DE102004051669B4

DE102004051669B4 - Selbstsichernde Schraube und selbstsichernde Befestigungsanordnung

Info

Publication number: DE102004051669B4
Application number: DE102004051669.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Butsch
Original assignee: HEBUMEDICAL GmbH
Current assignee: HEBUMEDICAL GmbH
Priority date: 2004-10-22
Filing date: 2004-10-22
Publication date: 2019-07-25
Anticipated expiration: 2024-10-23
Also published as: DE102004051669A1

Abstract

Selbstsichernde Schraube (S) mit:
einem Schraubenkopf (1), einem Raststück (5) und einer Gewindewelle (6), die durch das Raststück (5) hindurchgeführt, in den Schraubenkopf (1) eingebracht und mit dem Schraubenkopf (1) unverdrehbar verbunden ist,
wobei das Raststück (5) eine Auflagefläche bildet und eine Vielzahl über wenigstens eine oder mehrere Teilflächen der Auflagefläche der Schraube (S) in Umfangsrichtung hin verteilt und zueinander wechselweise aufeinanderfolgend angeordnete Erhöhungen und Vertiefungen (5a , 5b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
oberhalb der Auflagefläche ein Druckfederelement (4) sowie ein Konterelement (2, 3), das mindestens zwei Kugeln (2) sowie eine Konterscheibe (3) mit zugehörigen Vertiefungen (3a), in die die Kugeln (2) fest eingebracht sind, umfasst, und der Schraubenkopf (1) mit Vertiefungen (1a), in die die Kugeln (2) des Konterelements (2, 3) beim Festschrauben der Schraube (S) eingreifen können, ausgebildet ist, wobei das Druckfederelement (4) und die Konterscheibe (3) übereinander angeordnet sind, und
wobei das Druckfederelement (4) gegenüber dem Konterelement (2, 3) verdrehsicher ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine selbstsichernde Schraube sowie eine selbstsichernde Befestigungsanordnung.
Aus dem Stand der Technik sind selbstsichernde Muttern bekannt, durch die ein versehentliches Lockern, beispielsweise aufgrund von Erschütterungen oder Schwingungen verhindert werden soll.
Eine Variante einer selbstsichernden Mutter ist beispielsweise aus der GB 505 291 bekannt. Dabei ist die Mutter mittels zweier Sätze von gegenüberliegenden seitlichen Schnitten aufgeteilt, die um rechte Winkel zueinander in drei Abschnitten verschoben sind. Der mittlere Abschnitt ist hierbei mit dem oberen und unteren Abschnitt mittels sich diametral gegenüberliegender Elemente verbunden, die in rechten Winkel im Hinblick zueinander verschoben sind.
Bei Schrauben ist es bisher erforderlich, diese durch Muttern, insbesondere selbstsichernde Muttern gegen versehentliches Lösen aufgrund von Erschütterungen, Schwingungen, o.ä. zu sichern. Dies führt zu umständlichen Montagevorgängen und dem Erfordernis, zwei Hände zur Montage zu benötigen. Zudem wurden diese selbstsichernden Muttern beim beabsichtigten Lösen mehr oder minder stark beschädigt, so dass eine Wiederverwendung bzw. ein erneutes sicheres bzw. zuverlässiges Befestigen nicht möglich war.
Eine derartige selbstsichernde Mutter ist aus der US 32 880 bekannt. Die Mutter weist eine Vielzahl von wechselweise aufeinanderfolgend angeordneten Erhöhungen und Vertiefungen an ihren Seitenflächen auf.
Aus der DE 2 112 563 A ist ein Rastmechanismus mit einem Konterelement mit Vertiefungen und Kugeln beziehungsweise Nocken am Körper einer Mutter bekannt.
Weiteren Stand der Technik stellt die DE 695 15 055 T2 dar und lehrt eine Schraube mit einem Schraubenkopf, einer Gewindewelle und einer federvorgespannten Verzahnungen. Weiterhin wird ein Gehäuse gelehrt, wobei das Gehäuse eine Öffnung mit einem Gewinde und einer Gegenverzahnung aufweist. Wird die Schraube in das Gehäuse eingeschraubt, können die Verzahnungen in Wirkkontakt kommen und eine Verdrehsicherung bilden.
Im Gegensatz dazu ist aus der DE 36 41 836 A1 ein selbstsicherndes Befestigungselement, wie eine Mutter, ein Bolzen, eine Schraube oder dergleichen bekannt, bei dem die Sicherungsmittel durch in der Auflagefläche des Befestigungselements abwechselnd aufeinander angeordnete Erhöhungen und Vertiefungen gebildet werden. Dabei weisen die Erhöhungen und Vertiefungen zueinander deckungsgleich Grundrissformen auf und sind in einem regelmäßigen Muster wechselweise angeordnet. Die Erhöhungen sind sowohl in radialer bzw. tangentialer als auch in Umfangsrichtung in zueinander konzentrischen Reihen und bezüglich zweier zueinander benachbarter Reihen zueinander auf Lücke stehend angeordnet.
Bei diesem selbstsichernden Befestigungselement wird die Beschädigung der Oberfläche des Bauteils sowohl beim Anziehen als auch beim Lösen des Befestigungselements und bei gegebenenfalls über die Auflagefläche des Befestigungselements hin geringfügig unterschiedlicher Festigkeit des Materials des Bauteils ein nachträgliches Setzen und damit ein Einsinken der Sicherungsmittel des Befestigungselements mit der Folge eines Verlustes an Vorspannung ausgeschlossen.
Jedoch ist dieses selbstsichernde Befestigungselement aufgrund seiner speziellen Oberflächenstruktur aufwendig und kostenintensiv in der Herstellung. Eine einfache Montage mit nur einer Hand ist ebenfalls nicht möglich.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine selbstsichernde Schraube sowie eine selbstsichernde Befestigungsanordnung zur Verfügung zu stellen, die mit nur einer Hand montiert werden kann, bei der ein Lösen aufgrund von Erschütterungen, Schwingungen, o.ä. vermieden wird und die kostengünstig herstellbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine selbstsichernde Schraube mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie eine selbstsichernde Befestigungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 15 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Aufgrund des Aufbaus der erfindungsgemäßen selbstsichernden Schraube ist eine Verzahnung zwischen einem beliebigen, zu befestigenden Bauteil und der erfindungsgemäßen selbstsichernden Schraube durch Eindrehen gewährleistet. Beim Verdrehen wird eine Druckfeder zusammengedrückt und übt Kraft auf eine beliebige Verzahnung zwischen einer Auflagefläche der erfindungsgemäßen selbstsichernden Schraube und dem beliebigen Bauteil aus. Auf diese Weise wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der erfindungsgemäßen selbstsichernden Schraube und dem beliebigen Bauteil erreicht. Dadurch ist die Schraube gegen ein unbeabsichtigtes Öffnen gesichert.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.
Dabei zeigen:

1 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen selbstsichernden Befestigungsanordnung mit einer erfindungsgemäßen selbstsichernden Schraube, einem Sägeblatt und einer Welle,
2 eine Darstellung der erfindungsgemäßen selbstsichernden Schraube,
3 eine Darstellung des Schraubenkopfes der erfindungsgemäßen selbstsichernden Schraube und
4 eine Darstellung der erfindungsgemäßen selbstsichernden Schraube auf einer Welle mit einem Sägeblatt.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand einer selbstsichernden Befestigungsanordnung, insbesondere der dabei verwendeten selbstsichernden Schraube erläutert, die hier zur Befestigung eines Sägeblatts auf einer Welle verwendet wird. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße selbstsichernde Schraube zur Befestigung beliebiger Elemente oder Bauteile auf einer Welle oder einem Element mit einer Gewindebohrung und einem Einrastelement verwendet werden.
In 1 sind in einer Explosionsdarstellung die Einzelteile einer selbstsichernden Befestigungsanordnung genauer gezeigt. Dabei bezeichnet 1 einen Schraubenkopf mit kugelförmigen Vertiefungen 1a, 2 mindestens zwei, bevorzugt zwei, drei oder vier Kugeln, die in entsprechende Vertiefungen 3a in einer Konterscheibe 3 fest einbringbar sind, 4 einen Gummiring, 5 ein Raststück, 6 eine Gewindewelle, 7 ein Sägeblatt mit einer Spezialbohrung und 8 eine Welle mit einem Innengewinde und 9 zwei Zapfen. Die Spezialbohrung des Sägeblatts 7 ist derart ausgebildet, dass die Zapfen 9 der Welle 8 formschlüssig mit der Spezialbohrung des Sägeblatts 7 verbunden werden können. Alternativ kann die Welle 8 an dem in die Spezialbohrung des Sägeblatts 7 einzufügenden Ende anstelle von zumindest einem Zapfen als Einrastelement auch einen kreisförmigen, achteckigen, viereckigen o.ä. Profilquerschnitt aufweisen, der formschlüssig mit der entsprechend geformten Spezialbohrung des Sägeblatts verbunden wird.
Bevorzugt ist die Spezialbohrung des Sägeblatts 7 als zu befestigendem Element derart ausgebildet, dass zumindest einer der Zapfen 9, die Einrastelemente bilden, die auch einen kreisförmigen, achteckigen, viereckigen o.ä. Profilquerschnitt aufweisen können, hindurchtreten und mit zumindest einer Vertiefung 5a des Raststücks der Schraube S formschlüssig verbunden werden kann. Die Spezialbohrung des Sägeblatts 7 kann dabei mittels Bohren, Stanzen, Fräsen, o.ä. ausgebildet sein.
In 2 ist die erfindungsgemäße selbstsichernde Schraube S in zusammengesetzter Form gezeigt, während in 3 der Schraubenkopf 1 der erfindungsgemäßen selbstsichernden Schraube S und in 4 die selbstsichernde Schraube S bei Montage eines Sägeblatts 7 auf einer Welle 8 gezeigt ist.
Die in 2 gezeigte erfindungsgemäße selbstsichernde Schraube S weist den Schraubenkopf 1, die Kugeln 2, die Konterscheibe 3, eine Druckfeder bzw. Druckfederelement, hier einen Gummiring 4, insbesondere einen O-Ring, das Raststück 5 und die Gewindewelle 6 auf. In 2 nicht erkennbare Bestandteile sind aus der Explosionsdarstellung gemäß 1 ersichtlich.
Die Kugeln 2 und die Konterscheibe 3 bilden zusammen ein Konterelement, bei dem die Kugeln 2 in die Vertiefungen 3a der Konterscheibe 3, bevorzugt kugelige Vertiefungen, fest eingebracht sind. Dabei entspricht die Anzahl der Vertiefungen 3a der Anzahl der Kugeln 2. Zur festen Einbringung der Kugeln 2 in die Vertiefungen 3a können die Kugeln 2 in die Vertiefungen 3a eingeschweißt, eingepresst oder eingeschlagen werden, wobei zumindest in den letzteren beiden Fällen die Vertiefungen 3a zumindest geringfügig kleiner als die Kugeln 2 ausgebildet sind. Alternativ ist es auch möglich, die Kugeln 2 aus der Oberfläche der Konterscheibe 3 herauszufräsen. Selbstverständlich können auch andere Ausgestaltungen als Kugeln verwendet werden, wie z.B. Verzahnungen mit runden Elementen, die für eine Verzahnung mit den Vertiefungen 1a im Schraubenkopf 1 geeignet sind. Der Gummiring 4 ist gegenüber diesem Konterelement 2, 3 verdrehsicher ausgebildet.
Das Raststück 5 bildet eine Auflagefläche der Schraube S und weist eine Vielzahl über wenigstens eine oder mehrere Teilflächen hin verteilt und zueinander wechselweise aufeinanderfolgend angeordnete Erhöhungen und Vertiefungen 5a, 5b auf. Dabei ist durch die Mittelbohrung des Raststücks 5 die Gewindewelle 6 durchführbar und in den Schraubenkopf 1 einbringbar und fest verbindbar.
Die Reihenfolge von Gummiring 4 und Konterelement 2, 3 ist hierbei in den 1 bis 3 nur beispielhaft gezeigt, kann aber auch anders gewählt werden, solange nur sichergestellt ist, dass die Elemente verdrehsicher gegeneinander ausgebildet sind. Ebenso kann auch eine veränderte Anzahl von Bauelementen bzw. auch integrierte Bauelemente verwendet werden, solange die mechanische Funktion erhalten bleibt.
Der Schraubenkopf 1, der in 3 separat dargestellt ist, ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass ein Festhalten mit zwei Fingern beim Anziehen bzw. Lösen der Schraube S möglich ist, beispielsweise mit zumindest zwei zur Achse des Schraubenkopfes 1 parallel verlaufenden Flächen, die unabhängig von der Formgestaltung des Schraubenkopfs 1 (rund, eckig, o.ä.) ausgebildet sind. Dabei weist der Schraubenkopf 1 an seiner Innenseite die kugelförmigen Vertiefungen 1a auf, in die die Kugeln 2 auf der Oberfläche des Konterelements 3 eingreifen. Die Anzahl dieser Vertiefungen 1a ist derart bemessen, dass sie ein Vielfaches der Anzahl der Kugeln 2 ist, beispielsweise 16 Vertiefungen 1a bei 4 Kugeln 2, so dass sich bei einem Drehen alle Kugeln 2 Schritt für Schritt von einer Vertiefung 1a in eine benachbarte Vertiefung 1a bewegen und mehr Zwischenstellungen als Kugeln 2 vorhanden sind.
Weiterhin weist der Schraubenkopf 1 in der bevorzugten Ausführungsform, wie in den 1 bis 3 gezeigt, eine Bohrung 10 auf, in die ein Stift 10a einbringbar ist. Dieser Stift 10a greift dann in eine Bohrung 6a in der Gewindewelle 6 ein, so dass eine unverdrehbare Verbindung zwischen Gewindewelle 6 und Schraubenkopf 1 entsteht. Der Schraubenkopf 1 kann mit der Gewindewelle 6 durch den Stift 10a verstiftet, aber auch vernietet oder verschraubt sein. Alternativ ist es auch möglich, den Schraubenkopf 1 mit der Gewindewelle 6 zu verschweißen.
Mittels der erfindungsgemäßen selbstsichernden Schraube S ist eine Verzahnung zwischen einem beliebigen Bauteil und der erfindungsgemäßen selbstsichernden Schraube S beim Eindrehen gewährleistet. Der Schraubenkopf 1, der fest mit der Gewindewelle 6 verbunden ist, kann dagegen verdreht werden. Beim Verdrehen wird der Gummiring 4 in O-Form, der als eine Druckfeder wirkt, zusammengedrückt und übt Kraft auf die Verzahnung aus. Hier besteht diese Verzahnung aus den Vertiefungen auf dem Raststück 5, in das die Zapfen der Welle 8 einrasten sowie aus den Vertiefungen 1a auf dem Schraubenkopf 1, in die die Kugeln 2 auf dem Konterelement 3 einrasten. Dadurch entsteht eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Schraubenkopf 1 bzw. der Gewindewelle 6 und dem Zwischenteil bzw. Raststück 5 bzw. einem beliebigen Bauteil, hier dem Sägeblatt 7 mit Spezialbohrung, wodurch die selbstsichernde Schraube S gegen unbeabsichtigtes Öffnen gesichert ist. Ein beabsichtigtes Öffnen ist jedoch auch mit nur einer Hand ohne Beschädigung möglich, indem Druck auf das Druckfederelement ausgeübt wird.

Claims

Selbstsichernde Schraube (S) mit: einem Schraubenkopf (1), einem Raststück (5) und einer Gewindewelle (6), die durch das Raststück (5) hindurchgeführt, in den Schraubenkopf (1) eingebracht und mit dem Schraubenkopf (1) unverdrehbar verbunden ist, wobei das Raststück (5) eine Auflagefläche bildet und eine Vielzahl über wenigstens eine oder mehrere Teilflächen der Auflagefläche der Schraube (S) in Umfangsrichtung hin verteilt und zueinander wechselweise aufeinanderfolgend angeordnete Erhöhungen und Vertiefungen (5a , 5b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Auflagefläche ein Druckfederelement (4) sowie ein Konterelement (2, 3), das mindestens zwei Kugeln (2) sowie eine Konterscheibe (3) mit zugehörigen Vertiefungen (3a), in die die Kugeln (2) fest eingebracht sind, umfasst, und der Schraubenkopf (1) mit Vertiefungen (1a), in die die Kugeln (2) des Konterelements (2, 3) beim Festschrauben der Schraube (S) eingreifen können, ausgebildet ist, wobei das Druckfederelement (4) und die Konterscheibe (3) übereinander angeordnet sind, und wobei das Druckfederelement (4) gegenüber dem Konterelement (2, 3) verdrehsicher ausgebildet ist.
Selbstsichernde Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (2) in die Konterscheibe (3) eingepresst oder eingeschlagen sind, wobei die Vertiefungen (3a) etwas kleiner als die Kugeln (2) sind.
Selbstsichernde Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (2) in die Konterscheibe (3) eingeschweißt sind.
Selbstsichernde Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (2) aus der Oberfläche der Konterscheibe (2) gefräst sind.
Selbstsichernde Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckfederelement (4) und das Konterelement (2, 3) in beliebiger Reihenfolge übereinander angeordnet sein können.
Selbstsichernde Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckfederelement (4) ein als O-Ring ausgebildeter Gummiring ist.
Selbstsichernde Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindewelle (6) durch eine Mittelbohrung des Raststücks (5) durchgeführt ist.
Selbstsichernde Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Vertiefungen (1a) in dem Schraubenkopf (1) ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Kugeln (2) ist, während die Anzahl der Vertiefungen (3a) in der Konterscheibe (3) der Anzahl der Kugeln (2) entspricht.
Selbstsichernde Schraube nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass 2, 3 oder 4 Kugeln (2) vorgesehen sind und in dem Schraubenkopf (1) eine durch 2, 3 bzw. 4 teilbare Anzahl von Vertiefungen (1a) ausgebildet ist.
Selbstsichernde Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein bzw. der Schraubenkopf (1) derart ausgebildet ist, dass zumindest zwei parallele Flächen auf der Außenseite des Schraubenkopfes (1) vorgesehen sind, die zum Festhalten beim Anziehen bzw. Lösen der Schraube (S) geeignet sind.
Selbstsichernde Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckfederelement (4) gleichzeitig als Dichtung ausgebildet ist.
Selbstsichernde Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf (1) eine Bohrung (10) aufweist, in die ein Stift (10a) einbringbar ist, wobei der Stift (10a) in eine Bohrung (6a) in der Gewindewelle (6) eingreifen kann, so dass eine unverdrehbare Verbindung zwischen Gewindewelle (6) und Schraubenkopf (1)entsteht.
Selbstsichernde Schraube nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf (1) mit der Gewindewelle (6) durch den Stift (10a) verstiftet, vernietet oder verschraubt ist.
Selbstsichernde Schrauben nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf (1) mit der Gewindewelle (6) verschweißt ist.
Selbstsichernde Befestigungsanordnung mit: einer selbstsichernden Schraube (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, einem zu befestigenden Element (7) mit einer Spezialbohrung und einer Welle (8) mit einem Innengewinde und zumindest einem Einrastelement, wobei die Spezialbohrung des zu befestigenden Elements (7) derart ausgebildet ist, dass das zumindest eine Einrastelement hindurchtreten und mit zumindest einer Vertiefung (5b) der Auflagefläche der Schraube (S) formschlüssig verbunden werden kann.
Selbstsichernde Befestigungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das zu befestigende Element (7) ein Sägeblatt ist.
Selbstsichernde Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Einrastelement ein Zapfen (9) ist.
Selbstsichernde Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Einrastelement einen kreisförmigen, achteckigen oder viereckigen Profilquerschnitt aufweist.