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Die
Erfindung betrifft eine Schraubvorrichtung mit integrierter Drehmomentbegrenzung,
umfassend einen Tragerkörper, der bis zum Erreichen einer
voreingestellten Kraftübertragung, auf ein entsprechendes
Gegenstück aufschraubbar ist.
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Eine
derartige Vorrichtung wird benötigt, um in diesem speziellen
Fall eine gesicherte Kontaktierung von zwei Steckverbindern zu gewährleisten,
die Lichtwellenleiter miteinander verbindet, um eine definierte,
mechanische wie optische Ankopplung zu gewährleisten, wobei
sicherzustellen ist, dass die zur optischen Ankopplung vorgesehenen
Ferrulen in den Steckverbindern mit einer Mindeststeckkraft zu beaufschlagen
sind.
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Stand der Technik
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Aus
der
DE 600 04 376
T2 (=
EP 1
212 173 B1 ) ist ein Drehmomentbegrenzer für den
chirurgischen Gebrauch gezeigt, der zur Verschraubung von Implantaten
bei Knochenfrakturen vorgesehen ist. Dabei erfolgt die Kraftübertragung
mittels mehrerer Federringe auf Übertragungskugeln in dazu
geeigneten Vertiefungen, bis die Kugeln aus den Vertiefungen herausgelöst
werden.
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Aus
der
DE 20 2006
004 027 U1 ist weiterhin ein Drehmomentbegrenzer bekannt,
der als chirurgischer Schraubendreher ausgebildet ist. Bei Erreichen
des maximalen Drehmomentes treten Wälzkörper aus
V-förmigen Ker ben in einer Innenhülse aus und
treten in elastische Ringe in Vertiefungen einer Außenhülse
ein.
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Da
die bekannten Drehmomentbegrenzer immer noch recht aufwendig zu
fertigen sind, wird hiermit eine äußerst einfache
und damit auch sehr kostengünstigen Konstruktion vorgelegt.
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Aufgabenstellung
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schraubvorrichtung
zum Verschrauben der Steckverbindung mit einer integrierten Drehmomentbegrenzung
auszubilden, die für eine korrekte Steckung einer optischen
Steckverbindung vorgesehen ist.
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Dabei
ist sicherzustellen, dass in den Steckverbindern der Steckverbindung
angeordnete Ferrulen, die mit Druckfedern gegeneinander gedrückt werden,
mit einem Mindestdrehmoment beaufschlagt werden.
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Diese
Aufgabe wird zum einen dadurch gelöst, dass innerhalb des
Trägerkörpers, eine Trommel mit einem diese umgebenden
ringförmigen Federkranz angeordnet ist, wobei der Trägerkörper
mittels des Federkranzes beabstandet von der Trommel gehalten wird.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung dazu sind in den Ansprüchen
2–15 angegeben.
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Weiterhin
wird die Aufgabe der definierten Druckbeaufschlagung auf die Ferrulen,
beim Verschrauben der beiden Steckverbinder, mittels der innerhalb
der Schraubvorrichtung angeordneten Drehmomentbegrenzung vorgenommen,
die mit Erreichen eines definierten Drehmomentes, bei gleichzeitig
exakter mechanischer Anordnung der beiden Steckverbinder, eine definierte
Kraft auf die Druckfedern der Ferrulen ausübt.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass mit einer einfachen Lösung und sehr wenig Einzelteilen
eine Schraubvorrich tung mit einer integrierten Drehmomentbegrenzung
bereitgestellt wird, die in einem kraftmäßig fest vorgegebenen
Arbeitsbereich zum Einsatz vorgesehen ist.
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Wobei
durch die Wahl entsprechender Materialien ein unterschiedlicher
Einsatz bezüglich der Drehmomentbegrenzung vorgesehen ist.
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Die
Schraubvorrichtung wird aus einem Trägerkörper
gebildet, innerhalb dessen eine separate Trommel mit einem darauf
angeordneten ringförmigen Federkranz vorgesehen ist, wobei
der Federkranz mehrere radial ausgerichtete, leicht von der Trommel
abweisende Federarme oder -elemente aufweist.
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Die
Federelemente sind mit verrundeten Federenden versehen, deren Verrundungen
nach außen weisen. Diese Federenden werden bei der Montage
in entsprechende, axial ausgerichtete Vertiefungen im Trägerkörper
eingefügt.
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In
einer Variante ist ein Federkranz aus einer gerollten Hülse
geformt, bei dem mehrere, radial aus dem Umfang der Hülse
und dreiseitig freigeschnittene, flächenförmige
Einzelfedern mit nach außen weisenden Endverrundungen vorgesehen
sind.
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Dazu
ist eine entsprechende Trommelvariante vorgesehen, bei der über
den Umfang der Trommel mehrere keilförmige Flächen
verteilt sind, die durch Abstandsbereiche voneinander getrennt sind. Wobei
die Abstandsbereiche jeweils durch die erhöhte Kante und
die auslaufende Keilfläche gebildet sind. Weiterhin weist
diese Trommel an beiden Rändern einen Bund auf, der zur
teilweisen Auflage des Federkranzes dient, wobei darin Rechteckausnehmungen
vorgesehen sind, in die am Federkranz vorgesehene Anformungen eingreifen,
und den Federkranz auf der Trommel fixieren.
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In
dem hier gezeigten speziellen Beispiel, wird eine Steckverbindung
von zwei Steckern gezeigt, die vorteilhaft mittels dieser Schraubvorrichtung
zusammenfügbar sind.
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Dabei
werden ein frei steckbarer Steckverbinder und ein Gegenstecker mit
einem Flanschanschluss miteinander verbunden.
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Dazu
ist gefordert, dass die beiden Stecker unter allen Umständen
sicher kontaktieren müssen ohne dass eine weitere Kontrolle
erfolgen muss oder kann.
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Die
Schraubvorrichtung ist hülsenartig mit einer durchgehenden Öffnung
versehen, so dass der frei zu steckende Steckverbinder mit einem
daran angeschlossenen Kabel darin geführt und gehalten
ist.
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Gleichzeitig
ist die Bauart der Schraubvorrichtung derartig ausgeführt,
dass bei einer vorgegebenen Drehmomentkraft die Federenden auf der Trommel
aus den Vertiefungen im Trägergehäuse der Schraubvorrichtung
ausklinken, wenn die Kontaktierung der Steckverbindung optimal vollzogen
ist.
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Somit
ist diese Schraubvorrichtung vorteilhaft geeignet, innerhalb einer
von der Bandbreite der Federwirkung der Federelemente abhängigen
und in bestimmter Bandbreite einstellbarer Kraftübertragung,
als Feststellschraube für eine passgenaue Steckung von
zwei Steckverbindern zu dienen.
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Ausführungsbeispiel
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
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1a eine
Schraubvorrichtung mit integrierter Drehmomentvorrichtung in einer
auseinandergezogenen, perspektivischen Darstellung,
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1b die
Schraubvorrichtung in einer auseinandergezogenen, perspektivischen
Darstellung, aus versetztem Blickwinkel,
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2a die
Schraubvorrichtung in einer Draufsicht,
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2b die
Schraubvorrichtung im Axialschnitt,
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2c die
Schraubvorrichtung im Radialschnitt,
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3a eine
Variante der Schraubvorrichtung mit integrierter Drehmomentvorrichtung
in einer auseinandergezogenen, perspektivischen Darstellung,
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3b eine
Variante der Schraubvorrichtung mit integrierter Drehmomentvorrichtung
in einer auseinandergezogenen, perspektivischen Darstellung, aus
versetztem Blickwinkel,
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4a die
Schraubvorrichtung der Variante der Schraubvorrichtung in einer
Draufsicht,
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4b die
Schraubvorrichtung der Variante im Axialschnitt,
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4c die
Schraubvorrichtung der Variante im Radialschnitt,
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5 eine
Schraubvorrichtung mit Verschlusskappe, und
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6 eine
Schnittdarstellung längs einer Steckachse von zwei Steckverbindern
und der Schraubvorrichtung mit einer Drehmomentbegrenzung.
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In
der 1a ist in einer auseinandergezogenen Darstellung
eine Schraubvorrichtung 1 mit einer integrierten Drehmomentbegrenzung
gezeigt.
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Die
Vorrichtung wird im Wesentlichen aus den Einzelteilen eines runden
Schraub- oder Trägerkörpers 2, einer
Trommel 10 und einem auf der Trommel 10 fixierten
Federkranz 20 gebildet.
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Der
Trägerkörper 2 ist hülsenförmig
mit einer griffigen, sechsseitigen Außenfläche
ausgeführt, wobei der Sechskant letztlich durch kuppenförmige
Erhöhungen 4 gebildet wird, die die Eckbereiche
des Sechskants darstellen.
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Wobei
der Abstand der Kuppen 4 auf eine bestimmte Schlüsselweite
abgestimmt ist, so dass der Trägerkörper 2 nötigenfalls
auch mit einem Schlüsselwerkzeug betätigt werden
kann.
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Der
hier gezeigte Trägerkörper 2 weist eine zentrale Öffnung 3 auf,
die für eine eventuelle anderweitige Nutzung mit einer
Verschlusskappe verschließbar ist, sodass eine Sechskantmutter
mit einer integrierten Drehmomentbegrenzung ausgebildet ist.
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Die
der Öffnung 3 gegenüberliegende Schraubseite
des Trägerkörpers 2 weist eine Zylindersenkung 5 auf,
aus der mehrere, axial ausgerichtete und über den Umfang
verteilte Vertiefungen 6 ins Innere des Trägerkörpers 2 hineinreichen.
Des Weiteren ist eine innenliegende Anlagekante 7 im Trä gerkörper 2 ausgebildet,
um die Trommel 10 mittels des Federkranzes 20 in
eine Drehung zu versetzen.
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In
der Zylindersenkung 5 ist weiterhin eine Nut 9 für
einen Sicherungsring 34 eingeformt, wobei diese Nut 9 mit
einer Gegennut 32 in einem Verschlussring 30 korreliert,
so dass der Sicherungsring 34 zum Abschluss der Montage
in beide Nuten 9 und 32 eingreift und die Schraubvorrichtung
zusammenhält.
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Alternativ
ist ein Verschlussring vorgesehen, der als Gewindering 36 ausgeführt
und mittels eines in der Zylindersenkung 5 vorgesehenen
Innengewindes einschraubbar ist.
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Zur
Montage der Schraubvorrichtung wird zunächst die Trommel 10 mit
dem darauf fixierten Federkranz 20 in den Trägerkörper 2 eingefügt,
wobei die Trommel 10 mit der Durchgangsöffnung 3 des Trägerkörpers 2 bündig
abschließt.
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Der
Federkranz 20 wird aus mehreren zusammengefassten einzelne
Federscheiben 21 gebildet.
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Die
Federscheiben 21 sind aus einem Ring 22 hergestellt,
an dem mehrere, leicht radial nach außen zeigende Federarme 23 angeformt
sind, die wiederum nach außen weisende Endverrundungen 24 aufweisen.
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Mit
ins Zentrum weisenden, diametral angeordneten Rastnocken 25,
werden die Federscheiben 21 auf der Trommel 10 in
Führungsnuten 16 fixiert.
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Mit
der Anzahl der aufgeschobenen Federscheiben sind unterschiedliche
Drehmomentgrößen einstellbar.
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Ein
eventuell freibleibender Bereich auf der Trommel wird mit Abstandsringen 27 aufgefüllt.
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Abschließend
wird die Trommel 10 mit dem Verschlussring 30 oder
bei entsprechender Ausbildung, mit dem Gewindering 36 innerhalb
des Trägerkörpers 2 gesichert.
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1b zeigt
die Schraubvorrichtung aus 1 in einer
auseinandergezogenen, perspektivischen Darstellung, mit einem um
etwa 90° in der Horizontalen gedrehten Blickwinkel.
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Die 2a zeigt
eine Draufsicht auf den Trägerkörper 2 der
Schraubvorrichtung 1, woraus die beiden Schnittdarstellungen 2b, 2c abgeleitet
sind.
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Die 2b zeigt
die montierte Schraubvorrichtung 1 in einem axialen Schnitt.
Deutlich ist das Gewinde 14 sowie die Durchgangsöffnung 3 im
Inneren der Trommel 10 erkennbar – zum Aufschrauben auf
ein entsprechendes Gegenstück, auf dass die Drehmomentbegrenzung
wirken soll.
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Außerhalb
der Trommel 10 ist der Federkranz 20 mit den Abstandsringen 27 ersichtlich.
Der Gewinde-Verschlussring 30 hält das Drehmomentsystem
zusammen.
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In
der 2c ist in einem radialen Schnitt der Trägerkörper 2 mit
dem darin angeordneten Federkranz 20 dargestellt. Dabei
ist erkennbar, wie die Federscheibe 21 zum einen mit den
Rastnocken 26 beidseitig der Trommel 10 in den
Rastnuten 18 gehalten ist, während sie gleichzeitig
mit den Endverrundungen 24 der Federarme 23 in
die Vertiefungen 6 des Trägerkörpers
eingreift.
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In
den 3a, 3b ist unterschiedlichen Positionen
eine Variante des Drehmomentbegrenzers gezeigt, bei der eine als
Hülse 21' ausgebildeter Federkranz 20' auf
eine entsprechend Trommelvariante 10' aufgeschoben und
fixiert ist.
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Der
Federkranz 20' ist als federnden Metallring ausgeführt,
und weist mehrere aus dem Material herausgeformte, dreiseitig freigestellte
Federelemente 23', verteilt über den Umfang auf.
Wobei die Federelemente 23' jeweils radial leicht nach
außen gebogen sind, mit nach außen weisenden Endverrundungen 24'.
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Der
Federkranz 20' wird mittels rechteckigen Anformungen 25',
die in Ausnehmungen 13' auf dem Bund 12' eingreifen,
so fixiert, so dass Trommel 10' und Federkranz 20' kraftschlüssig
miteinander verbunden sind.
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Auf
der Außenfläche der Trommel 10' sind über
den Umfang mehrere radial verlaufende, keilförmige Flächen 15' verteilt,
die durch axial verlaufende Abstandsbereiche 18' voneinander
getrennt sind.
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Wobei
die Abstandsbereiche 18' auf der einen Seite durch eine
Keilkante 16' der Keilfläche 15' und
auf der anderen Seite durch die auslaufende Keilfläche
gebildet sind.
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Die
Keilflächen werden auf beiden Seiten der Trommel 10' durch
einen radial umlaufenden Bund 12' begrenzt, auf dem der
Federkranz 20' zumindest teilweise aufliegt, so dass die
Federelemente 23' mit den Keilflächen 15' korrelieren.
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Nach
der Montage sind die Endverrundungen 24' der Federelemente 23' oberhalb
der Abstandsbereiche 18' auf der Trommel 10' positioniert, wobei
die Endverrundungen 24' in Richtung der Keilkante 16' weisen,
während unterhalb eines Federelementes jeweils eine Keilfläche 15' angeordnet
ist. Die Trommel 10' wird zusammen mit dem Federkranz 20' in
den Trägerkörper 2 eingeschoben, wobei
die hakenförmigen Endverrundungen 24' in die axialen
Vertiefungen 6 des Trägerkörpers 2 eingreifen.
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Letztlich
wird der Verschlussring 30 mit dem Sicherungsring 34 im
Trägerkörper 2 in der Nut 9 fixiert
und die Schraubvorrichtung 1 komplett.
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Die 4a, 4b, 4c zeigen
analog zu den 2a, 2b, 2c eine
Draufsicht, einen Axialschnitt und einen Radialschnitt für
die Variante der Schraubvorrichtung.
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In
den 5 ist eine Schraubvorrichtung 1 gezeigt,
deren Durchgangsöffnung 3 mittels einer Verschlusskappe 8 verschlossen
ist, so dass die Schraubvorrichtung auch als Aufschraubmutter mit einer
Drehmomentbegrenzung nutzbar ist.
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Die 6 zeigt
eine Schraubvorrichtung mit der integrierten Drehmomentbegrenzung
die vorgesehen ist, einen Steckverbinder 40 und einen Gegenstecker 47 miteinander
zu verbinden.
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Dabei
ist der Gegenstecker 47 hier in einen Montageflansch eingebettet
zur Befestigung an einem Gehäuse, während der
zu steckende Steckverbinder 40 von der hier bereits beschriebenen Schraubvorrichtung 1 umgeben
ist. Innerhalb der beiden Steckergehäuse sind jeweils LWL-Ferrulen 43 angeordnet,
die idealerweise mit Druckfedern 44 beaufschlagt, gegeneinander
gedrückt werden.
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Um
eine optimale optische Ankopplung zu erzielen, müssen diese
Ferrulen, in denen jeweils ein Lichtleiter angeordnet ist, stets
mechanisch korrekt aufeinander treffen, wobei die Steckgehäuse
exakt gesteckt sein müssen, wie dies in der 6 erkennbar
ist.
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Um
die dazu erforderliche Stecktiefe zu erreichen, wird der zu steckende
Steckverbinder 40 mit der ihn umfassenden Schraubvorrichtung 1 zunächst auf
den Gegenstecker 47 aufgesteckt und anschließend
durch ein Drehen des Trägerkörpers 2 und
dem Ineinanderfassen der beiden Schraubgewinde 14 in der
Trommel 10 und dem Gegenstecker-Gewinde 48 zunehmend
zusammengesteckt.
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Es
wird also eine Drehbewegung in eine Linearbewegung umgesetzt, bis
die interne Drehmomentbegrenzung anspricht und ein weiteres Eindrehen
und damit ein tieferes Stecken nicht mehr möglich ist.
Dabei stößt die Anlagekante 19 innerhalb
der Trommel 10 gegen den Anschlagbund 42 des Steckverbinders 40 und
beim Überschreiten des Drehmomentes rutschen die Endverrundungen 24 der
Federarme 23, bzw. der Federelemente 23' hörbar
aus den axialen Vertiefungen 6 des Trägerkörpers 2 heraus.
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Eine
Dichtung 45 innerhalb des Steckverbinders 40 auf
die der Gegenstecker 47 mit seiner Gewindehülse 49 in
der Endstellung trifft, verhindert ein Eindringen umweltlicher Einflüsse.
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Beim
Lösen der Steckverbindung durch eine Linksdrehung der Schraubvorrichtung 1 bzw.
des Trägerkörpers 2, greifen die Endverrundungen 24, 24' wieder
in die axialen Vertiefungen 6 des Trägerkörpers 2 ein,
verkrallen sich dort und ermöglichen ein Lösen
der Trommel 10, 10' und letztlich der Steckverbindung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 60004376
T2 [0003]
- - EP 1212173 B1 [0003]
- - DE 202006004027 U1 [0004]