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Verbindungsschraube
Gegenstand der Erfindung ist eine Verbindungsschraube zur Anbringung in nur einseitig zugänglichen
Bohrungen, deren voller oder hohler Gewindebolzen an seinem dem Kopf entgegengesetzten Ende eine in
Fortsetzung des Gewindes zum Teil umklappbare Lasche, Zunge od. dgl. aufweist, die während der Durch- führung der Schraube durch die Bohrung zur Aufnahme der besonders gestalteten Mutter dient, die so in die Stellung parallel zur Bolzenachse schwenkbar durch die Bohrungen in den zu verbindenden Teilen durchzuführen ist.
Dem Problem, mit dem sich die Erfindung befasst, kommt in der Montagetechnik, mit der Tendenz nach immer rationelleren Montageverfahren, in der Verwendung immer leichterer und stofflich verschie- denartigerer Konstruktionsmaterialien, immer grössere Bedeutung zu. Es handelt sich um die Aufgabe,
Schraubverbindungen von einer Seite allein aus herzustellen, u. zw. in jenen Fällen, bei denen die durch Zusammenfügung von Einzelteilen entstehende oder an sich schon vorgegebene (wie z. B. bei Rohren "Innenseite"für die Anbringung einer Mutter nur schwer, überhaupt nicht oder nur mit zusätzlichem Arbeits-und Materialaufwand zugänglich ist.
Wo die Materialstärke und Beschaffenheit es erlauben, ein Gewinde in das "innere Verbindungsstück zu schneiden, wie bei stärkeren Holz- und Metallplatten, er- übrigt sich die Anbringung einer Mutter. Wo die Materialstärke als Gewindeträger nicht mehr ausreicht, bedient man sich der Anschweissmutter. Diese Verbindungsart ist arbeitsaufwandmässig aber sehr unrationell und anderseits an die Voraussetzung gebunden, dass das die Mutter tragende Material verschweissbar ist. Wo man sich mit einer reinen Halterung von Abdeckplatten oder-blechen begnügt und die Aufnahme einer Zug- oder Wechsellast durch den"inneren"Verbindungsteil nicht verlangt wird, verwendet man die sogenannten Blechschrauben.
Deren Anwendungsmöglichkeit ist aber wieder an die Voraussetzung gebunden, dass das die Schraube aufnehmende Blech nicht zu dick und nicht zu dünn und weder zu weich noch zu hart sein darf.
Nach einem weiteren Vorschlag ist an den die Teile verbindenden Schraubenbolzen in Fortsetzung des Gewindes an dem dem Kopf entgegengesetzten Ende eine zweiteilige Lasche angeordnet, wobei der Endteil durch ein Scharnier mit dem festen Teil des Bolzens gelenkig verbunden ist. Die Lasche dient während der Durchführung der Schraube durch die Bohrung dazu, eine besonders gestaltete Mutter aufzu- nehmen, die so in eine zur Bolzenachse parallele Stellung geschwenkt werden und nach dem Passieren der durch die Bohrung zu verbindenden Teile wieder in eine quer zum Bolzen verlaufende Lage gebracht werden kann. Da derartige Schraubverbindungen aber in grösserer Anzahl gebraucht werden und verhältnismässig kleine Abmessungen aufweisen, sind diese Scharnierlaschen ziemlich teuer und daher unwirtschaftlich.
Bei diesen Laschen verbleibt die Mutter nach dem Einführen vorerst in der zum Bolzen parallelen Lage und muss erst durch Rütteln zurecht gerückt werden. Wenn sich das Scharnier nur streng bewegt, ist dies unter Umständen unmöglich.
Die darüber hinaus bekanntgewordenen Systeme konnten sich in der Praxis nicht durchsetzen, da sie aus zu vielen und komplizierten Einzelteilen bestehen und umständlich in der Handhabung bzw. ihre Anwendungsmöglichkeiten sehr beschränkt sind.
Die Erfindung entwickelt die oben geschilderte Lasche weiter, wobei sie von der Verwendung eines Scharniers absieht und biegsame Laschen, Zungen od. dgl. aus Kunststoff oder dünnem Stahlblech verwendet, die einteilig und flexibel ausgebildet sind. Solche Laschen lassen sich in Massenfertigung äusserst einfach herstellen und sind daher billig und wirtschaftlich. Wenn sie mit dem Bolzen aus einem Stück bestehen, könnte auch dieser aus Kunststoff bestehen. Die Elastizität der Lasche erleichtert das Verschwenken der Mutter in die Verwendungslage nach dem Einführen wesentlich.
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Gemäss dem Erfindungsgedanken ist das gestellte technische Problem dabei nach folgendem Prinzip gelöst
A) Für Montagefälle, bei denen die zu verbindenden Teile gemeinsam gebohrt und danach ver- schraubt werden, wobei die"innere"Verbindungsseite bereits unzugänglich geworden ist bzw. es von vornherein gewesen ist. Ein gewöhnlicher, mit beliebiger Kopfform und Gewindeart ausgeführter Voll- oder Hohlbolzen setzt sein Gewinde an dem, dem Kopf entgegengesetzten Ende über eine flexible La- sche oder Zunge fort. Diese Lasche hat die Aufgabe, erstens eine längliche Mutter aufzunehmen und zu haltern und ihr Umlegen in Parallellage zum Bolzen zu ermöglichen und zweitens nach Passieren des Bohrloches über ihr Gewinde die Mutter dem Bolzen zuzuführen. Sobald die Mutter das Bolzengewinde erfasst hat, hat die Lasche ihre Aufgabe erfüllt.
An der irgendwie gearteten Belastung der Verbindung hat sie keinerlei Anteil. Erst wenn die Verbindung wieder gelöst wird und die Mutter mit dem Bolzen aus dem Bohrloch gezogen werden soll, tritt sie wieder in Funktion, u. zw. in demselben Sinn wie beim Herstellen der Verbindung, nur mit umgekehrter Reihenfolge der Vorgänge.
Als Beispiele sind einige der möglichen Ausführungsformen der Lasche in den Fig. 1 - 9 und 13 dargestellt. Als Beispiele für die Verankerungsmöglichkeiten der Lasche am Schraubenbolzen seien Press-, Klebe-, Schweiss- oder Lötsitz genannt, sowie das Versehen der Lasche mit einem besonderen Verankerungswulst (Fig. 1, 2, 6, 8, 9 und 13). Bei entsprechendem Material können Bolzen und Lasche auch aus einem Stück bestehen (Fig. 4). Abgesehen von einer eventuell für die Verankerung der Lasche vorgesehenen Nut, unterscheidet sich der Bolzen des erfindungsgemässen Verbindungssystems von gewöhnlichen Schrauben noch dadurch, dass sein Kopf eine schwalbenschwanzförmige oder runde Nut aufweisen kann.
Diese kann für sich selbst bestehend oder in Kombination mit normalen Schraubenziehernuten ausgeführt sein (Fig. 2). Ausserdem kann der Bolzen mit einem Zentrierkragen versehen sein (Fig. 1). Ist er länger als die Dicke der zu verbindenden Teile ausmacht, so erreicht man eine Verbindung mit Spiel.
Als Gegenstück zum Bolzenkopf und Anzugselement können für jede beliebige Bolzenart zwei verschiedene Mutterarten Verwendung finden.
1) Verlorene Muttern (Fig. 10,13, 14,22 und 23), das sind solche, die zwar mit dem Bolzen durch die Bohrung gesteckt, beim Lösen der Verbindung aber nicht mehr mit dem Bolzen aus der Bohrung gezogen werden können, sondern "innen" abfallen.
2) Schlupfmuttern (Fig. 11,15 und 16), die neben den Eigenschaften der verlorenen Muttern noch die Möglichkeit geben, sie nach dem Lösen der Verbindung wieder mit dem Laschenbolzen aus der Bohrung zu ziehen.
Die Grund- und Ausgangsform beider Mutternarten ist für deren maximal möglichen Inhalt ein Zylindersegment, dessen Radius knapp so gross aber keinesfalls grösser als der Radius der Bohrung durch die zu verbindenden Teile sein kann. Die maximal mögliche Mutternhöhe ergibt sich aus der Beziehung : Mutternhöhe und Bolzenradius sind zusammen gleich oder kleiner als der Bohrlochdurchmesser. Dies gilt für eine Laschenlänge, die gleich ist der Länge des kürzeren Mutternflügels. Ist die Lasche länger, ist die Mutternhöhe nicht durch vorstehende Beziehung festgelegt, sondern kann bis nahe an den Durchmesser des Vollzylinders gehen. Es muss lediglich der von der Lasche beanspruchte Raum ausgespart bleiben. Im rechten Winkel zur Segmentfläche verläuft eine durchgehende Bohrung, dem Bolzengewinde entsprechend, deren Achse die Zylinderachse im rechten Winkel schneidet.
Diese Bohrung teilt den Mutterkörper in zwei Teile, die sogenannten Flügel der Mutter. Das Längenverhältnis dieser beiden Flügel kann beliebig sein.
Jedoch muss der kürzere Flügel länger sein als Bohrlochdurchmesser minus Bolzenradius. Bei Kragenmuttern muss der kürzere Flügel länger sein als der Bohrlochradius bzw. die Begrenzungslinie seiner Anliegefläche ausserhalb des Bohrloches liegen. Funktionell sind der Länge der beiden Mutternflügel bei der verlorenen Mutter und eines Flügels bei der Schlupfmutter, nach oben keine Grenzen gesetzt (und damit der Auflagefläche der Mutter am "inneren" Verbindungsteil).
Während für die Formgebung der verlorenen Mutter keine weiteren Massbestimmungen zu beachten sind, gilt für die Schlupfmutter noch folgendes : Mindestens ein Mutternflügel muss so ausgebildet sein,
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wodurch die Mutter wieder in Parallellage zum Bolzen gelangt und somit mit diesem ohne weiteres aus dem Bohrloch gezogen werden kann. Damit diese Schlupfbewegung möglich ist, muss der kippende Flügel - als Maximum seines möglichen Inhaltes - als Kugelsegment ausgeführt sein, dass sich durch Rotation eines Teiles des Bohrlochkreises um den Drehpunkt der Mutter, als Schnittlinie mit der vorgegebenen Zylindersegmentform der Mutter, ergibt.
Ausserdem müssen die Kanten der Segmentfläche bzw. des Kragens so gebrochen sein (Fig. 11, 15 und 16), dass keine, die Ausbildung eines Hebelarmes zwischen Lasche und
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dem nicht schlüpfenden Mutternflügel verhindernde oder störende Auflagefläche entstehen kann, die das Eipkippen der Mutter in das Bohrloch erschweren oder unmöglich machen würde.
Um mit den Elementen d es erfindungsgemässen Verbindungssystems eine Verbindung herzustellen bzw. zu lösen, verfährt man folgendermassen ; Man nimmt einen Laschenbolzen und schraubt eine verlorene Mutter oder Schlupfmutter so weit auf die Lasche, dass diese zwar das ganze Gewinde der Mutter erfasst, aber nicht darüber hinausragt. Dann bringt man die Mutter in Parallellage zum Bolzen und steckt sie mit diesem durch die Bohrung der zu verbindenden Teile. Hat die auf der flexiblen Lasche sitzende Mutter die Bohrung passiert, wird sie von den elastischen Rückstellkräften der Lasche automatisch wieder in Querlage zum Bolzen gebracht.
Nunmehr zieht man mit einem, in die Ring- oder Längsnut im Bolzenkopf eingeführten Drahthalter (Fig. 12) oder einem Schraubenzieher mit schwalbenschwanzförmiger Spitze den Bolzen so weit nach aussen, dass die Mutternflügel an der Innenfläche der zu verbindenden Teile anliegen bzw. ihr Kragen in das Bohrloch eingreift. Nun wird der Bolzen im Anzugsinne seines Gewindes bis zum Ausgang der Mutter eingedreht. Diese gelangt während des Eindrehen von der äusseren Extremstellung auf der Lasche über deren Gewindezähne auf den Bolzen und auf diesem schliesslich zum Anzug. Ein kraftschlüssiger Anzug erfolgt entweder schon mit dem eingeführten Schraubenzieher oder mit den üblichen Mitteln wie Schraubenschlüssel usw.
Eine mit den Elementen der Erfindung hergestellte Verbindung zeigt Fig. l, bei der eine kragenlose verlorene Mutter, und Fig. 13, bei der eine Mutter mit Kragen Verwendung findet. Beim Lösen der Verbindung verfährt man in derselben Weise, nur mit umgekehrter Reihenfolge der Vorgänge. Bei der Verwendung einer verlorenen Mutter ohne Kragen dreht man so lange im Lösungssinne des Gewindes, bis die Lasche die Mutter verlässt und diese"innen"abfällt, worauf man den Bolzen aus der Bohrung ziehen kann. Die abgefallene Mutter erscheint entweder wieder an einer zugänglichen Stelle der Konstruktion oder man verzichtet auf ihre Rückgewinnung.
Bei der Verwendung einer Schlupfmutter ohne Kragen muss der Bolzen ausgedreht werden, abstandsmässig ungefähr bis er sich in derselben Stellung befindet, in der er mit der Mutter in das Bohrloch gesteckt wurde. Nun wird der Bolzen in der Bohrung in eine exzentrische Lage gebracht, in der die Lasche eine Sehne an den Bohrlochkreis bildet. In dieser Stellung befindet sich die Auflagefläche des Schlupfflügels innerhalb des Bohrlochkreises oder schneidet mit diesem ab. Es genügt nun, den Bolzen nach aussen zu ziehen, wobei die Schlupfmutter einkippt und sodann mit dem Bolzen, an der Lasche hängend, die Bohrung verlassen kann. Das Lösen von Kragenmutternverbindungen, soweit es sich von dem Dargestellten unterscheidet, wird im nächsten Abschnitt beschrieben.
Die erfindungsgemässe Schraubverbindung umfasst auch sogenannte Kragenmuttern, das sind Abfalloder Schlupfmuttern, die den Freiraum zwischen Bolzenschaft und Bohrungswand mit einem Kragen mehr oder weniger ausfüllen und mittels diesem auf die Bohrungswand die Zugbelastung durch den angezogenen Bolzen ganz oder teilweise übertragen. Kragenmuttern können deshalb besonders dünnwandig sein, d. h. der Bohrungsdurchmesser kann im Verhältnis zum Bolzendurchmesser kleiner gehalten werden, als bei kragenlosen Muttern, gleiche Belastbarkeit vorausgesetzt.
Bei diesen Kragenmuttern ist die Mutternhöhe teilweise (Fig. 13,14, 15, 20,21, 22) oder ganz (Fig. 16 und 23) von einem Kragen beansprucht, der an seinem dem Bolzenkopf zugekehrten Ende knapp den Bohrlochdurchmesser aufweist und sich von da ab, gleich-oder ungleichmässig, konusartig bis zu seinem Ansatz an den Mutternflügeln bzw. Anliegering, oder seinem entgegengesetzten Ende erweitert.
Die Flanken des Kragens können verschiedene Ausführungsformen aufweisen, wie das als Beispiel die Fig. 17,18 und 19 zeigen, und vor allem ist der Flankenwinkel der Materialbeschaffenheit angepasst, in
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h.(falls vorhanden) sowie (wegen der Lastverteilung zwischen Kragen und Rumpf) für das Höhenverhältnis von Kragen und Rumpf der Mutter.
Die diesen Verhältnissen Rechnung tragende Tendenz ist erkennbar aus Fig. 20 und 21, die Kragenmuttern für weicheres bzw. härteres Material schematisch darstellen.
Der Kragen kann ausserdem in sich geschlossen oder auch durch Aussparungen unterteilt sein (Fig. 16), wodurch sein Sperreffekt auch auf den Bolzen übertragen wird, indem sich die, durch die Unterteilung elastischer gewordenen Sektionen des Kragens beim Anzug des Bolzens an dessen Gewindegänge pressen.
Das Verbringen einer Kragenmutter an die unzugängliche Verbindungsseite mittels Laschenbolzen vollzieht sich wie bereits beschrieben. Beim Nach-aussen-Ziehen des Laschenbolzens ist darauf zu achten, dass die Kragenkante der Mutter in das Bohrloch eintritt. Ein geringerer Zug nach aussen während des Anzugvorganges verhindert dann schon ein Mitdrehen der Mutter infolge des Reibungseffektes zwischen Kragenflanke und Bohrungswand. Ausserdem ist die Mutter bereits in der Bohrung zentriert, wodurch das Ein-
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schrauben des Bolzens erleichtert und eine Beschädigung der Lasche vermieden wird.
Hat der Bolzenkopf seine Auflagefläche erreicht, dann wird durch weiteren Anzug der Mutternkragen presssitzartig in die
Bohrung hineingezogen, bis entweder sein konus selbst oder die zum Anliegen gekommenen Flügel der
Mutter (bzw. der Ansatzring der Einschlagmutter) ein weiteres Eindringen verhindern. Einmal angezogen hält und sperrt sich die Kragenmutter selbst, d. h. sie ist gegen Abfallen und Lockerung automatisch ge- sichert, auch wenn man den Bolzen lockert oder entfernt, um ihn beispielsweise durch einen andern zu ersetzen.
Soll die Kragenmutter trotzdem einmal entfernt werden, so wird sie einfach - handelt es sich um eine verlorene Mutter - mit einem Stift oder Bolzen von der Kopfseite aus nach "innen" gestossen. Hat man eine Schlupfmutter zu entfernen, so löse man den Laschenbolzen so weit, bis sein Kopf um minde- stens Kragenhöhe der Mutter von seiner Auflagefläche entfernt ist. Schlägt man nun den Bolzen bis zum
Anschlag nach "innen". so löst sich die Mutter von der Bohrwand und sitzt - freibeweglich - auf dem Bol- zengewinde. Sie braucht jetzt nur mehr durch weiteres Ausdrehen des Bolzens von diesem auf die Lasche zu gelangen, um in bereits beschriebener Weise mit ihm aus der Bohrung geholt werden zu können.
B) Für Montagefälle, bei denen die zu verbindenden Teile vor ihrem Zusammenbau gebohrt werden, so dass die später unzugänglich werdenden Verbindungsseiten bei den Einzelteilen noch zugänglich sind.
Unter diesen Voraussetzungen, wie sie auch für die Verwendung der Anschweissmutter gegeben sein müssen, können die Kragenmuttern gemäss der Erfindung-u. zw. sowohl die verlorenen als auch die Schlupf- muttern - als Einschlagmuttern verwendet werden. Der Anschweissmutter gegenüber hat die Kragenmutter aber die Vorteile, dass sie zu ihrer Montage kein Schweissgerät benötigt, sondern mit ein paar Hammerschlägen festsitzt. Ausserdem kann sie für alle, auch nicht verschweissbaren Materialien verwendet werden und ist, im Gegensatz zur Anschweissmutter, wieder leicht entfernbar. Beschränkt man sich darauf, die EinschlÅagmutter als verlorene Mutter auszubilden, so braucht ihre Höhe nicht vom Bohrlochdurchmesser bestimmt bzw. begrenzt zu sein.
Sie benötigt dann auch keine "Flügel", sondern einen Rumpfkörper mit ringartiger Sitzfläche (Fig. 22), wenn sie nicht überhaupt nur ein konisches Drehstück darstellt (Fig. 23), von dem sich-bei angezogener Verbindung - ein Teil innerhalb und der restliche ausserhalb der Bohrung befindet. Mit den Elementen nach der Erfindung hergestellte Verbindungen zeigt Fig. 1 und 13, wobei eine verlorene Mutter ohne bzw. mit Kragen verwendet wurde. Fig. 2 zeigt, wie eine auf der Lasche befindliche Mutter mit dem Bolzen erfindungsgemäss durch die Bohrung gesteckt wird.
Alle Kragenmuttern sind, auf Grund ihrer spezifischen Konstruktion, bei geringem Materialaufwand mindestens ebenso belastungsfähig wie gewöhnliche Muttern, d. h. bei Materialgleichheit zwischen Mutter und Bolzen geht dieser zuerst zu Bruch, so dass bei überzogener Verbindung nur der Bolzen, nicht aber dieKragenmutter ausgewechselt werden braucht. Bei entsprechenden Wandstärken der zu verbindenden Teile zentriert die Kragenmutter diese passsitzgenau und diese Fixierung bleibt auch bestehen, wenn man den Bolzen entfernt, was als weiterer Vorteil der Kragenmutter gewertet werden muss.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verbindungsschraube zur Anbringung in nur einseitig zugänglichen Bohrungen. deren voller oder hohler Gewindebolzen an seinem dem Kopf entgegengesetzten Ende eine inFortsetzung des Gewindes zum Teil umklappbare Lasche, Zunge od. dgl. aufweist, die während der Durchführung der Schraube durch die Bohrung zur Aufnahme der besonders gestalteten Mutter dient, die so in die Stellung parallel zur Bolzenachse schwenkbar durch die Bohrungen in den zu verbindenden Teilen durchzuführen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche, Zunge od. dgl. einteilig und flexibel ausgebildet ist.