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Die
Erfindung betrifft ein Befestigungselement aus Kunststoff zum Befestigen
von Bauteilen an einem flachen Bauteil mittels einer Schraube.
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Aus
DE 199 30 728 A1 ist
ein Dübel
zum Befestigen einer Schraube in einer Durchbohrung eines Flachmaterials
bekannt. Zum Abdichten der Durchbohrung bei befestigter Schraube
weist der Dübel
einen Dübelkörper mit
einem Dichtungskragen auf, der sich radial auswärts um den Dübelkörper erstreckt und
eine ringförmige
Dichtungsfläche
bildet. Der Dübelkörper ist
aus einem ersten, steifen Kunststoff und die Dichtungsfläche des
Dichtungskragens aus einem zweiten, weicheren Kunststoff geformt.
Nachteilig ist, dass der Dübel
aus einem harten und einem weichen Kunststoff hergestellt ist und
die Herstellung somit aufwändig
und teuer ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Befestigungselement aus
Kunststoff zu schaffen, das im montierten Zustand gegenüber Wasser
abdichtet und einfach herstellbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der
Kern der Erfindung besteht darin, dass ein einstückig mit dem Befestigungselement-Kopf
ausgebildetes, ringförmiges
Dichtungselement vorgesehen ist, das im montierten Zustand des Befestigungselements
mit einem Deformations-Abschnitt des Befestigungselement-Schafts
zusammmenwirkt. Beim Eindrehen einer Schraube deformiert sich der
Befestigungselement-Schaft im Bereich des Deformations-Abschnitts
derart, dass der Befestigungselement-Schaft gegen das flache Bauteil
anliegt und eine Zugkraft auf den Befestigungselement-Kopf mit dein
einstückig
daran ausgebildeten Dichtungselement ausübt, so dass das ringförmige Dichtungselement
in Rich tung des flachen Bauteils gezogen wird. Die ausgeübte Zugkraft
des Befestigungselement-Schafts aufgrund der Deformation im Bereich
des Deformations-Abschnitts führt
zu einem wasserdichten Anziehen und flächigen Anliegen des Dichtungselements
an dem flachen Bauteil, so dass die Bohrung in dem flachen Bauteil
abgedichtet ist. Durch das Zusammenwirken des Dichtungselements und
des Deformations-Abschnitts ist aufgrund der ausgeübten Zugkraft
eine Abdichtung im montierten Zustand erzielbar, wobei das Befestigungselement gleichzeitig
aufgrund der einstückigen
Ausbildung des Dichtungselements mit dem Befestigungselement-Kopf
einfach und kostengünstig
herstellbar ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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Zusätzliche
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
anhand der Zeichnung. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Befestigungselements aus Kunststoff,
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2 eine
Seitenansicht des Befestigungselements aus 1,
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3 eine
Schnittdarstellung des Befestigungselements aus 2,
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4 eine
Schnittdarstellung des Befestigungselements entlang der Schnittlinie
IV-IV aus 2, und
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5 eine
untere Draufsicht auf das Befestigungselement.
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Die 1 bis 5 zeigen
ein Befestigungselement 1 aus Kunststoff in Form einer
Spreizmutter. Das Befestigungselement 1 weist einen Befestigungselement-Schaft 2 auf,
der sich im Wesentlichen entlang einer Mittel-Längs-Achse 3 des Befestigungselements 1 erstreckt.
Mit dem Befestigungselement-Schaft 2 ist einstückig ein
Befestigungselement-Kopf 4 ausgebildet, der konzentrisch
zu der Mittel-Längs-Achse 3 angeordnet
ist. Ausgehend von dem Befestigungselement-Kopf 4 erstreckt
sich eine Befestigungselement-Bohrung 5 entlang der Mittel-Längs-Achse 3 und
konzentrisch zu dieser in das Befestigungselement 1. Die
Befestigungselement-Bohrung 5 ist an einem dem Befestigungselement-Kopf 4 gegenüberliegenden
Ende des Befestigungselement-Schafts 2 von einem Boden 6 verschlossen,
so dass sich die Befestigungselement-Bohrung 5 nicht durch
das gesamte Befestigungselement 1 erstreckt.
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Der
Befestigungselement-Schaft 2 weist einen Kopf-Abschnitt 7,
einen Deformations-Abschnitt 8 und einen End-Abschnitt 9 auf.
Der Kopf-Abschnitt 7 hat
einen quadratischen Außenumfang
und liegt unmittelbar gegen den Befestigungselement-Kopf 4 an.
Der Deformations-Abschnitt 8 ist zwischen dem Kopf-Abschnitt 7 und
dem End-Abschnitt 9 angeordnet und weist einen kreisförmigen Außenumfang
auf. Der End-Abschnitt 9 grenzt an den Deformations-Abschnitt 8 an
und hat wie der Kopf-Abschnitt 7 einen diesem entsprechenden
quadratischen Außenumfang.
Der End-Abschnitt 9 verjüngt sich
an seinem freien Ende in Richtung des Bodens 6. Der Kopf-Abschnitt 7 und
der End-Abschnitt 9 weisen aufgrund ihrer quadratischen
Ausbildung Längskanten 10 auf, die
sich parallel zu der Mittel-Längs-Achse 3 erstrecken.
Durch seinen kreisförmigen
Außenumfang
bildet der Deformations-Abschnitt 8 mit dem Kopf-Abschnitt 7 einen
Kopf-Anschlag 11 und mit dem End-Abschnitt 9 einen
End-Anschlag 12 aus.
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Der
Befestigungselement-Schaft 2 weist im Bereich des Deformations-Abschnitts 8 eine
konstante Wandstärke
WD auf, die im Vergleich zu einer Wandstärke WS des Befestigungselement-Schafts 2 im
Bereich des Kopf-Abschnitts 7 und
des End-Abschnitts 9 reduziert ist. Ferner weist der Deformations-Abschnitt 8 entlang
der Mittel-Längs-Achse 3 eine
Länge LD und der Befestigungselement-Schaft 2 entlang
der Mittel-Längs-Achse 3 eine
Gesamtlänge LG auf, wobei das Verhältnis der Gesamtlänge zu der Länge LG/LD < 4, insbesondere < 3, und insbesondere < 2, ist.
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Der
Befestigungselement-Kopf 4 ist im Querschnitt L-förmig geformt
und bildet eine umlaufende Ringschulter 13 aus. An einer
Außenwand 14 des Befestigungselement-Kopfes 4 ist
ein einstückig
mit diesem ausgebildetes, ringförmiges
Dichtungselement 15 angeordnet. Das Dichtungselement 15 erstreckt
sich von der Außenwand 14 radial
nach außen
und entlang der Mittel-Längs-Achse 3 in
Richtung des Bodens 6. Das Dichtungselement 15 weist an
einer dem Befestigungselement-Schaft 2 zugewandten Seite
eine Dichtungswand 16 auf, wobei eine Wandstärke W des
Dichtungselements 15 derart ist, dass das Dichtungselement 15 ausreichend
stabil und gleichzeitig ausreichend verformbar ist, so dass die
Dichtungswand 16 im montierten Zustand flächig an dem flachen Bauteil
anliegt.
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Die
Befestigungselement-Bohrung 5 ist im Querschnitt kreisförmig ausgebildet
und erweitert sich im Bereich des Kopf-Abschnitts 7 und
des Befestigungselement-Kopfes 4 stufenförmig. Die
Befestigungselement-Bohrung 5 weist im Bereich des Deformations-Abschnitts 8 und
des End-Abschnitts 9 im Querschnitt einen Durchmesser derart
auf, dass eine Schraube wasserdicht zu dem Befestigungselement-Schaft 2 in
die Befestigungselement-Bohrung 5 eindrehbar
ist. Der Durchmesser der Befestigungselement-Bohrung 5 ist insbesondere
ungefähr
1 mm kleiner als der Kerndurchmes ser der einzudrehenden Schraube.
Der Befestigungselement-Schaft 2 weist im Bereich des End-Abschnitts 9 zwei
Nuten 17 auf, die sich ausgehend vom Boden 6 entlang
der Mittel-Längs-Achse 3 erstrecken.
Die Nuten 17 sind relativ zu dem Boden 6 diametral
angeordnet und verlaufen im Bereich der Längskanten 10 des End-Abschnitts 9.
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Zur
Versteifung des Dichtungselements 15 sind mehrere Versteifungsstreben 18 vorgesehen, die
sich ausgehend von dem Kopf-Abschnitt 7 des Befestigungselements-Schafts 2 relativ
zu der Mittel-Längs-Achse 3 radial
nach außen
erstrecken. Die Versteifungsstreben 18 liegen gegen den
Befestigungselement-Kopf 4 und teilweise gegen die Dichtungswand 16 des
Dichtungselements 15 an und sind einstückig mit diesen ausgebildet.
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Der
Befestigungselement-Schaft 2 weist im Bereich des Deformations-Abschnitts 8 zwei
einstückig
mit dem Befestigungselement-Schaft 2 ausgebildete Widerhaken 19 auf.
Die Widerhaken 19 sind benachbart zu dem Kopf-Abschnitt 7 angeordnet
und liegen einander relativ zu der Mittel-Längs-Achse 3 gegenüber, wobei
die Widerhaken 19 im Bereich der Längskanten 10 angeordnet
sind. Die Widerhaken 19 weisen jeweils einen Befestigungs-Abschnitt 20 und einen
Haken-Abschnitt 21 auf. Der Befestigungs-Abschnitt 20 erstreckt
sich ausgehend von dem Kopf-Anschlag 11 parallel zu der
Mittel-Längs-Achse 3 bis
ungefähr
zwei Drittel des Deformations-Abschnitts 8 und springt
radial nach außen
vor. Daran einstückig
angeformt ist der Haken-Abschnitt 21, der sich im Wesentlichen
parallel zu der Mittel-Längs-Achse 3 bis
zu dem Kopf-Abschnitt 7 erstreckt, jedoch nicht mit dem
Kopf-Abschnitt 7 verbunden ist. Der Befestigungs-Abschnitt 20 und
der Haken-Abschnitt 21 bilden zusammen eine Widerhaken-Ausnehmung 22 aus,
so dass der Haken-Abschnitt 21 relativ zu dem Befestigungs-Abschnitt 20 teilweise
radial nach außen
bewegbar ist.
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Ferner
weist der Befestigungselement-Schaft 2 im Bereich des Deformations-Abschnitts 8 zwei
einstückig
mit dem Befestigungselement-Schaft 2 ausgebildete Verdrehsicherungselemente 23 auf.
Die Verdrehsicherungselemente 23 sind einander gegenüberliegend
zu der Mittel-Längs-Achse 3 angeordnet
und erstrecken sich ausgehend von dem End-Anschlag 12 parallel
zu der Mittel-Längs-Achse 3 annähernd bis
zu dem Kopf-Abschnitt 7. Die Verdrehsicherungselemente 23 sind
im Bereich der Längskanten 10 angeordnet
und weisen Seitenwände 24 auf,
die mit dem Kopf-Abschnitt 7 und dem End-Abschnitt 9 fluchten,
so dass sich die Längskanten 10 auch
in den Deformations-Abschnitt 8 erstrecken.
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Das
Befestigungselement 1 ist einstückig aus Kunststoff gespritzt,
insbesondere aus PA66.
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Im
Folgenden wird die Montage des Befestigungselements 1 beschrieben.
Das Befestigungselement 1 wird zunächst durch eine Bohrung in
einem flachen Bauteil geführt.
Derartige flache Bauteile sind beispielsweise Stahl- oder Aluminiumbleche
mit einer Blechdicke von 0,6 bis 2,2 mm, wie sie zur Herstellung
von Karosserien im Automobilbau verwendet werden. Derartige Bleche
weisen zur Befestigung von Bauteilen Bohrungen in Form von rechteckigen, insbesondere
quadratischen, Stanzlöchern
mit einer Größe von 5mm × 5mm bis
12mm × 12mm
auf. Die Bleche können
bei der Montage sowohl lackiert als auch unlackiert sein. Das sich
verjüngende
freie Ende des End-Abschnitts 9 erleichtert das Durchführen des
Befestigungselement-Schafts 2 durch die Bohrung des flachen
Bauteils.
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Nach
dem Durchführen
liegt das Dichtungselement 15 mit der Dichtungswand 16 leicht
gegen das flache Bauteil an. Anschließend wird ein weiteres, zu
montierendes Bauteil mittels einer Schraube an dem flachen Bauteil
befestigt. Hierzu wird das zu montierende Bauteil auf die Ringschulter 13 des
Befestigungselement-Kopfes 4 aufgesetzt und mittels einer
Schraube befestigt. Hierbei sind prinzipiell beliebige Schrauben
verwendbar, beispielsweise Blechschrauben aus Stahl mit einem Innentorx-,
Innensechskant-, Kreuzschlitz-, Schlitz- oder Sechskantschraubenkopf.
Die Schraube wird in die Befestigungselement-Bohrung 5 eingedreht,
wobei sich die Gewindegänge
der Schraube aufgrund des relativ zu dem Kerndurchmesser der Schraube
kleineren Durchmessers der Befestigungselement-Bohrung 5 in
den Befestigungselement-Schaft 2 einarbeiten und somit
die Schraube relativ zu dem Befestigungselement-Schaft 2 gegen
Wasser, beispielsweise Spritzwasser, abgedichtet ist.
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Beim
Eindrehen der Schraube wird der End-Abschnitt 9 aufgedehnt
und bei einer entsprechenden Länge
der Schraube der Boden 6 durchbrochen, wobei die Nuten 17 als
Soll-Bruchstellen wirken, so dass der Befestigungselement-Schaft 2 im Bereich
des End-Abschnitts 9 gespreizt wird. Gleichzeitig wird
durch das Eindrehen der Schraube der End-Abschnitt 9 entlang
der Mittel-Längs-Achse 3 in Richtung
des Kopf-Abschnitts 7 gezogen, wobei sich der Befestigungselement-Schaft 2 im
Bereich des Deformations-Abschnitts 8 aufgrund der reduzierten Wandstärke WD deformiert. Beim Deformieren des Befestigungselement-Schafts 2 wölbt sich
dieser im Bereich des Deformations-Abschnitts 8 radial
nach außen,
wobei gleichzeitig die Haken-Abschnitte 21 der Widerhaken 19 radial
nach außen
bewegt werden. Der deformierte Befestigungselement-Schaft 2 liegt
mit dem Deformations-Abschnitt 8 gegen das flache Bauteil
an und übt
auf den Befestigungselement-Kopf 4 eine Zugkraft entlang
der Mittel-Längs-Achse 3 in
Richtung des flachen Bauteils aus. Durch die Zugkraft wird der Befestigungselement-Kopf 4 mit
dem Dichtungselement 15 gegen das flache Bauteil gezogen,
wobei das Dichtungselement 15 aufgrund seiner ausreichen den
Verformbarkeit mit der Dichtungswand 16 flächig und
wasserdicht gegen das flache Bauteil anliegt.
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Der
rechteckige Außenumfang
des Befestigungselement-Schafts 2 im Bereich des Kopf-Abschnitts 7 sowie
die Verdrehsicherungselemente 23 im Bereich des Deformations-Abschnitts 8 verhindern
ein Verdrehen des Befestigungselements 1 beim Einschrauben
der Schraube relativ zu dem flachen Bauteil.
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Die
Deformation des Befestigungselement-Schafts 2 im Bereich
des Deformations-Abschnitts 8 sowie die Spreizung des End-Abschnitts 9 verhindert
ein ungewolltes Lösen
und Verlieren des Befestigungselements 1. Zusätzlich wird
das Befestigungselement 1 durch die Widerhaken 19 gesichert.
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Durch
das Kunststoffmaterial PA66 ist das Befestigungselement 1 mindestens
bis zu einer Temperatur von 160°C
temperaturbeständig.
Gleichzeitig weist das Befestigungselement 1 bei Raumtemperatur
ein Anzugsdrehmoment von > 2
Nm, insbesondere von > 3
Nm, und insbesondere von > 4
Nm sowie eine Ausreißkraft
von > 300 N, insbesondere
von > 350 N, und insbesondere
von > 400 N, auf.
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Durch
die einstückige
Ausbildung des Befestigungselements 1, insbesondere des
Dichtungselements 15 mit dem Befestigungselement-Kopf 4,
ist eine einfache Herstellung durch Spritzgießen möglich, so dass das Befestigungselement 1 kostengünstig herstellbar
ist.