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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Befestigungselement
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Eine
derartige Anordnung ist bekannt aus der Patentanmeldung
DE 10 2004 003 943
A1 . Die bekannte Anordnung weist ein Befestigungselement auf,
das in einem zylindrischen, nicht hinterschnittenen Sackloch in
einem beispielsweise plattenförmigen
Bauteil verankert ist. Das Befestigungselement weist einen Schaft
mit einem Spreizkonus auf, der sich in Richtung vom Schaft weg erweitert.
Auf den Spreizkonus ist eine Spreizhülse aufgeschoben und dadurch
aufgeweitet. Mit der Spreizhülse
ist das Befestigungselement im Sackloch im Bauteil verankert. Gleichbedeutend
mit einem Aufschieben der Spreizhülse auf den Spreizkonus ist
ein Einziehen des Spreizkonus in die Spreizhülse.
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Die
Verankerung des bekannten Befestigungselements ist in einem Bauteil
aus weicherem Werkstoff, beispielsweise in Aluminium vorgesehen, in
das sich die Spreizhülse
beim Aufweiten eindrückt. Die
Verankerung mit der aufgeweiteten Spreizhülse erfolgt dadurch nicht ausschließlich durch
Kraftschluss, sondern zusätzlich
auch durch Formschluss. Der Formschluss kann durch einen Kreuzrändel der
Spreizhülse
verbessert sein, der sich in das aus weicherem Werkstoff bestehende
Bauteil einformt. Besteht das Bauteil, in dem das Befestigungs element
verankert ist, aus einem harten Werkstoff, so drückt sich die Spreizhülse nicht
in das Bauteil ein, die Verankerung ist ausschließlich kraftschlüssig. Die
Angaben „weich" und „hart" sind insbesondere
im Verhältnis
zum Werkstoff der Spreizhülse zu
verstehen. Mit hartem Werkstoff ist gemeint, dass das Bauteil eine
ungefähr
gleiche Härte
wie die Spreizhülse
aufweist oder sogar härter
ist, so dass sich die Spreizhülse
beim Aufspreizen nicht in das Bauteil eindrückt. Mit weicherem Werkstoff
ist gemeint, dass das Bauteil eine geringere Härte als die Spreizhülse aufweist,
so dass sich die Spreizhülse beim
Aufweiten in das Bauteil einformt.
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Bei
der Verankerung des bekannten Befestigungselements in einem Sackloch
eines Bauteils aus hartem Werkstoff, in den sich die Spreizhülse beim Aufweiten
nicht einformt, erfolgt die Verankerung wie bereits gesagt ausschließlich durch
Reibschluss. Ist die Anordnung Schwingungen oder Vibrationen ausgesetzt,
kann sich eine solche Verankerung lockern und sogar lösen.
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Aufgabe
der Erfindung ist daher eine Anordnung der vorstehend erläuterten
Art vorzuschlagen, die gegen Lockern sicher ist, auch wenn sie Schwingungen
oder Vibrationen ausgesetzt ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Das Sackloch im Bauteil
der erfindungsgemäßen Anordnung
weist eine konische Hinterschneidung auf, die von der Spreizhülse hintergriffen
wird, die auf den Spreizkonus des Befestigungselements aufgeschoben
und dadurch aufgeweitet ist. Die Verankerung des Befestigungselements
mit der Spreizhülse
im Sackloch des Bauteils ist kraft- und formschlüssig. Ein Lockern oder jedenfalls
ein Lösen
des Befestigungselements der erfindungsgemäßen Anordnung als Folge von Schwingungen
oder Vibrationen, denen die Anordnung ausgesetzt ist, wird dadurch
verhindert.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
ist beispielsweise für
den Schiffsbau vorgesehen, wo das Befestigungselement in Stahlplatten
des Schiffsrumpfs, der Einbauten oder der Aufbauten verankert ist.
Das Befestigungselement und/oder seine Spreizhülse bestehen ebenfalls aus
Stahl, vorzugsweise aus nicht rostendem Stahl, beispielsweise A4-Stahl. Im
Schiffsbau sind die Bauteile Schwingungen und Vibrationen durch
die Fahrt des Schiffsrumpfs durch Wasser, insbesondere bei Seegang,
und durch Schiffsmaschinen ausgesetzt, wobei Schiffsmaschinen nicht
ausschließlich
der Antriebsmotor sind. Insbesondere solchen Vibrationen sind viele
herkömmliche
Befestigungen, beispielsweise auch Schweißbefestigungen, nicht dauerhaft
gewachsen, sondern sie werden gelockert oder zerstört.
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Auch
wenn die Erfindung zu einer Verankerung in einem harten Werkstoff
vorgesehen ist, kann das Bauteil aus einem weichen Material, beispielsweise
Aluminium, Kupfer, Messing, einem sonstigen Metall, Kunststoff,
auch faserverstärkt,
oder Press oder sonstigem Holz, bestehen.
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Die
Spreizhülse
des Befestigungselements der Erfindung ist vorzugsweise ungeschlitzt.
Die Anordnung ist mit kurzer Verankerungstiefe möglich, wobei kurz bedeutet,
dass die Tiefe des Sacklochs bis zur tiefsten Stelle der Hinterschneidung
nicht tiefer als ein Durchmesser des Schafts des Befestigungselements
ist.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Sackloch in einem
Mündungsbereich
zylindrisch ist. Die konische Hinterschneidung reicht also nicht
bis zur Oberfläche
des Bauteils. Dadurch wird eine größere Materialdicke des Bauteils
bis zum Beginn der Hinterschneidung erreicht, an der die Spreizhülse angreift.
Die Festigkeit der Verankerung gegen Ausbrechen oder Aufweiten des
Bauteils im Mündungsbereich
des Sacklochs bei einer Zugbeanspruchung des Befestigungselements
ist dadurch erhöht.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Bauteil im Mündungsbereich
des Sacklochs umgeformt ist und die Spreizhülse übergreift. Die Umformung kann
an einer Stelle, an mehreren Stellen oder umlaufend erfolgen. Die
Umformung hält
die Spreizhülse
durch Formschluss im Sackloch, sie wirkt einem Lockern des Befestigungselements
entgegen und verhindert ein Lösen
des Befestigungselements. Die Verankerung des Befestigungselements im
Sackloch im Bauteil ist durch die Umformung zusätzlich gesichert.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Spaltbreite zwischen
dem Spreizkonus des Befestigungselements und der Hinterschneidung
des Sacklochs nicht größer als
eine Wanddicke der Spreizhülse
ist. Dadurch wird ein guter und spielfreier Sitz des Befestigungselements
im Sackloch erreicht.
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In
unverformtem Zustand ist die Spreizhülse gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung zylindrisch mit konstanter Wandstärke.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Hinterschneidung
des Sacklochs einen spitzeren Konuswinkel aufweist als der Spreizkonus.
Die Aufweitung der Spreizhülse
durch Aufschieben auf den Spreizkonus ist über eine axiale Länge der
Spreizhülse
verschieden groß.
Eine Verringerung der Wanddicke durch das Aufweiten der Spreizhülse ändert sich über deren
axiale Länge. Durch
den spitzeren Konuswinkel der Hinterschneidung des Sacklochs im
Vergleich zum Spreizkonus wird die Spaltbreite zwischen dem Spreizkonus
und der Hinterschneidung des Sackloch an die sich ändernde
Wanddicke der Spreizhülse
angepasst. Die Anlage sowohl des Spreizkonus an der Spreizhülse als
auch der Spreizhülse
an der Hinterschneidung des Sacklochs wird dadurch verbessert.
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Zur
Sicherung und/oder Abdichtung der Verankerung kann eine Dichtmasse,
ein Lack, ein Klebstoff oder dgl. an der Mündung des Sacklochs aufgebracht
sein.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Anordnung
im Achsschnitt; und
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2 die
Vergrößerung einer
Einzelheit II aus 1.
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Die
in 1 dargestellte erfindungsgemäße Anordnung 1 weist
ein Befestigungselement 2 auf, das in einem Sackloch 3 in
einer Stahlplatte 4 verankert ist. Die Stahlplatte 4 kann
allgemein als Bauteil aufgefasst werden, in dem das Befestigungselement 2 verankert
ist. Die Stahlplatte 4 ist beispielsweise in einem im Übrigen nicht
dargestellten Schiffsrumpf als Beplankung, Spant, Einbau oder Aufbau
verbaut. Sie und damit die Anordnung 1 insgesamt ist jedenfalls bei
der Fahrt des Schiffs Schwingungen und Vibrationen ausgesetzt, denen
die Verankerung des Befestigungselements 2 dauerhaft standhalten
muss.
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Das
Befestigungselement 2 weist einen Schaft 5 mit
einem Spreizkonus 6 an einem Schaftende auf. Der Spreizkonus 6 erweitert
sich in Richtung vom Schaft 5 weg. Der Schaft 5 ist
mit einem Gewinde 7 zur Befestigung eines nicht dargestellten Bauteils
an der Stahlplatte 4 versehen.
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Zur
Verankerung weist das Befestigungselement 1 eine Spreizhülse 8 auf,
die zum Aufspreizen oder Aufweiten auf den Spreizkonus 6 aufschiebbar ist.
Vor dem Aufspreizen ist die Spreizhülse 8 rohrförmig mit
zylindrischer Außen-
und Innenseite. Die Spreizhülse 8 ist
ungeschlitzt. Sie ist auf dem Schaft 5 des Befestigungselements 2 ver-
und auf den Spreizkonus 6 aufschiebbar und wird dadurch
wie in der Zeichnung zu sehen konisch aufgeweitet. Im dargestellten
und beschriebenen Ausführungsbeispiel der
Erfindung bestehen das Befestigungselement 5 und die Spreizhülse 8 aus
einem nicht rostenden A4-Stahl. Das Sackloch 3 in der Stahlplatte 4 ist
im Mündungsbereich
zylindrisch und erweitert sich nach einem zylindrischen Abschnitt
konisch. Die konische Erweiterung des Sacklochs 3 bildet
eine Hinterschneidung 9.
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Zur
Verankerung wird das Befestigungselement 2 mit seinem Spreizkonus 6 voraus
in das Sackloch 3 der Stahlplatte 4 eingebracht,
so dass es auf einem Grund des Sacklochs 3 aufsitzt. Die
Spreizhülse 8 wird über den
Schaft 5 des Befestigungselements 2 in das Sackloch 3 geschoben
und dabei auf den Spreizkonus 6 aufgeschoben. Der Spreizkonus 6 weitet
die Spreizhülse 8 konisch
auf, so dass die Spreizhülse 8 die
Hinterschneidung 9 des Sacklochs 3 formschlüssig hintergreift.
Das Aufweiten der Spreizhülse 8 kann
auch als Aufspreizen bezeichnet werden. Auch zwischen dem Spreizkonus 6 und
der Spreizhülse 8 besteht
ein Formschluss, so dass das Befestigungselement 2 mit
der aufgeweiteten Spreizhülse 8 formschlüssig im
Sackloch 3 in der Stahlplatte 4 verankert ist.
Die Aufweitung oder Aufspreizung der Spreizhülse 8 bewirkt zudem
Normalkräfte
zwischen dem Spreizkonus 6 und der Spreizhülse 8 sowie
zwischen der Spreizhülse 8 und
einer Wandung des Sacklochs 3, so dass die Verankerung
auch kraftschlüssig
erfolgt, das Befestigungselement 2 ist klemmend und spielfrei
in der Stahlplatte 4 verankert. Der Formschluss stellt
sicher, dass sich die Verankerung nicht lockert oder sogar löst, wenn
die erfindungsgemäße Anordnung 1 Schwingungen
und Vibrationen ausgesetzt ist.
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Ein
Durchmesser des Sacklochs 3 ist so auf das Befestigungselement 2 abgestimmt,
dass eine Spaltbreite D, d zwischen einer Wandung des Sacklochs 3 und
dem Befestigungselement 2 nicht größer als eine Wanddicke der
Spreizhülse 8 ist.
Das gilt sowohl für
den Schaft 5 als auch für
den Spreizkonus 6, also sowohl für den zylindrischen Teil des
Sacklochs 3 als auch für
dessen konische Hinterschneidung 9. Dabei ist zu bedenken,
dass sich durch die radial unterschiedliche Aufweitung der Spreizhülse 8 deren Wanddicke
in Richtung des Grundes des Sacklochs 3 verringert, wie
insbesondere in der vergrößerten Darstellung
von 2 zu sehen ist. Dementsprechend nimmt die Spaltbreite
D, d in Richtung des Grundes des Sacklochs 3 ab, ein Konuswinkel
der Hinterschneidung 9 des Sacklochs 3 in der
Stahlplatte 4 ist spitzer als ein Konuswinkel des Spreizkonus 6.
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Das
Schieben der Spreizhülse 8 in
das Sackloch 3 und das Aufschieben auf den Spreizkonus 6 kann
eher als ein Eintreiben aufgefasst werden, es erfolgt mittels eines
nicht dargestellten rohrförmigen Werkzeugs.
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An
der Mündung
des Sacklochs 3 ist durch eine Verstemmung 10 ein
Wulst 11 nach innen umgeformt, der eine Stirnseite der
Spreizhülse 8 formschlüssig überreift.
Die Verstemmung 10 und der Wulst 11 sind durchgehend
umlaufend ausgeführt. Der
Wulst 11 sichert die Spreizhülse 8 in ihrer Lage, er
verhindert ein Lockern oder Lösen
der Verankerung. Vor der Umformung mündet das Sackloch 3 zylindrisch
wie mit Strichlinien 12 angedeutet. Vorzugsweise ist die
Spreizhülse 8 unter
die Oberfläche
der Stahlplatte 4 versenkt wie in der Zeichnung zu sehen.
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Zusätzlich ist
die Mündung
des Sacklochs 3 mit einer Dichtmasse 13, Schraubensicherungslack oder
dgl. den Schaft 5 des Befestigungselements 2 umschließend umlaufend
verschlossen. Die Abdichtung schützt
vor dem Eindringen von Feuchtigkeit und stellt ebenfalls eine Sicherung
gegen Lockern der Verankerung dar. Anders als dargestellt kann die Dichtmasse 12 die
durch die Verstemmung 10 gebildete Nut ausfüllen.
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Für die erfindungsgemäße Anordnung 1 genügt eine
kurze Verankerungstiefe T, die kleiner als ein Durchmesser des Schafts 5 des
Befestigungselements 2 sein kann. Mit Verankerungstiefe
T ist die Strecke von der Oberfläche
der Stahlplatte 4 bis zum Ende des Spreizkonus 6 bzw.
dem Ende der Spreizhülse 8 gemeint.