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Schaft unterhalb des freien Raums ringförmig mit dreieckförmigem Ringquerschnitt ausgebildet ist, wobei ein Scheitel des Dreiecks zum freien Ende des Schafts hin weist.
Die Länge des Schafts kann relativ kurz sein, und kann beispielsweise weniger als der maximale Durchmesser des Schafts betragen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Schaft radial innerhalb des Flanschs mit einem Kopfabschnitt verbunden, und der freie Raum wird von einer ringförmigen Ausnehmung des Kopfabschnitts gebildet, die konzentrisch zur Achse des Schafts ist. Vorzugsweise ist der Kopfabschnitt stempelartig geformt mit einer Oberseite, die über den Flansch nach oben hinaussteht.
Wenn man einen Finger gegen die Oberseite des Kopfs drückt, sorgt das für ausreichend Druck, um den Verschlussstopfen in das Loch einzuführen. Wenn der Querschnitt des ringförmigen Schafts wie bereits erwähnt dreieckig ist, erzeugt der auf den stempelartig geformten Kopf ausgeübte Druck eine nach unten geneigte und radial nach außen gerichtete Kraft, durch die der Schaft wirksam so in das Loch gedrückt werden kann, dass die Nut im Schaft unter dem Flansch entsteht, in der die Lochwand in Eingriff steht.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die ringförmige Ausnehmung in ihrer Breite so bemessen und der Flansch so ausgebildet, dass der Flansch beim Einführen des Stopfenkörpers in das Loch durch das Bauteil annähernd in der Ebene der zugeordneten Fläche abgelenkt wird, und eine ringförmige Innenfläche des Flanschs mit der Außenfläche des Kopfabschnitts in Eingriff gelangt, indem der mit dem Flansch verbundene ringförmige Schaftabschnitt gegenüber dem übrigen Teil des Schafts radial nach innen verschwenkt wird. wenn der Verschlussstopfen wie beschrieben eingeführt wird, wird das Material des Schafts radial nach innen gedrückt und gibt nach, so dass es nach innen in den freien Raum und nach unten und nach oben deformiert wird, um die oben genannte ringförmige Nut zu bilden. Gleichzeitig wird der Flansch nach oben abgelenkt; der Schwerpunkt befindet sich im Bereich des unteren Endes des ringförmigen Abschnitts des Schafts, wodurch bewirkt wird, dass die radial äußere Fläche der Hinterschneidung, die den Flansch nach innen begrenzt, die radial innere Fläche der Hinterschneidung in Eingriff nimmt, um deren Ablenkung zu begrenzen. Dies sorgt für ausreichend hohe Druckkräfte, um den Schaft gegen die Wand des Lochs zu drücken, und für ausreichend Kraft, um den Flansch gegen die benachbarte Fläche des Bauteils zu drücken, um eine zufriedenstellende Dichtwirkung zu entwickeln.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein volles Verständnis der Art und der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den zugeordneten Zeichnungen. Es zeigen:
1 einen Seitenaufriss eines erfindungsgemäßen Verschlussstopfens,
2 eine Ansicht des Verschlussstopfens aus 1 von oben,
3 eine Querschnittsansicht des Verschlussstopfens aus 1 entlang der Linie 3–3, wobei die linke Hälfte des Stopfens in ihrem freigegebenen Zustand ist und die rechte Hälfte des Verschlussstopfens in ihrem montierten Zustand ist.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Wie in 1 bis 3 gezeigt, weist ein Verschlussstopfenelement 10 einen schürzenartigen Schaft 12, einen ringförmigen Flansch 14 und einen Kopf 16 auf. Diese Teile sind einstückig aus einem thermoplastischen elastomeren Material hoher Dichte und kleinem Druckverformungsrest ausgebildet.
Wie in 1 und 3 gezeigt, hat der radiale Flansch 14 in seinem freigegebenen Zustand zum Kopf 16 hin eine obere Fläche mit leicht konvexer gebogener Form und eine untere Fläche mit leicht konkaver gebogener Form. Der Schaft 12 ist an der radial inneren Seite des ringförmigen oder radialen Flanschs 14 bei 18 einstückig damit und erstreckt sich nach unten. Ein äußerer Oberflächenabschnitt 20 des Schafts 12, der sich von der Unterseite des Verbindungsabschnitts 18 nach unten erstreckt, ist konisch und hat einen sich allmählich nach unten verkleinernden Durchmesser. Der Oberflächenabschnitt 20 geht in einen weiteren konischen Oberflächenabschnitt 22 über, dessen Außendurchmesser ebenfalls nach unten kleiner wird. Die Oberflächenabschnitte 20, 22 sind glatt, und der Durchmesser des Oberflächenabschnitts 22 ist überall kleiner als der Durchmesser eines Lochs 24 in einem Blech 26. Der Durchmesser des Oberflächenabschnitts 20 ist zumindest im oberen Bereich in der Nähe des Flanschs 14 größer als der Durchmesser des Lochs 24.
Der Kopf 16 ist stempelartig geformt und hat eine leicht konvexe obere Fläche 28, die über der oberen Fläche des radialen Flanschs 14 angeordnet ist. Zwischen dem stempelartig geformten Kopf 16 und dem Verbindungsabschnitt, d. h. der Verbindung 18, des radialen Flanschs 14 ist eine ringförmige Hinterschneidung 30 ausgebildet. Die ringförmige Hinterschneidung 30 erstreckt sich über eine gewisse axiale Länge zur Unterseite des Schafts 12, und zwar vorzugsweise etwas über die Unterseite des Blechs 26 hinaus, wenn das Verschlussstopfenelement 10 in das Loch 14 eingeführt worden ist. Die Hinterschneidung 30 definiert einen ringförmigen Dichtabschnitt 32 des Schafts 12. Unter der Hinterschneidung 30 weist der Schaft 12 einen ringförmigen massiven Abschnitt mit ungefähr dreieckigem Querschnitt auf, wobei die Spitze des Dreiecks nach unten gerichtet ist. Diese geometrische Form ergibt sich daraus, dass in der Unterseite des Verschlussstopfenelements 10 eine konische Vertiefung 34 ausgebildet wird. Zusammen haben der ringförmige Abschnitt 32, der Kopf 16 und der ringförmige Teil des Schafts 12 unter der Hinterschneidung 30 jeweils eine relativ bedeutende Dicke.
Das gezeigte Verschlussstopfenelement 10 eignet sich besonders für Löcher mit kleinem Durchmesser, vorzugsweise weniger als 10 mm. Wenn es in das Loch 14 eingeführt worden ist, soll ein im Bereich des konischen Oberflächenabschnitts 22 angeordneter Einführabschnitt 38 dabei helfen, das Loch zu "finden". Danach wird mit einem Finger oder Daumen eine Druckkraft auf die bogenförmige Fläche 28 ausgeübt. Dadurch wird der Schaft 20 in das Loch 24 mit kleinem Durchmesser gedrückt, während die jeweiligen Abschnitte des Schafts deformiert werden. Im Bereich der Hinterschneidung 30 gibt das Material nach und wird so in die Hinterschneidung deformiert, dass ein Absatz 40 gebildet wird, der ein sicheres Halten im Loch 24 gewährleistet. Der ringförmige Abschnitt 32 erzeugt in diesem Bereich einen radial nach außen gerichteten Druck, um gemeinsam mit der Wand des Lochs 24 für eine Dichtwirkung zu sorgen. Der radiale Flansch 14 ist nach oben auf die Höhe der oberen Fläche des Blechs 26 abgelenkt, wie aus 3 hervorgeht. Der ringförmige Abschnitt 32 kann auf der Höhe des unteren Endes der Hinterschneidung 30 leicht nach innen abgelenkt sein. Dadurch nimmt der Verbindungsabschnitt, d. h. die Verbindung 18, zwischen dem Flansch 14 und dem ringförmigen Abschnitt 32 die Außenfläche des Kopfs 16 in Eingriff, wie bei 42 gezeigt. Dieser Eingriff bei 42 widersteht jeder weiteren Deformation des Flanschs 14, wodurch die auf die Lochwand und die Oberseite des Blechs 26 ausgeübten Druckkräfte einen vorbestimmten Wert haben. Dennoch kann das Verschlussstopfenelement wie gezeigt von Hand ohne weitere Mittel in das Loch 24 gedrückt werden.
Das Verschlussstopfenelement 10 sorgt für fluiddichte Abdichtung im Loch 24. Ferner sorgt das Verschlussstopfenelement aufgrund seiner soliden oder massiven Auslegung für ausreichende Schalldämpfung.

Claims

Verschlussstopfen aus einem elastischen Material, der zum Einführen in ein Loch (24) mit vorbestimmtem Durchmesser in einem Bauteil (26) aus Flachmaterial verwendet werden soll, um das Loch (24) dichtend und schalldämpfend zu verschließen, wobei der Stopfen einen Schaft (12), der geeignet ist, in das Loch (24) eingeführt zu werden, und einen radialen Flansch (14) aufweist, der einstückig an einem Ende des Schafts (12) angeformt ist und einen radial nach außen schrägen oder gebogenen Abschnitt hat, der eine zugeordnete Fläche des Bauteils (26) bei der Ablenkung dichtend in Eingriff nimmt, wenn der Schaft (12) in das Loch (24) eingeführt wird, wobei der Schaft (12) geeignet ist, durch einen mit der Wand des Lochs (24) zusammenwirkenden Absatz (40) im Loch (24) gehalten zu werden, und im Bereich des dichtenden Eingriffs in dem Loch (24) einen Dichtabschnitt (32) hat, dessen Durchmesser im nicht eingeführten Zustand des Schafts (12) größer als der Durchmesser des Lochs (24) ist, und wobei an der Innenseite der Verbindung (18) zwischen Flansch (14) und Schaft (12) ein ringförmiger Raum (30) vorgesehen ist, der sich axial zum anderen Ende des Schafts (12) mindestens bis zum Dichtabschnitt erstreckt, wodurch unter dem Flansch (14) ein ringförmiger Schaftabschnitt (32) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtabschnitt durch eine glatte konische äußere Fläche (20) mit einem Durchmesser gebildet ist, der mindestens im Bereich des dichtenden Eingriffs zum Flansch (14) zunimmt, wobei der Durchmesser größer als der des Lochs (24) ist, und dass das Material des ringförmigen Schaftabschnitts (32) in den ringförmigen Raum (30) deformiert wird, wenn der Schaft (12) in das Loch (24) gedrückt wird und die Wand des Lochs (24) eine den Absatz (40) definierende Nut im ringförmigen Abschnitt (32) bildet.
Stopfen nach Anspruch 1, wobei der Stopfen aus einem thermoplastischen Elastomer mit hoher Dichte gebildet ist.
Stopfen nach Anspruch 2, wobei das thermoplastische Elastomer einen kleinen Druckverformungsrest aufweist.
Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schaft (12) unterhalb des Dichtabschnitts einen Einführabschnitt mit konischer Außenfläche (22) aufweist, wobei ihr zum Dichtabschnitt größer werdender Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Lochs (24).
Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schaft unterhalb des ringförmigen Raums (30) ringförmig mit dreieckförmigem Ringquerschnitt ist, wobei der Scheitel des Dreiecks zum freien Ende des Schafts hin weist.
Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schaft radial innerhalb des Flanschs (14) mit einem Kopfabschnitt (16) verbunden ist und der ringförmige Raum (30) von einer ringförmigen Ausnehmung des Kopfabschnitts (16) gebildet ist, die konzentrisch zur Achse des Schafts (12) ist.
Stopfen nach Anspruch 6, wobei der Kopfabschnitt (14) stempelartig geformt ist mit einer Oberseite (28), die über den Flansch (14) nach oben hinaussteht.
Stopfen nach Anspruch 7, wobei die Oberseite (28) des stempelartigen Kopfabschnitts (16) konvex ist.
Stopfen nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die ringförmige Ausnehmung in ihrer Breite so bemessen und der Flansch (14) so ausgebildet ist, dass der Flansch (14) beim Einführen des Stopfens in das Loch (24) durch das Bauteil (26) annähernd in der Ebene der zugeordneten Fläche abgelenkt wird, und eine ringförmige Innenfläche des Flanschs (14) mit der Außenfläche des Kopfabschnitts (16) in Eingriff gelangt, indem der mit dem Flansch (14) verbundene ringförmige Schaftabschnitt (32) gegenüber dem übrigen Teil des Schafts (12) radial nach innen verschwenkt wird.