DE102015102169B4

DE102015102169B4 - Verschlussstopfen

Info

Publication number: DE102015102169B4
Application number: DE102015102169.2A
Authority: DE
Inventors: Stefan Jatzke
Original assignee: BCS Automotive Interface Solutions GmbH
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2016-08-25
Anticipated expiration: 2035-02-17
Also published as: DE102015102169A1; WO2016131573A1

Abstract

Verschlussstopfen zum Verschließen einer Öffnung (44) in einem Bauteil (46), insbesondere in einem Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeugs, mit einem ersten Grundkörperelement (14), das die Öffnung (44) abdecken kann, und mit einem zweiten Grundkörperelement (16), das wenigstens ein Rastelement (31) aufweist, das einen Rand der Öffnung (44) hintergreifen kann, wobei am ersten und am zweiten Grundkörperelement (14, 16) jeweils eine Rastgeometrie (28, 36) vorgesehen ist und die beiden Grundkörperelemente (14, 16) über die Rastgeometrien (28, 36) vor dem Einsetzen in die Öffnung (44) fest aneinander fixiert sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verschlussstopfen zum Verschließen einer Öffnung in einem Bauteil, insbesondere einem Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeugs.
Bei der Herstellung von Fahrzeugkarosserien ist es erforderlich, Öffnungen in diversen Bauteilen abzudichten, um das Eindringen von Schmutz oder Wasser zu verhindern. Diese Öffnungen werden beispielsweise vor dem Lackieren oder danach bleibend verschlossen. Hierzu werden Verschlussstopfen verwendet, die in die Öffnung des Karosseriebauteils eingesetzt werden und die beispielsweise mittels geeigneter Rastelemente, die die Öffnung des Bauteils hintergreifen, fixiert werden.
Der Verschlussstopfen kann gleichzeitig eine Abdichtung der Öffnung bewirken, wobei auch bekannt ist, zumindest einen Abschnitt des Dichtstopfens mit dem Rand der Öffnung permanent zu verkleben. Beispielsweise ist ein Abschnitt des Dichtstopfens aus einem bei Temperatureinwirkung schmelzenden oder expandierenden Material gefertigt, sodass bei einem Erhitzen des Bauteils der Dichtstopfen stoffschlüssig mit dem Rand der Öffnung verbunden wird. Manchmal ist es aber auch wünschenswert, Verschlussstopfen zu verwenden, die nur rein mechanisch in der Öffnung fixiert werden.
In der DE 10 2006 007 914 B4 ist ein Verschlussstopfen beschrieben, der aus zwei Elementen zusammengesetzt ist, die an einer Bodenfläche eines der Elemente, das die Öffnung komplett überdeckt, miteinander verschweißt sind, um einen Druckausgleichsraum zu schaffen. Es sind zwei Dichtungsringe aus einem Heißklebematerial vorgesehen, die umlaufend an einem Rand einer Stützlippe bzw. einer Rastlippe angeordnet sind und die bei Erwärmen des Bauteils mit dem Rand der Öffnung verkleben.
Die DE 202 09 513 U zeigt einen zweiteiligen Verschlussstopfen, der ein napfartiges Deckelteil aufweist, das in eine Öffnung in einem Karosseriebauteil eingesetzt wird. Am Deckelteil ist innerhalb der napfartigen Vertiefung ein Einsatzteil über eine Rastverbindung vormontiert, das nach dem Einschieben des Deckelteils in die Öffnung zur Fixierung des Deckelteils weiter in die Vertiefung hinein geschoben wird und dabei das Deckelteil auf der Rückseite des Bauteils radial verformt.
Die DE 10 2009 018 395 A1 und die EP 2 377 748 A1 zeigen einstückige Verschlussstopfen, die einen Abschnitt aufweisen, der auf einer Einschubseite die Öffnung im Karosseriebauteil überdeckt, während sich ein zweiter Abschnitt durch die Öffnung hindurch erstreckt und des Rand der Öffnung hintergreift. Der zweite Abschnitt ist bei der DE 10 2009 018 395 A1 durch ein Dichtelement gebildet.
In der DE 10 2013 200 489 A1 ist ein in einem Zweischuss-Spritzgießprozess hergestellter Verschlussstopfen beschrieben, der ein Skelett aus einem härteren und eine Haut aus einem weicheren Elastomer aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung eines Verschlussstopfens kostengünstiger zu gestalten. Außerdem soll die Variation der Abmessungen des Dichtstopfens vereinfacht werden.
Dies wird gemäß der Erfindung mit einem Verschlussstopfen zum Verschließen einer Öffnung in einem Bauteil, insbesondere in einem Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Auf diese Weise wird ein zweiteiliger Verschlussstopfen geschaffen, bei dem beide Grundkörperelemente separat gefertigt werden können. Die einzelnen Grundkörperelemente können dabei als Einkomponententeil in einfach gestalteten Spritzgusswerkzeugen hergestellt werden, die in ihrer Herstellung relativ kostengünstig sind. Vor der Montage des Verschlussstopfens am Karosseriebauteil werden die beiden Grundkörperelemente zusammengesetzt, beispielsweise durch Ineinanderstecken, sodass die Rastgeometrien miteinander in Eingriff kommen und die beiden Grundkörperelemente bleibend aneinander fixieren.
Die beiden Grundkörperelemente sind nach dem Zusammensetzen an ihren Rastgeometrien vorzugsweise unlösbar miteinander verbunden.
Die Rastgeometrie besteht beispielsweise jeweils aus einer umlaufenden Rastkante an jedem der Grundkörperelemente, wobei die beiden Rastkanten ineinandergreifen.
Das erste Grundkörperelement bildet vorzugsweise eine geschlossene Kappe, sodass nach Einsetzen des Verschlussstopfens die Öffnung komplett überdeckt und verschlossen ist. Am ersten Grundkörperelement kann eine umlaufende Stützlippe ausgebildet sein, die im montierten Zustand radial nach außen über den Rand der Öffnung im Bauteil vorsteht.
Das Rastelement am zweiten Grundkörperelement ist beispielsweise eine umlaufende Rastlippe, die den rückseitigen Rand der Öffnung im Bauteil hintergreifen und an der Rückseite des Bauteils in Anlage kommen kann.
Sind die beiden Grundkörperelemente zusammengesetzt, ergibt sich so ein einfach in die Öffnung einzusetzender und gut abdichtender Verschlussstopfen.
Die beiden Grundkörperelemente sollten zumindest teilweise elastisch sein, sie können beispielsweise aus einem geeigneten Kunststoff mit einer Shore-D-Härte von 40 bis 50 bestehen.
Die Gestaltung des Verschlussstopfens mit zwei zunächst separaten Grundkörperelementen ermöglicht außerdem eine modulare Gestaltung. Unterschiedliche erste und zweite Grundkörperelemente können miteinander kombiniert werden, sodass mit einer geringeren Anzahl an Einzelteilen als bei einer einstückigen Fertigung Verschlussstopfen mit unterschiedlichen Öffnungsdurchmessern und/oder unterschiedlichen axiale Längen bereitgestellt und/oder Verschlussstopfen mit verschiedenen Materialkombinationen realisiert werden können.
Das erste Grundkörperelement und/oder das zweite Grundkörperelement können eine geschlossene Umfangswand aufweisen, wobei die geschlossene Umfangswand zum einen das Verrasten der beiden Grundkörperelemente aneinander erleichtert sowie die Stabilität des gesamten Verschlussstopfens erhöht und zum anderen über eine axiale Länge der Umfangswand auch einfach die gesamte axiale Länge des Verschlussstopfens variiert werden kann.
Zum Einsatz in unterschiedlichen Öffnungsdurchmessern können etwa erste und/oder zweite Grundkörperelemente mit unterschiedlichen radialen Längen der Rast- beziehungsweise Stützlippe vorgesehen sein, die dann baukastenartig für den jeweils geforderten Einsatzzweck zusammengesetzt werden.
Der Verschlussstopfen kann auf das erste und das zweite Grundkörperelement beschränkt sein, sodass keine eigenständige Dichtung am Verschlussstopfen vorgesehen ist.
Es ist jedoch auch möglich, ein Dichtelement vorzusehen, das in Axialrichtung zwischen Abschnitten der Grundkörperelemente angeordnet ist.
Das Dichtelement ist nachgiebig und elastisch und hat beispielsweise eine Shore-D-Härte von kleiner als 40. Es ist möglich, das Dichtelement aus einem bei Hitzeeinwirkung schmelzenden oder expandierenden Material zu gestalten, sodass beim Erhitzen des Bauteils ein Verkleben mit dem Rand der Öffnung erreicht wird.
Das Dichtelement ist vorzugsweise so angeordnet, dass es im Bereich der Öffnung in Kontakt mit dem Bauteil kommt, wenn der Verschlussstopfen in die Öffnung eingesetzt ist.
Das Dichtelement kann beispielsweise eine erste Dichtlippe aufweisen, die entlang der Stützlippe des ersten Grundkörperelements verläuft, und/oder eine zweite Dichtlippe, die entlang der Rastlippe des zweiten Grundkörperelements verläuft.
Vorzugsweise hat das Dichtelement eine Umfangswand, die radial außerhalb der Rastverbindung zwischen den beiden Grundkörperelementen positioniert ist und die insbesondere die beiden Dichtlippen des Dichtelements einstückig miteinander verbindet.
In seiner Form folgt das Dichtelement dabei vorzugsweise der Kontur der zum Bauteil weisenden Abschnitte der Stützlippe, der Umfangswand sowie der Rastlippe. Die Umfangswand des Dichtelements sollte dabei an der Umfangswand des ersten Grundkörperelements oder des zweiten Grundkörperelements anliegen.
Vor allem wenn das Dichtelement aus einem Heißkleber besteht, ist es vorteilhaft, wenn sich das Dichtelement radial weiter nach außen erstreckt als die Stützlippe, sodass bei Erhitzen des Bauteils eine Klebeverbindung zwischen dem Bauteil und der Stützlippe entsteht.
Bei der Montage kann das Dichtelement zwischen die beiden Grundkörperelemente gelegt werden, bevor diese miteinander verrastet werden, wobei es nach dem Verrasten der Grundkörperelemente fest und unverlierbar zwischen diesen gehalten ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
1 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Verschlussstopfens in einer schematischen perspektivischen Darstellung;
2 einen erfindungsgemäßen Verschlussstopfen vor dem Zusammenfügen der Einzelteile in einer Schnittansicht;
3 bis 6 Schritte des Zusammensetzens der Einzelteile des erfindungsgemäßen Verschlussstopfens;
7 ein Detail einer Rastverbindung zwischen den beiden Grundkörperelementen des erfindungsgemäßen Verschlussstopfens;
8 eine Detailansicht des erfindungsgemäßen Verschlussstopfens mit einem Dichtelement;
9 eine schematische Darstellung einer Variationsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verschlussstopfens;
10 und 11 zwei Varianten eines erfindungsgemäßen Verschlussstopfens mit unterschiedlicher axialer Länge in einer Schnittansicht; und
12 den Verschlussstopfen aus 1 eingesetzt in eine Öffnung in ein Bauteil.
1 zeigt einen Verschlussstopfen 10, der einen Grundkörper 12 aufweist, der aus einem ersten Grundkörperelement 14 und einem zweiten Grundkörperelement 16 zusammengesetzt ist. Außerdem ist noch ein Dichtelement 18 vorgesehen, das am Grundkörper 12 montiert ist.
Die drei Einzelteile des Verschlussstopfens 10 sind in 2 dargestellt.
Das erste Grundkörperelement 14 ist kappenförmig gestaltet mit einem durchgehend geschlossenen Deckelabschnitt 20, der in eine umfangsmäßig umlaufende Stützlippe 22 übergeht, die in einem radial äußeren Rand 24 endet. Außerdem weist das erste Grundkörperelement 14 eine Umfangswand 26 auf, die radial einwärts der Stützlippe 22 angeordnet ist. Am freien axialen Ende der Umfangswand 26 ist eine erste Rastgeometrie 28 ausgebildet, die hier die Form einer umlaufenden, radial auswärts gerichteten Rastkante hat
Das gesamte erste Grundkörperelement 14 ist einstückig gefertigt.
Das zweite Grundkörperelement 16 weist eine umfangsmäßig umlaufende Rastlippe 30 auf, die als Rastelement 31 wirkt und die an einem radial außen liegenden freien Rand 32 endet. An der anderen Seite geht die Rastlippe 30 in eine Umfangswand 34 über, die radial innerhalb der Rastlippe 30 angeordnet ist. Die Umfangswand 34 endet an ihrem axial freien Ende in einer zweiten Rastgeometrie 36, hier einer umfangsmäßig umlaufenden, radial nach innen gerichteten Rastkante.
Die Rastlippe 30 ist zur Verlängerung des Hebelarms und zur Reduzierung der Verbaukräfte möglichst lang gestaltet. Sie sollte jedoch so ausgebildet sein, dass sie vollständig radial innerhalb der Stützlippe 22 liegt.
Auch das zweite Grundkörperelement 16 ist einstückig ausgebildet.
In diesem Beispiel ist das zweite Grundkörperelement 16 innen offen gestaltet, hat also eine in Axialrichtung A durchgehende zentrale Öffnung, die im zusammengesetzten Zustand unterhalb des Deckelabschnitts 20 des ersten Grundkörperelements 14 liegt.
Die beiden Rastgeometrien 28, 36 sind so ausgelegt, dass sie ineinandergreifen und aneinander verrasten können, um so das erste und das zweite Grundkörperelement 14, 16 fest und nicht zerstörungsfrei lösbar aneinander zu fixieren. Dieser verrastete Zustand ist beispielsweise in 1 dargestellt.
Das Dichtelement 18 ist an die Form der Unterseite der Stützlippe 22, der Oberseite der Rastlippe 30 sowie der Umfangswände 26, 34 angepasst. Es hat eine erste Dichtlippe 38 sowie eine zweite Dichtlippe 40, wobei die erste Dichtlippe 38 entlang der Unterseite der Stützlippe 22 und die zweite Dichtlippe 40 entlang der Oberseite der Rastlippe 30 verläuft.
Die Dichtlippe 38 verlängert sich in Radialrichtung r über den Rand 24 der Stützlippe 22 hinaus und umgreift diesen, wie beispielsweise in den 1, 6 und 12 zu erkennen ist.
Eine die Dichtlippen 38, 40 verbindende Umfangswand 42 ist radial außerhalb der Umfangswände 26, 34 und radial außerhalb der Rastgeometrien 28, 36 der Grundkörperelemente 14, 16 angeordnet und liegt an der hier radial äußeren Umfangswand 34 des zweiten Grundkörperelements 16 an.
Die beiden Grundkörperelemente 14, 16 werden separat hergestellt, in diesem Fall jeweils in einem Spritzgussprozess. Sie sind jeweils Einkomponententeile. Jedes der Grundkörperelemente 14, 16 ist zumindest teilweise elastisch ausgebildet und hat beispielsweise eine Härte von 40–50 Shore-D.
Das Dichtelement wird separat von den beiden Grundkörperelementen 14, 16 hergestellt und besteht aus einem Material, das nachgiebiger und elastischer ist als das Material der Grundkörperelemente 14, 16 und das beispielsweise eine Shore-D-Härte < 40 hat. In diesem Beispiel besteht das Dichtelement 18 aus einem Heißkleber, der bei Wärmeeinwirkung schmilzt. Es könnte aber auch beispielsweise aus einem bei Wärmeeinwirkung expandierenden Material bestehen.
Das Dichtelement 18 ist optional, der Verschlussstopfen 10 kann auch ohne es verwendet werden und besteht dann lediglich aus den beiden Grundkörperelementen 14, 16.
Soll ein Dichtelement 18 verwendet werden, so wird es beim Zusammensetzen des Verschlussstopfens 10 axial zwischen dem ersten und dem zweiten Grundkörperelement 14, 16 platziert, und die beiden Grundkörperelemente 14, 16 werden in Axialrichtung A ineinandergeschoben, bis die Rastgeometrien 28, 36 ineinandergreifen, übereinander schnappen und so aneinander verriegelt sind.
Dieser Montageprozess ist in den 3 bis 6 dargestellt.
Das Dichtelement 18 wird durch die innerhalb der Umfangswand 42 des Dichtelements 18 liegende Umfangswand 34 des zweiten Grundkörperelements 16 zentriert und in seiner Position gehalten. Das zweite Grundkörperelement 14 wird durch seine Umfangswand 26 und den Eingriff der Rastgeometrien 28, 36 gegenüber dem zweiten Grundkörperelement 16 und dem Dichtelement 18 zentriert. Die Umfangswand 42 des Dichtelements 18 übt eine radial nach innen wirkende Kraft aus, die die Stabilität der Rastverbindung der Rastgeometrien 28, 36 erhöht.
Die Verwendung von separat hergestellten Grundkörperelementen 14, 16 zur Fertigung des Grundkörpers 12 des Verschlussstopfens 10 erlaubt eine modulare, baukastenartige Verwendung. Beispielsweise können erste Grundkörperelemente 14 mit Deckelabschnitten 20 und Stützlippen 22, 22' mit verschiedenen Durchmessern mit demselben zweiten Grundkörperelement 14 verwendet werden, um unterschiedlich große Bereiche in einem Bauteil abzudecken. Genauso sind durch Verwendung von ersten und/oder zweiten Grundkörperelementen 14, 16 mit Umfangswänden 26, 34 mit unterschiedlichen axialen Längen verschiedene Klemmhöhen realisierbar. Dies ist in den 9 bis 11 dargestellt.
Der fertig zusammengesetzte Verschlussstopfen 10 wird in eine Öffnung 44 eines Bauteils 46 eingesetzt (siehe 12), wobei das Bauteil 46 beispielsweise ein nicht näher dargestelltes Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeugs ist. Der Verschlussstopfen 10 wird mit der Rastlippe 30 des zweiten Grundkörperelements 14 voran in die Öffnung 44 eingeschoben, wobei der Rand der Öffnung zunächst die Rastlippe 30 radial nach innen verformt. Nach Passieren des Randes der Öffnung 44 schnappt die Rastlippe 30 radial nach außen und hintergreift so den Rand der Öffnung 44 und fixiert den Verschlussstopfen 10 im Bauteil 46.
In diesem Zustand liegt die Dichtlippe 38 des Dichtelements 18 zwischen einer Oberseite des Bauteils 46 und der Stützlippe 22 und die Dichtlippe 40 des Dichtelements 18 liegt radial innerhalb der Rastlippe 30 an einer Rückseite des Bauteils 46 an.
Das Bauteil 46 wird nun erhitzt, wobei das Material des Dichtelements 18 erweicht und eine form- und stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Grundkörper 12 des Verschlussstopfens 10 und dem Bauteil 46 schafft und so den Verschlussstopfen 10 mit dem Bauteil 46 verklebt und die Öffnung 44 abdichtet.
Wie erwähnt ist es aber auch möglich, das Dichtelement 18 wegzulassen. In diesem Fall wird die Abdichtung der Öffnung 44 durch die Anlage der Ränder 24, 32 der Stützlippe 22 und der Rastlippe 30 am Rand der Öffnung 44 und am Bauteil 46 erreicht.

Claims

Verschlussstopfen zum Verschließen einer Öffnung (44) in einem Bauteil (46), insbesondere in einem Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeugs, mit einem ersten Grundkörperelement (14), das die Öffnung (44) abdecken kann, und mit einem zweiten Grundkörperelement (16), das wenigstens ein Rastelement (31) aufweist, das einen Rand der Öffnung (44) hintergreifen kann, wobei am ersten und am zweiten Grundkörperelement (14, 16) jeweils eine Rastgeometrie (28, 36) vorgesehen ist und die beiden Grundkörperelemente (14, 16) über die Rastgeometrien (28, 36) vor dem Einsetzen in die Öffnung (44) fest aneinander fixiert sind.
Verschlussstopfen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastgeometrie (28, 36) jeweils aus einer umlaufenden Rastkante an jedem der Grundkörperelemente (14, 16) besteht, wobei die beiden Rastkanten ineinandergreifen.
Verschlussstopfen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Grundkörperelement (14) eine umlaufende Stützlippe (22) ausgebildet ist, die im montierten Zustand radial über den Rand der Öffnung (44) im Bauteil (46) vorsteht.
Verschlussstopfen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastelement (31) am zweiten Grundkörperelement (16) eine umlaufende Rastlippe (30) ist, die den rückseitigen Rand der Öffnung (44) im Bauteil (46) hintergreifen kann.
Verschlussstopfen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Grundkörperelement (14) und/oder das zweite Grundkörperelement (16) eine geschlossene Umfangswand (26, 34) aufweisen.
Verschlussstopfen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtelement (18) vorgesehen ist, das in Axialrichtung (A) zwischen Abschnitten der Grundkörperelemente (14, 16) angeordnet ist.
Verschlussstopfen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (18) aus einem Material besteht, das bei Wärmeeinwirkung eine formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung mit den Grundkörperelementen (14, 16) und/oder dem Rand der Öffnung (44) im Bauteil (46) eingeht, insbesondere einem Heißkleber.
Verschlussstopfen nach einem der Ansprüche 6 und 7, soweit auf die Ansprüche 3 oder 4 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (18) eine erste Dichtlippe (38) aufweist, die entlang der Stützlippe (22) des ersten Grundkörperelements (14) verläuft und/oder eine zweite Dichtlippe (40), die entlang der Rastlippe (30) des zweiten Grundkörperelements (16) verläuft.
Verschlussstopfen nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (18) eine Umfangswand (42) aufweist, die radial außerhalb der Rastgeometrien (28, 36) der beiden Grundkörperelemente (14, 16) positioniert ist.
Verschlussstopfen nach Anspruch 9, soweit auf Anspruch 5 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswand (42) des Dichtelements (18) an der Umfangswand (26, 34) des ersten Grundkörperelements (14) oder des zweiten Grundkörperelements (16) anliegt.