DE20007276U1 - Fastening element for sandwich elements, preferably made of plastic - Google Patents
Fastening element for sandwich elements, preferably made of plasticInfo
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Description
Befestigungselement für vorzugsweise aus Kunststoff gefertigte Sandwich-ElementeFastening element for sandwich elements, preferably made of plastic
Die Erfindung bezieht sich auf ein Befestigungselement für vorzugsweise aus Kunststoff gefertigte Sandwich-Elemente, welches mit einer in einem Profilstab eindrehbaren, einen Kopf aufweisende Schraube ausgestattet ist.The invention relates to a fastening element for sandwich elements, preferably made of plastic, which is equipped with a screw having a head that can be screwed into a profile bar.
Das in Rede stehende Befestigungselement ist nur in sogenannten Sandwichstrukturen einsetzbar. Dies sind bevorzugt Paneele oder auch Formteile. Derartige aus Kunststoff hergestellte, aus mehreren Schichten bestehende Sandwich-Elemente bieten den Vorteil, dass das Gewicht bzw. das Flächengewicht bei Paneelen äußerst gering ist, so dass sie bevorzugt für eine Leichtbauweise beispielsweise auch im Fahrzeugbau eingesetzt werden können. Sandwich-Elemente in Form von Paneelen könnten auch als Platten oder Tafeln bezeichnet werden. Die Druckfestigkeit derartiger Sandwich-Elemente ist äußerst gering bzw. derartige Paneele können nur eine relativ geringe Flächenpressung aufnehmen. Die Paneele und auch Formteile in Form von Profilen oder dergleichen werden an aus geeigneten Werkstoffen hergestellte Profilstäbe von Bauteilen festgelegt. Die Druckfestigkeit dieser tragenden Bauteile ist wesentlich größer als die der Sandwich-Elemente. Diese tragenden Bauteile sind in bevorzugter Ausführung aus Metall, beispielsweise Stahl oderThe fastening element in question can only be used in so-called sandwich structures. These are preferably panels or molded parts. Such sandwich elements made of plastic and consisting of several layers offer the advantage that the weight or the surface weight of panels is extremely low, so that they can be used preferably for lightweight construction, for example in vehicle construction. Sandwich elements in the form of panels could also be referred to as plates or boards. The compressive strength of such sandwich elements is extremely low, or such panels can only absorb a relatively low surface pressure. The panels and molded parts in the form of profiles or the like are attached to profile bars of components made of suitable materials. The compressive strength of these load-bearing components is significantly greater than that of the sandwich elements. These load-bearing components are preferably made of metal, for example steel or
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Anmeldetext vom 18.04.2000 Seite 2Registration text dated 18.04.2000 Page 2
Aluminium gefertigt. Die Schrauben werden ebenfalls aus Metall hergestellt, beispielsweise aus Stahl, auch nicht rostendem Stahl und Messing. Da es sich bei Schrauben um Zugelemente handelt, sind die Durchmesser bzw. Querschnitte der Schraubenbolzen entsprechend gering. Wenn jedoch Kunststoffbauteile oder dergleichen mittels Schrauben festgelegt werden, ist die auf die Oberfläche vom Schraubenkopf ausgeübte Flächenpressung relativ hoch, so dass es zu einem plastischen Fließen des Kunststoffes oder zu einer Aufweitung der Bohrung kommt, so dass sich das Bauteil verschieben würde und die Klemmkraft bei einer wechselnden Belastung abnehmen würde. Außerdem wären bei der Verwendung von genormten Schrauben Unterlegscheiben mit einem großen Durchmesser erforderlich, durch die jedoch die Abnahme der Klemmkraft bei einer wechselnden Belastung nicht berücksichtigt würde. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Befestigungselement für vorzugsweise aus Kunststoff bestehende Sandwich-Elemente oder ähnliche Bauteile zu schaffen, wodurch in einfachster Weise eine Dauerhafte sowie einfach herzustellende Verbindung geschaffen werden kann, die darüber hinaus auch noch preiswert ist.Aluminum. The screws are also made of metal, for example steel, stainless steel and brass. Since screws are tension elements, the diameters or cross sections of the screw bolts are correspondingly small. However, when plastic components or the like are secured using screws, the surface pressure exerted on the surface by the screw head is relatively high, so that the plastic flows plastically or the hole widens, so that the component would shift and the clamping force would decrease under changing loads. In addition, when using standardized screws, washers with a large diameter would be required, but these would not take into account the decrease in the clamping force under changing loads. The invention is based on the object of creating a fastening element for sandwich elements or similar components, preferably made of plastic, whereby a permanent and easy-to-make connection can be created in the simplest way, which is also inexpensive.
Die gestellte Aufgabe wird gelöst, indem die Schraube innerhalb einer Hülse angeordnet ist, die form- und kraftschlüssig in eine Bohrung des Sandwich-Elementes einsetzbar ist.The task is solved by arranging the screw inside a sleeve, which can be inserted into a hole in the sandwich element in a form-fitting and force-fitting manner.
Der Formschluß erfolgt in der Bohrung. Der Kraftschluß entsteht durch die Verformung und Klemmung des Sandwich-Elementes durch die Fläche des Hülsenkopfes, die dem Schraubenbolzen zugewandt liegt. Der zweite Kraftschluß erfolgt durch Klemmung der Deckschicht des Sandwich-Elementes zwischen der Hülse und dem zu befestigenden Sandwich-Element. Auch wenn die Hülse formschlüssig in eine Sacklochbohrung des Sandwich-Elementes eingesetzt wird, sollte sie spielfrei oder mit einem geringstmöglichen Spiel eingesetzt werden, damit ein plastisches Fließen der Hülse bzw. der Innenfläche der Sacklochbohrung vermieden wird. Die Hülse sollte auf alle Fälle so ausgelegt sein, dass sie gegen Drehung gesichert ist, wozu eine hinreichend große Pressfläche ausreichend ist. Die innere Kontur der HülseThe positive locking occurs in the bore. The frictional locking occurs through the deformation and clamping of the sandwich element by the surface of the sleeve head that faces the bolt. The second frictional locking occurs through the clamping of the cover layer of the sandwich element between the sleeve and the sandwich element to be fastened. Even if the sleeve is inserted in a form-fitting manner into a blind hole in the sandwich element, it should be inserted without play or with as little play as possible in order to avoid plastic flow of the sleeve or the inner surface of the blind hole. The sleeve should in any case be designed in such a way that it is secured against rotation, for which a sufficiently large pressing surface is sufficient. The inner contour of the sleeve
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Anmeldetext vom 18.04.2000 Seite 3Registration text dated 18.04.2000 Page 3
sollte so gestaltet sein, dass die Oberfläche des Schraubenkopfes und die Hülsenoberseite bündig oder annähernd bündig zueinander liegen. Der Außendurchmesser der Hülse kann beliebig gewählt werden. Es kann jedoch in bevorzugter Ausführung vollkommen ausreichend sein, wenn der Außendurchmesser der Hülse doppelt 5 oder etwa doppelt so groß ist wie der Innendurchmesser der Schraube. Wesentlich ist nur eine ausreichend große Klemmfläche.should be designed so that the surface of the screw head and the top of the sleeve are flush or almost flush with each other. The outside diameter of the sleeve can be chosen as desired. However, in a preferred design it can be completely sufficient if the outside diameter of the sleeve is twice or about twice as large as the inside diameter of the screw. The only important thing is a sufficiently large clamping surface.
In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Hülse als Flanschhülse ausgebildet ist, und dass der Flansch dem Kopf der Schraube zugeordnet ist. Durch die dem Gewindeschaft zugewandte Ringfläche entsteht eine große Auflagefläche, so dass die von dem Befestigungselement auf das Sandwich-Element übertragende Flächenpressung entsprechend gering ist. Die Verdrehsicherung ist besonders wirksam, wenn die dem Gewindeschaft der Schraube zugewandte Ringfläche mit einer sich in das Material eindrückenden Wulst versehen ist, die gegenüber der Fläche vorsteht.In a further embodiment, the sleeve is designed as a flange sleeve and the flange is assigned to the head of the screw. The ring surface facing the threaded shaft creates a large contact surface, so that the surface pressure transferred from the fastening element to the sandwich element is correspondingly low. The anti-twisting device is particularly effective if the ring surface facing the threaded shaft of the screw is provided with a bead that presses into the material and protrudes from the surface.
Dadurch wird ein Reib- bzw. Kraftschluß erzielt. Die Wulst drückt sich in die angrenzende Deckschicht des Sandwich-Elementes ein. Diese Wulst sollte dann im äußeren Bereich des Flansches liegen, da dadurch der Abstand zur Drehachse der Schraube am größten wird, so dass das zum Verdrehen der Hülse aufzubringende Moment extrem groß sein muß. Die Verdrehsicherung kann jedoch auch auf andere Weise erfolgen, beispielsweise durch Verklebung mit der angrenzenden Deckschicht oder durch Einbringen von ein oder mehreren Blindnieten für diese Deckschicht. Da für die Hülse eine Bohrung in das Sandwich-Element einzubringen und eine gewisse Verformung notwendig ist, ist vorgesehen, dass die dem Gewindeschaft zugewandte Ringfläche des Flansches als Schrägfläche ausgebildet ist, wobei die Dicke des Flansches im äußeren Rand am geringsten ist. Die Hülse bzw. der Schaft der Hülse kann formschlüssig oder auch kraftschlüssig in die Bohrung des Sandwich-Elements eingesetzt werden. Bei einem Formschluß sollte nach Möglichkeit ein bestimmtes Spiel zwischen der Hülse und der Bohrung vorhanden sein.This creates a frictional or force-locking connection. The bead presses into the adjacent cover layer of the sandwich element. This bead should then be located in the outer area of the flange, as this means that the distance to the axis of rotation of the screw is the greatest, so that the torque required to rotate the sleeve must be extremely large. However, the anti-twisting device can also be achieved in other ways, for example by gluing it to the adjacent cover layer or by inserting one or more blind rivets for this cover layer. Since a hole has to be drilled into the sandwich element for the sleeve and a certain amount of deformation is necessary, the annular surface of the flange facing the threaded shaft is designed as an inclined surface, with the thickness of the flange being at its smallest at the outer edge. The sleeve or the shaft of the sleeve can be inserted into the hole in the sandwich element with a positive or non-positive fit. With a positive fit, a certain amount of play should be present between the sleeve and the hole if possible.
Damit das Befestigungselement besonders für den Anwender einfach zu handhaben ist, ist vorgesehen, dass die Hülse unverlierbar an der Schraube angeordnet ist, wo-To make the fastening element particularly easy to handle for the user, the sleeve is arranged captively on the screw, whereby
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Anmeldetext vom 18.04.2000 Seite 4Registration text dated 18.04.2000 Page 4
durch eine Einheit gebildet wird. Diese unverlierbare Anordnung läßt sich in einfachster Weise erreichen, indem die Bohrung der Hülse mit einem nach innen vorspringenden Ansatz ausgestattet ist, wobei der Innendurchmesser des Ansatzes so gewählt ist, dass eine kraftschlüssige Verbindung erfolgt. Dieser Ansatz kann im mittleren Bereich der Hülse liegen, auf alle Fälle sollte er außerhalb der Gewindegänge des Schraubenbolzens liegen. Die durch den Formschluß bedingten Kräfte sollten nicht so groß sein, dass die Schraube nicht mehr gedreht werden kann bzw. dass bei Drehung der Schraube die Hülse sich mit dreht.is formed by a single unit. This captive arrangement can be achieved in the simplest way by equipping the bore of the sleeve with an inwardly projecting shoulder, whereby the inner diameter of the shoulder is selected so that a force-fit connection is achieved. This shoulder can be in the middle area of the sleeve, but in any case it should be outside the threads of the screw bolt. The forces caused by the form fit should not be so great that the screw can no longer be turned or that the sleeve turns with it when the screw is turned.
Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawings. They show:
Figur 1 das erfindungsgemäße Befestigungselement im Halbschnitt und
Figur 2 das Befestigungselement nach der Figur 1, eingesetzt in ein Sandwich-Element in Form eines PaneelsFigure 1 shows the fastening element according to the invention in half section and
Figure 2 the fastening element according to Figure 1, inserted into a sandwich element in the form of a panel
Das in der Figur 1 dargestellte Befestigungselement besteht aus einer Schraube 11 und einer den Gewindeschaft zum größten Teil umgebenden Hülse 12, die im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Flanschhülse ist. Die Schraube 11 ist mit einem Senkkopf 11a ausgestattet, damit die äußere Stirnfläche bündig zur zugehörigen Stirnfläche der Hülse 12 steht oder ein klein wenig versetzt ist, so dass der Übergang Absatzfrei bzw. als Absatzfrei angesehen werden kann. Der dem Senkkopf 11a abgewandte Bereich des Gewindeschaftes ist mit einem Gewinde 11b ausgestattet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Gewinde 1 Ib nicht bis zum freien Ende des Gewindeschaftes, da der freie Endbereich lic des Gewindeschaftes nach Art eines Spiralbohrers gestaltet ist. Das dem Senkkopf 11a der Schraube 11b abgewandte Ende der Hülse 12 erstreckt sich bis in den Bereich des Gewindes 11b. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Hülse 12 als Flanschhülse gestaltet, wobei der Flansch 12a dem Senkkopf 11a zugeordnet ist.The fastening element shown in Figure 1 consists of a screw 11 and a sleeve 12 which largely surrounds the threaded shaft and which is a flange sleeve in the exemplary embodiment shown. The screw 11 is equipped with a countersunk head 11a so that the outer end face is flush with the corresponding end face of the sleeve 12 or is slightly offset so that the transition is step-free or can be viewed as step-free. The area of the threaded shaft facing away from the countersunk head 11a is equipped with a thread 11b. In the exemplary embodiment shown, the thread 11b does not extend to the free end of the threaded shaft because the free end area lic of the threaded shaft is designed like a twist drill. The end of the sleeve 12 facing away from the countersunk head 11a of the screw 11b extends into the area of the thread 11b. In the illustrated embodiment, the sleeve 12 is designed as a flange sleeve, wherein the flange 12a is assigned to the countersunk head 11a.
Die dem Gewindeschaft zugewandte Ringfläche des Flansches 12a ist mit einer vorstehenden Wulst 12b ausgestattet, die sich zur Unverdrehbarkeit der Hülse 12 inThe annular surface of the flange 12a facing the threaded shaft is provided with a protruding bead 12b, which extends into the
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Anmeldetext vom 18.04.2000 Seite 5Registration text dated 18.04.2000 Page 5
das Material, gemäß der Figur 2 in ein Sandwich-Paneel reibschlüssig unter Verformung eindrückt. Das Sandwich-Paneel besteht aus den beiden äußeren Decklagen 13a und 13b und der mittleren Schicht 13c, dessen Dicke wesentlich größer ist, als die Dicken der beiden Deckschichten 13a und 13b. Durch die Verformung der äußeren Deckschicht 13a und des angrenzenden Bereiches der Mittelschicht 13c wird die Unverdrehbarkeit der Hülse 12 erreicht. Entgegen der Darstellung kann Sie jedoch auch bei nicht ausreichendem Flanschdurchmesser durch Klebung oder durch mechanische Sicherungen, beispielsweise durch Blindniete bewerkstelligt werden.the material, according to Figure 2, is pressed into a sandwich panel by frictional engagement while deforming. The sandwich panel consists of the two outer cover layers 13a and 13b and the middle layer 13c, the thickness of which is significantly greater than the thicknesses of the two cover layers 13a and 13b. The non-rotatability of the sleeve 12 is achieved by deforming the outer cover layer 13a and the adjacent area of the middle layer 13c. Contrary to the illustration, however, this can also be achieved by gluing or by mechanical securing, for example by blind rivets, if the flange diameter is insufficient.
Damit die Hülse 12 unverlierbar an der Schraube 11 angeordnet ist, ist oberhalb des Gewindes 11b an der Hülse 12 ein nach innen verspringender Ansatz 12c angeformt. Dadurch kann die Schraube 11 in die Hülse 12 so eingesetzt werden, dass sich die Schraube 11 gegenüber der Hülse 12 noch verdrehen läßt. Dadurch wird ein Kraftschluß erzielt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Außendurchmesser der Hülse 12 außerhalb des Flansches 12a etwa doppelt so groß wie der Nenndurchmesser des Gewindes 11b der Schraube 11. Der Außendurchmesser des Flansches 12a ist gegenüber diesem Außendurchmesser deutlich größer und beträgt ca. das zwei- bis dreifache.To ensure that the sleeve 12 is arranged captively on the screw 11, an inwardly projecting projection 12c is formed on the sleeve 12 above the thread 11b. This allows the screw 11 to be inserted into the sleeve 12 in such a way that the screw 11 can still be rotated relative to the sleeve 12. This creates a frictional connection. In the embodiment shown, the outer diameter of the sleeve 12 outside the flange 12a is approximately twice as large as the nominal diameter of the thread 11b of the screw 11. The outer diameter of the flange 12a is significantly larger than this outer diameter and is approximately two to three times as large.
Zum Festlegen des Sandwich-Elementes an ein in der Figur 2 dargestelltes Profil 14 wird zunächst in das Sandwich-Element 13 in Form des Paneeles ein dem Durchmesser der Hülse 12 entsprechendes Sackloch gebohrt oder gesenkt. Die Mittelbzw. Kernschicht 13c ist beispielsweise als Wabe gestaltet. Im Normalfall wird die Bohrung nicht ausgesenkt, da sich der Darstellung gemäß der Figur 2 der Flansch 12a der Hülse 12 in die äußere Decklage 13a unter Verformung auf der Kernschicht 13c eindrückt. In das Profil 14 braucht bei Verwendung des in der Figur 1 dargestellten Befestigungselementes 10 keine Bohrung eingebracht werden, da durch Drehung der Schraube 11 durch den als Bohrer gestalteten freien Endbereich zunächst ein Loch gebohrt wird, in das dann im Nachhinein das Gewinde 1 Ib derTo attach the sandwich element to a profile 14 shown in Figure 2, a blind hole corresponding to the diameter of the sleeve 12 is first drilled or countersunk in the sandwich element 13 in the form of the panel. The middle or core layer 13c is designed, for example, as a honeycomb. Normally, the hole is not countersunk because, as shown in Figure 2, the flange 12a of the sleeve 12 presses into the outer cover layer 13a while deforming the core layer 13c. When using the fastening element 10 shown in Figure 1, no hole needs to be drilled in the profile 14 because by turning the screw 11 through the free end area designed as a drill, a hole is first drilled into which the thread 11b of the
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Anmeldetext vom 18.04.2000 Seite 6Registration text dated 18.04.2000 Page 6
Schraube 11 eingedreht wird, so dass in das Profil eine Gewindebohrung eingedrückt wird.Screw 11 is screwed in so that a threaded hole is pressed into the profile.
In der Figur 2 ist die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Befestigungselementes 10 dargestellt. Der Kern 13c kann nicht nur Wabenförmig gestaltet sein, sondern er könnte auch aus einem Schaum, aus Faserstrukturen oder dergleichen hergestellt sein. Die Decklagen 13a und 13b sind mit dem mittleren Kern 13c beispielsweise durch Klebung, durch Schweißung oder ähnliche Verbindungsmöglichkeiten verbunden. Der Außendurchmesser der in das Sandwich-Paneel 13 einzubringenden Bohrung könnte ein klein wenig größer sein als der Außendurchmesser der Hülse 12, so dass ein Ringspalt 15 ein Spiel bildet. In diesem Falle sollte die Hülse 12 so gestaltet sein, dass ein Formschluß mit dem Sandwich-Paneel 13 hergestellt wird. Durch die Verformung der äußeren Deckschicht 13a und des angrenzenden Bereiches der Kernschicht 13c entsteht eine kraftschlüssige Verbindung zum Flansch 12a der Hülse 12. Durch die Verformung der äußeren Deckschicht 12 wird das angrenzende Material der Kernschicht 13 verdichtet, wobei es auch zu einem plastischen Fließen des Materials kommen kann. Die in das Paneel einzubringende Bohrung ist normalerweise eine Sacklochbohrung. Es wird außerdem erreicht, dass zwischen der dem Profil 14 zugewandten äußeren Deckschicht 13b und der anliegenden Stirnfläche der Hülse 12 ein Kraftschluß entsteht.Figure 2 shows the operation of the fastening element 10 according to the invention. The core 13c can not only be honeycomb-shaped, but it could also be made of foam, fiber structures or the like. The cover layers 13a and 13b are connected to the middle core 13c, for example by gluing, welding or similar connection options. The outer diameter of the hole to be made in the sandwich panel 13 could be a little larger than the outer diameter of the sleeve 12, so that an annular gap 15 forms a clearance. In this case, the sleeve 12 should be designed in such a way that a positive connection with the sandwich panel 13 is established. The deformation of the outer cover layer 13a and the adjacent area of the core layer 13c creates a force-fit connection to the flange 12a of the sleeve 12. The deformation of the outer cover layer 12 compacts the adjacent material of the core layer 13, which can also lead to plastic flow of the material. The hole to be drilled into the panel is normally a blind hole. It also ensures that a force-fit connection is created between the outer cover layer 13b facing the profile 14 and the adjacent end face of the sleeve 12.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausfühurngsbeispiel beschränkt. Wesentlich ist, dass aus der Schraube 11 und der Hülse 12 ein Befestigungselement gebildet wird, dessen Teile unverlierbar miteinander verbunden sein können.The invention is not limited to the embodiment shown. What is important is that the screw 11 and the sleeve 12 form a fastening element, the parts of which can be connected to one another in a captive manner.
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Legal Events
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---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20000824 |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20030604 |
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R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20061023 |
|
R157 | Lapse of ip right after 6 years |
Effective date: 20081103 |