DE10127483B4

DE10127483B4 - Trennschraube und ihre Verwendung

Info

Publication number: DE10127483B4
Application number: DE10127483.1A
Authority: DE
Inventors: Werner Schmidt; Frank Goseberg; Michael Bischoff
Original assignee: Magna Electronics Europe GmbH and Co OHG
Current assignee: Magna Electronics Europe GmbH and Co OHG
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2021-06-08
Also published as: DE10127483A1

Abstract

Trennschraube (1) zum lösbaren Verbinden zweier Bauteile (10, 11), mit einem diese Bauteile (10, 11) verbindbaren Schraubenkörper (12), einer in einer Ausnehmung (6) des Schraubenkörpers (12) untergebrachten und elektrisch zündbaren Sprengladung und mit zumindest einer durch Zündung der Sprengladung wirksamen Sollbruchstelle (7), wobei die Sprengladung (16) in einer vormontierten Spreng- und Zündeinheit untergebracht ist, welche mit dem Schraubenkörper (12), welcher ohne Spreng- und Zündeinheit an den Bauteilen (10, 11) befestigbar ist, gesondert verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündeinheit in der die Ausnehmung (6) begrenzenden Innenwand des Schraubenkörpers über eine Schnappverbindung positionier- bzw. fixierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Trennschraube zum lösbaren Verbinden zweier Bauteile, mit einem diese Bauteile verbindbaren Schraubenkörper, einer in einer Ausnehmung des Schraubenkörpers untergebrachten und elektrisch zündbaren Sprengladung und vorzugsweise mit zumindest einer durch Zündung der Sprengladung wirksamen Sollbruchstelle.
Eine derartige Trennschraube ist beispielsweise aus der DE 195 32 746 A1 bekannt. Der Schraubenkörper der Trennschraube ist mit einer zentralen und sich in axialer Richtung erstreckenden Ausnehmung versehen, in welcher sich die Sprengladung befindet. Die Ausnehmung erstreckt sich bis zum fußseitigen Ende des Schraubenkörpers und ist dort mit, einem in die Ausnehmung geschraubten Verschlussstopfen, beispielsweise aus Kunststoff, verschlossen. Derartige Trennschrauben werden beispielsweise zur Verbindung von Geschoßteilen verwendet.
Eine weitere Trennschraube der eingangs genannten Art ist aus der DE 197 09 316 C2 bekannt. Die in einem Hohlraum im Schraubenschaft angeordnete Sprengladung ist über elektrische Kabel zündbar, die an den im Schraubenkopf gegenüberliegenden Ende des Schraubenschaftes in die Trennschraube eintreten. Am Schraubenschaft ist ein Ansatz in Form eines Hohlzylinders angeformt, auf welchen ein Kunststoffschlauch aufgeschoben ist, wobei der Ansatz und der Kunststoffschlauch die elektrischen Kabel umschließen. Durch diese Maßnahmen sollen die Beschädigungsgefahr der elektrischen Kabel bei der Montage der Trennschraube reduziert und beim Festziehen der Trennschraube ein höheres Drehmoment auf den Schraubenkopf ausgeübt werden können. Die in dieser Druckschrift offenbarten Trennschrauben sind unter anderem dafür bestimmt, bei gepanzerten Fahrzeugen gezielt vorbestimmte Verbindungen, beispielsweise zwischen den Türscharnieren und den zugeordneten Türsäulen, in kürzester Zeit aufzuheben.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Trennschrauben sind mitsamt den in ihnen befindlichen bzw. untergebrachten Sprengladungen hergestellt und können daher nur gemeinsam mit der Sprengladung an den betreffenden Bauteilen montiert werden. Bei vielen Anwendungen, insbesondere beim Einsatz von Trennschrauben an Kraftfahrzeugteilen, können diese Trennschrauben erst gegen Ende der Fertigung befestigt werden, wodurch die ansonsten zum Großteil vollautomatisch ablaufende Fertigung und Montage behindert wird. Die mit den Sprengladungen versehenen Trennschrauben sind nicht dafür geeignet, Fertigungsschritte bei der Herstellung und Montage von Kraftfahrzeugteilen zu durchlaufen, die unter höheren Temperaturen ablaufen. Dazu zählen beispielsweise Trocknungsprozesse lackierter Karosserie- und sonstiger Fahrzeugteile.
Des Weiteren sind aus der DE 197 38 239 C1 und der US 3 237 521 A Trennschrauben bekannt, bei denen Treibladungen in vormontierten Spreng- und Zündeinheiten angeordnet sind. Diese Spreng- und Zündeinheiten können nach dem Verbinden der Trennschrauben mit den zu verbindenden Bauteilen eingesetzt werden.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zu Grunde, eine Trennschraube der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass eine vereinfachte und schnelle Montage der Trennschraube mit Sprengeinheit möglich ist.
Bei der erfindungsgemäßen Trennschraube ist die Sprengladung in einer vormontierten Spreng- und Zündeinheit untergebracht, welche mit dem Schraubenkörper, welcher ohne Zündeinheit an den Bauteilen befestigbar ist, gesondert verbindbar ist.
Die über Trennschrauben zu verbindenden Bauteile können über den Schraubenkörper bereits verbunden werden, ohne dass die Sprengladung im Schraubenkörper enthalten ist. Dies erleichtert wesentlich die Montage und Weiterverarbeitung dieser Bauteile, da auf keine provisorischen Verbindungen der Bauteile miteinander zurückgegriffen werden muss, und da die Bauteile beliebig behandelt und weiterverarbeitet werden können, ohne dass eine unbeabsichtigte Zündung der Sprengladung auftreten kann.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Spreng- und Zündeinheit in der die Ausnehmung begrenzenden Innenwand des Schraubenkörpers über eine Schnappverbindung fixiert werden kann. Damit kann die Zündeinheit von Hand aus ohne Werkzeug nachträglich in den Schraubenkörper eingebracht werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Spreng- und Zündeinheit einen die Sprengladung aufnehmenden und mit den elektrischen Leitungen versehenen Sprengeinsatz sowie einen mit diesem verbindbaren und bei montierter Spreng- und Zündeinheit von außen zugänglichen Anschlussstecker auf. Die Spreng- und Zündeinheit kann daher sehr einfach ausgeführt und auf einfache Weise herstellbar sein.
Besonders zweckmäßig und einfach ist eine Ausführung, bei der an der Außenseite des Anschlusssteckers ein Sicherungsring positionierbar ist, welcher in einer Rastnut oder dergleichen der Innenwand der Ausnehmung des Schraubenkörpers einrast- bzw. einschnappbar ist. Auch der Sprengeinsatz kann über eine Schnappverbindung mit dem Anschlussstecker verbunden werden, beispielsweise indem der Sprengeinsatz in einer Ausnehmung des Anschlussteils einsetzbar ist. Die die Bestandteile der Spreng- und Zündeinheit bildenden Bauteile können daher ohne Montagewerkzeuge zusammengefügt und die Spreng- und Zündeinheit kann ebenfalls ohne Zuhilfenahme eines Werkzeugs im Schraubengehäuse, gegen unbeabsichtigtes Lösen gesichert, positioniert werden.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Schraubenkörper einerends mit einem über eine Schraubenmutter sicherbaren Schraubenfuß und andererends mit einem Kopfteil versehen, welches eine an einem der miteinander zu verbindenden Bauteile abstützbare Stützfläche aufweist.
Von besonderem Vorteil ist die Verwendung erfindungsgemäßer Trennschrauben bei der Verbindung von Kraftfahrzeugteilen, insbesondere bei der Verbindung eines Bauteiles mit einem Karosserieteil. Dazu werden die betreffenden Teile vorerst mit dem Schraubenkörper miteinander verbunden und erst zu einem späteren Zeitpunkt, insbesondere nach dem Durchführen von Weiterverarbeitungs- und Montageschritten, wird die Spreng- und Zündeinheit in den Schraubenkörper eingebracht.
Erfindungsgemäß ausgeführte Trennschrauben sind besonders vorteilhaft bei Sicherheitseinrichtungen von Kraftfahrzeugen einsetzbar. Gemeint sind hier insbesondere Sicherheitseinrichtungen, die in einer Unfallsituation, beispielsweise einer Kollision des Fahrzeuges mit einem Fußgänger, in Aktion tretende Aktuatoren aufweisen, die beispielsweise ein Anheben der Fronthaube oder Ausfahren des vorderen Stoßfängers bewirken. Hier ist es erforderlich, dass das betreffende Fahrzeug und Bestandteile der Sicherheitseinrichtung im Normalfall entsprechend fixiert bleiben, in einer entsprechenden Unfallsituation jedoch innerhalb kürzester Zeit beweglich sind. Der Einsatz erfindungsgemäß ausgeführter Trennschrauben ermöglicht nun nicht nur die erforderliche Trennung innerhalb kürzester Zeit sondern erleichtert auch die Herstellung und Montage der betreffenden Fahrzeugteile und Bauteile der Sicherheitseinrichtungen. Erwähnt sei beispielsweise, dass eine erfindungsgemäß ausgeführte Trennschraube dafür vorgesehen werden kann, einen Bestandteil einer Scharniereinrichtung einer Fronthaube, beispielsweise einen Scharnier-Hebelarm, mit der Fahrzeugkarosserie zu verbinden und in einer entsprechenden Unfallsituation freizugeben, sodass ein Aktuator ein Anheben der Fronthaube über die Betätigung des Scharniers in die Wege leitet.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnungen, die schematisch ein Ausführungsbeispiel darstellen, näher beschrieben. Dabei zeigen:
1 eine Schnittdarstellung einer Verbindung unter Verwendung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Trennschraube, deren Bestandteile in der Art einer Explosionsdarstellung gezeigt sind und
2 die Schnittdarstellung aus 1 mit komplettierter Trennschraube.
Die Zeichnungsfiguren zeigen die Verbindung von zwei mit Bohrungen versehenen Bauteilen 10, 11 mittels einer erfindungsgemäß ausgeführten Trennschraube 1. Die Trennschraube 1 weist einen Schraubenkörper 12 auf, welcher sich aus einem Schraubenfuß 2, einem Schraubenschaft 5 und einem Schraubenkopf 4 zusammen setzt. Der Schraubenfuß 2 ist mit einem Gewinde 2a zum Aufschrauben einer Schraubenmutter 3 versehen, die in 1 nicht im Schnitt sondern in der Außenansicht dargestellt ist. Der Schraubenkopf 4 ist mit einem gegenüber dem Schaft 5 größeren Außendurchmesser versehen und bildet derart eine außen zwischen dem Schaft 5 und dem Kopf 4 umlaufende Stützfläche 4a. Der Schraubenkopf 4 und der Schraubenschaft 5 sind mit einer zentralen und sich in axialer Richtung erstreckenden Ausnehmung 6 versehen, die am Schraubenkopf 4 nach außen offen ist. Die Ausnehmung 6 besteht aus zwei Abschnitten 6a, 6b, wobei der weiter innen im Schraubenkörper 12 befindliche Abschnitt 6a einen geringeren Durchmesser als der weiter außen gelegene Abschnitt 6b aufweist. Der Abschnitt 6a erstreckt sich über einen Teil des Schaftes 5 und einen Teil des Schraubenkopfes 4, der Abschnitt 6b durchsetzt den verbleibenden Bereich im Schraubenkopf 4 und weist einen gegenüber dem Abschnitt 6a größeren Innendurchmesser auf.
Im Bereich des Abschnittes 6a ist in der Innenwand des Schraubenschaftes 5 eine hier umlaufend und rillenförmig ausgeführte Sollbruchstelle 7 vorgesehen. In der Innenwand des Schraubenkopfes 4 ist im Bereich des Abschnittes 6b eine weitere umlaufende Rille, die eine Rastnut 8 bildet, ausgebildet.
Die Ausnehmung 6 ist zur Aufnahme einer vormontierten Spreng- und Zündeinheit, die aus einem Sprengeinsatz 9, einem Sicherungsring 14 und einem Anschlussstecker 15 besteht, vorgesehen. Der Sprengeinsatz 9 besteht im Wesentlichen aus einem mit einer Sprengladung 16 gefüllten Gehäuse 17 und den zur Zündung der Sprengladung 16 vorgesehenen elektrischen Leitungen 18. Das Gehäuse 17 weist an seinem einen Endbereich ein Gehäuseteil 17a auf, welches einen gegenüber dem sonstigen Gehäuse 17 etwas größeren Außendurchmesser aufweist und derart eine am Gehäuse 17 umlaufende Stützschulter bildet, mittels welcher der Sprengeinsatz 9 in einer Ausnehmung 20 des Anschlusssteckers 15 einrastbar ist. Zu diesem Zweck ist der äußere Rand der Ausnehmung 20 von einem nach innen weisenden und umlaufenden Ansatz 15a gebildet.
Der Anschlussstecker 15 ist ferner an seinem äußeren Umfang mit einer Aufnahmenut 15b versehen, in welcher der Sicherungsring 14 positionier- bzw. fixierbar ist. Der Sicherungsring 14 ist somit derart ausgeführt, dass er über den Anschlussstecker 15 geschoben und in der Aufnahmenut 15b eingerastet werden kann, wobei der in der Aufnahmenut 15b positionierte Sicherungsring 14 nach außen etwas vorsteht. Der Sprengeinsatz 9 lässt sich, wie bereits erwähnt, in der Ausnehmung 20 des Anschlusssteckers 15 verrasten bzw. einschnappen. Dabei werden die Kabel 18 im Anschlussstecker 15 entsprechend positioniert. Der Sprengeinsatz 9, der Sicherungsring 14 und der Anschlussstecker 15 bilden somit eine einfach vormontierbare und leicht handhabbare Einheit.
Die Trennschraube 1 erhält daher erst dann ihre Wirkung und Funktion als Trennschraube, wenn die beschriebene vormontierte Spreng- und Zündeinheit in die Ausnehmung 6 des Schraubenkörpers 12 eingesetzt ist. Während des Einsetzens erfolgt ein Einrasten des Sicherungsringes 14 in der Rastnut 8 an der Innenwand im Abschnitt 6b der Ausnehmung 6. Diese Lage zeigt 2. An den Anschlussstecker 15 braucht somit nur noch der Verbindungsstecker zur Sicherstellung einer Versorgung mit elektrischer Energie angesteckt werden.
Die einzelnen Bestandteile der erfindungsgemäßen Trennschraube 1 sind bezüglich ihrer Abmessungen aufeinander entsprechend abzustimmen. Es können ferner einer oder mehrere der beschriebenen und dargestellten Bestandteile oder Bauteile durch wirkungsgleiche Teile ersetzt werden. Möglich ist es auch, bei entsprechender Ausführung des Schraubengehäuses und/oder des Sprengeinsatzes, auf eine Sollbruchstelle zu verzichten.
Die Erfindung ist mit dem besonderen Vorteil verbunden, dass die beiden Bauteile 10, 11 ohne Spreng- und Zündeinheit mittels des Schraubenkörpers 12 und der Mutter 3 miteinander verbunden werden können. Diese Verbindung gestattet das Durchführen von Schritten in der Weiterverarbeitung bzw. der Montage der Bauteile 11, 12, die das Einwirken von höheren Temperaturen erfordern. Dazu gehören beispielsweise Trocknungsvorgänge von aufgebrachten Lackschichten, die üblicherweise bei mehr als 100°Celsius durchgeführt werden. Mit Trennschrauben aus dem Stand der Technik wäre dies wegen der Gefahr der Selbstentzündung der Sprengladung nicht möglich, sie können erst nachträglich mit den betreffenden Bauteilen verbunden werden. Bei der Erfindung kann die komplette Spreng- und Zündeinheit dann eingebracht werden, wenn keine Gefahr einer Selbstzündung der Sprengladung mehr besteht. Es sind zudem keine provisorischen Verbindungen der betreffenden Bauteile erforderlich, da bereits der Schraubenkörper 12 der Trennschraube 1 die Verbindung sicherstellt. Das Einsetzten der Spreng- und Zündeinheit kann von Hand aus ohne Werkzeuge erfolgen.
Erfindungsgemäß ausgeführte Trennschrauben lassen sich vielseitig einsetzen. Besonders vorteilhaft kann ihre Verwendung in Kraftfahrzeugen sein. Die Trennschrauben können beispielsweise, wie es aus dem Stand der Technik gemäß der DE 197 09 316 C2 bekannt ist, dafür verwendet werden, die Verbindung zwischen den Türscharnieren und den zugeordneten Türsäulen durch Zündung der Sprengladung in kürzester Zeit aufzuheben. Ein weiterer, gänzlich neuer und erfinderischer Einsatzzweck der Trennschrauben ist bei Sicherheitseinrichtungen von Kraftfahrzeugen gegeben. Eine solche Sicherheitseinrichtung kann etwa im Fall einer Kollision des Kraftfahrzeuges mit einem Fußgänger ein Anheben der Fronthaube des Kraftfahrzeuges im Bereich der Frontscheibe veranlassen, um den Abstand der Fronthaube zum Motor zu vergrößern und eine Energie vernichtende Deformation der Fronthaube zu ermöglichen. Bei einer derartigen Sicherheitseinrichtung ist es wichtig, in einer Unfallsituation möglichst prompt die Fronthaube aus einer fixierten Stellung freizugeben. Dies erfordert das Lösen einer Verbindung, beispielsweise eines Bestandteiles einer Scharniereinrichtung mit einem Teil der Karosserie. Wird diese Verbindung über eine erfindungsgemäße Trennschraube 1 hergestellt, kann eine prompte Freigabe sichergestellt werden. Somit kann das in 1 und 2 mit 11 bezeichnete Bauteil ein Bestandteil der Fahrzeugkarosserie und das mit 10 bezeichnete Bauteil ein Bestandteil einer Scharniereinrichtung, etwa ein Hebelarm, sein.
In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die aus der DE 197 12 961 A1 bekannte Scharniereinrichtung verwiesen. Hier könnte vorgesehen werden, den an der Fahrzeugkarosserie gelagerten Scharnierträger (in 1 dieser Druckschrift mit der Bezugsziffer 10 versehen) mittels einer oder mehrerer erfindungsgemäß ausgeführter Trennschrauben an der Fahrzeugkarosserie zu befestigen. Ein weiterer sehr vorteilhafter Einsatz erfindungsgemäßer Trennschrauben kann bei Sicherheitseinrichtungen erfolgen, die im Fall der Kollision des Fahrzeuges mit einem Fußgänger den vorderen Stoßfänger in Fahrtrichtung ausfahren. Auch hier kann der Einsatz bzw. die Verwendung erfindungsgemäßer Trennschrauben die Fertigung wesentlich erleichtern bzw. vereinfachen.
Die Einsatzmöglichkeiten erfindungsgemäßer Trennschrauben sind selbstverständlich nicht auf Kraftfahrzeuge eingeschränkt. Erfindungsgemäß ausgeführte Trennschrauben lassen sich grundsätzlich überall dort einsetzen, wo unter bestimmten Bedingungen zwei fest miteinander verbundene Bauteile voneinander getrennt werden sollen oder müssen.

Claims

Trennschraube (1) zum lösbaren Verbinden zweier Bauteile (10, 11), mit einem diese Bauteile (10, 11) verbindbaren Schraubenkörper (12), einer in einer Ausnehmung (6) des Schraubenkörpers (12) untergebrachten und elektrisch zündbaren Sprengladung und mit zumindest einer durch Zündung der Sprengladung wirksamen Sollbruchstelle (7), wobei die Sprengladung (16) in einer vormontierten Spreng- und Zündeinheit untergebracht ist, welche mit dem Schraubenkörper (12), welcher ohne Spreng- und Zündeinheit an den Bauteilen (10, 11) befestigbar ist, gesondert verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündeinheit in der die Ausnehmung (6) begrenzenden Innenwand des Schraubenkörpers über eine Schnappverbindung positionier- bzw. fixierbar ist.
Trennschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreng- und Zündeinheit einen die Sprengladung (16) aufnehmenden und mit den elektrischen Leitungen (18) versehenen Sprengeinsatz (9) sowie einen mit diesem verbindbaren und bei montierter Spreng- und Zündeinheit von außen zugänglichen Anschlussstecker (15) aufweist.
Trennschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenseite des Anschlusssteckers (15) ein Sicherungsring (14) positionierbar ist, welcher in einer Rastnut (8) oder dergleichen der Innenwand der Ausnehmung (6) des Schraubenkörpers (12) einrast- bzw. einschnappbar ist.
Trennschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprengeinsatz (9) mittels einer Schnappverbindung oder dergleichen mit dem Anschlussstecker (15) verbindbar ist.
Trennschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkörper (12) einerends mit einem über eine Schraubenmutter (3) sicherbaren Schraubenfuß (2) und andererends mit einem Kopfteil (4) versehen ist, welches eine an einem der miteinander zu verbindenden Bauteile (10, 11) abstützbare Stützfläche (4a) aufweist.
Verwendung der Trennschraube gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5 bei der Verbindung von Bauteilen an Kraftfahrzeugen, insbesondere bei der Verbindung eines Bauteiles (10) an einem Karosserieteil (11).
Verwendung der Trennschraube nach Anspruch 6, indem vorerst nur der Schraubenkörper (12) zur Verbindung der betreffenden Bauteile (10, 11) verwendet wird und zu einem späteren Zeitpunkt, insbesondere nach dem Durchführen von Weiterverarbeitungs- und Montageschritten, die Spreng- und Zündeinheit in den Schraubenkörper (12) eingebracht wird.
Verwendung der Trennschraube nach Anspruch 6 oder 7 zur gegenseitigen lösbaren Fixierung von Bauteilen von Sicherheitseinrichtungen an anderen Kraftfahrzeugteilen, insbesondere an Karosserieteilen.
Verwendung nach Anspruch 8 zur Verbindung eines Bestandteiles einer Scharniereinrichtung für die Fronthaube, beispielsweise eines Hebelarmes oder dergleichen, mit einem Karosserieteil, wobei die Scharniereinrichtung mittels eines Aktuators zum Anheben der Fronthaube im Bereich der Frontscheibe betätigbar ist.