DE102007062830A1

DE102007062830A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Gewindes sowie Bauteil und Gerät

Info

Publication number: DE102007062830A1
Application number: DE200710062830
Authority: DE
Inventors: Benno Kathan; Lorenz Halbinger; Sabine Stegen
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2027-12-22
Also published as: DE102007062830B4

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Gewindes in einer Hülse (100) ist dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens ein im Inneren der Hülse (100) angeordnetes, an seiner Oberfläche eine Gewindestruktur (220) aufweisendes Element (210), das mit wenigstens einem, die Hülse (100) umgebenden, eine zur Gewindestruktur (220) komplementäre Innenstruktur aufweisenden Gegenelement (300) zusammenwirkt, eine radial von innen nach außen wirkende Kraft (Fx) so ausgeübt wird, dass das Gewinde durch Umformen der Hülse (100) erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Gewindes in einer Hülse sowie ein Bauteil zur Herstellung einer lösbaren Verbindung zweier Gehäuseteile nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1, 9 und 20. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisches oder elektronisches Gerät, das wenigstens ein Bauteil aufweist, das ein mittels des Verfahrens und der Vorrichtung hergestelltes Gewinde in einer Hülse umfasst.
Stand der Technik
Gewinde werden üblicherweise geschnitten oder gerollt. Diese Verfahren finden sowohl bei Hohlkörpern als auch bei Vollkörpern Einsatz. Das Werkzeug und/oder das Werkstück führen/führt bei derartigen beispielsweise spanabhebenden Verfahren eine rotierende Bewegung bzw. rotierende Bewegungen aus.
Darüber hinaus sind viele umformende Verfahren bekannt, wobei die meisten Arten von Metallen verformt werden können. Die Herstellung von Gewinden mit derartigen Umformverfahren ist allerdings nicht ohne Weiteres problemlos möglich, da „Hinterschnitte" nicht möglich sind und bei mehrteiligen Werkzeugen Grate entstehen können, die nur durch aufwendige Nachbearbeitung beseitigt werden können, um beispielsweise ein Gewinde auszubilden.
Aus der EP 0 356 375 A2 ist ein Verfahren zum Kaltpressen eines konischen Außengewindes bekannt geworden, bei dem das Gewinde mit konisch geführten Pressbacken geformt wird. Auf Stangen aus Vollmaterial wird dabei durch konisch geführte Pressbacken eine in Richtung des Zentrums wirkende Kraft so ausgeübt, dass ein bevorzugt konisches Gewinde in diese Stangen eingepresst wird.
Um die Grate zu entfernen, führt das Werkzeug dabei nach dem eigentlichen Pressvorgang nach einer geringfügigen Verdrehung einen zweiten Pressvorgang aus. Mit einem derartigen Verfahren sind nur Außengewinde in zylindrischen Körpern aus Vollmaterial herstellbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu vermitteln, durch die ein Gewinde in einer Hülse auf kostengünstige und technisch einfache Weise herstellbar ist, wobei sehr präzise und normgerechte Gewindeformen herstellbar sein sollen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bauteil zur Herstellung von Schraubverbindungen zweier Gehäuseteile zu vermitteln, welches auf einfache Weise herstellbar ist und eine sichere, insbesondere auch verpolungssichere und schnelle Verschraubung der beiden Gehäuseteile ermöglicht.
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Gewindes in einer Hülse mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 9 sowie durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 20 und schließlich auch durch ein elektrisches oder elektronisches Gerät, insbesondere einen Näherungsschalter oder ein Messgerät für die Prozessmesstechnik gelöst, welches mindestens ein Bauteil aufweist, das mit dem nachfolgend näher zu erläuternden Verfahren und mittels der nachfolgend näher zu beschreibenden Vorrichtung hergestellt wurde.
Grundidee der Erfindung ist es, ein Gewinde durch einen Umformvorgang herzustellen, wobei eine Kraft in radialer Richtung von innen nach außen ausgeübt wird. Hierzu ist wenigstens ein im Inneren der Hülse angeordnetes, an seiner Oberfläche eine Gewindestruktur aufweisendes Element vorgesehen, das mit wenigstens einem die Hülse umgebenden, eine zum Gewinde komplementäre Innenstruktur aufweisendes Gegenelement zusammenwirkt, um so eine radial von innen nach außen wirkende Kraft auf die Hülse derart auszuüben, dass das Gewinde durch Umformen der Hülse erzeugt wird. Durch dieses Herstellungsverfahren und die Vorrichtung ist es möglich, Bauteile mit nahezu beliebigen Gewindestrukturen sowie mit beliebigen Anordnungen der Gewindestrukturen, auch unterbrochenen Gewindestrukturen und beliebigen Ausgestaltungen des Gewindes, die beispielsweise als Verbindungselemente von Steckern, Sensoren, Gehäusen und dergleichen sehr vorteilhaft einsetzbar sind, herzustellen.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Verfahrens, der Vorrichtung sowie des Bauteils angegeben.
So sieht eine sehr vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung und des Verfahrens vor, dass das wenigstens eine Element wenigstens ein, bevorzugt zwei Segmente umfasst, die radial nach außen beweglich gelagert sind und in Umfangsrichtung jeweils vorgebbare Abstände voneinander aufweisen. Auf diese Segmente werden die jeweils nach außen wirkenden Kräfte ausgeübt.
Diese Segmente sind innerhalb der Hülse positioniert, sie wirken mit außerhalb der Hülse und diese umgebenden Gegenelementen zusammen, die auf ihren der Hülse zugewandten Innenseiten eine zur Gewindestruktur der Seg mente komplementäre Struktur aufweisen. Die Hülse wird so von Segmenten und Gegensegmenten jeweils umgeben. Durch Ausüben der radialen Kraft auf die Segmente in Richtung der Gegenelemente von innen nach außen wird eine Umformung der Hülse im Bereich Gewindestruktur der Segmente bzw. der Gegenelemente möglich.
Zur Erzeugung der radial nach außen wirkenden Kraft weisen die Segmente gemäß einer sehr vorteilhaften Ausführungsform auf ihren, dem Gewinde abgewandten Seiten konische Innenflächen auf, die mit einem in Axialrichtung der Hülse verschieblichen komplementär zu den Innenflächen konisch ausgebildeten Dorn derart zusammenwirken, dass eine Verschiebung des Dorns in Axialrichtung der Hülse eine stetig zunehmende, radial nach außen simultan auf die Segmente wirkende Kraft ausgeübt wird. Das Gewinde wird so auf sehr vorteilhafte Weise geformt, wodurch es zu einer Verformung kommt, die in eine Fließpressung übergehen kann. Das Gewinde wird gewissermaßen in die Hülse eingeprägt. Durch das Fließen des Werkstoffes können auch sehr spitze Formen am Gewindeinnendurchmesser durch genaues Abformen am Werkzeug für eine präzise und normgerechte Gewindekontur erreicht werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, vier Segmente und vier Gegenelemente vorzusehen. Zur Herstellung des Gewindes in der Hülse wird dann zunächst ein Bauteil mit den beweglich, beispielsweise verschieblich gelagerten Segmenten in das Innere der Hülse eingeführt, die Gegenelemente, welche die Hülse umgeben, werden sodann in Radialrichtung hin zur Hülse bewegt, sodass die Hülse von den Gegenelementen umschlossen wird. Daraufhin wird der Dorn in das Innere des die Segmente tragenden Bauteils und damit in das Innere der Hülse bewegt, bis die konische Außenfläche des Dorns an den konischen Innenflächen der Segmente anliegt. Der Dorn wird dann weiter in Axialrichtung in die Hülse eingeführt, sodass die vorstehend beschriebene, in Radialrichtung wirkende Kraft auf die Hülse ausgeübt wird, welche durch das genannte Umformverfahren in der Hülse das Gewinde erzeugt.
Eine andere Ausführungsform, die auf einen verschieblichen Dorn vollständig verzichtet, sieht die Anwendung eines Innenhochdruckumformverfahrens (IHU) vor. Auch in diesem Falle werden die die Segmente tragenden Bauteile von innen nach außen unter Ausübung einer hohen Kraft bewegt.
Durch unterschiedliche Abstände zwischen den Segmenten kann gemäß einer sehr vorteilhaften Ausführungsform eine Codierung erzielt werden, die insbesondere bei Kabelverschraubungen, bei denen derartige Hülsen beispielsweise für Stecker eingesetzt werden, sehr vorteilhaft ist.
Eine Codierung oder auch ein Verpolungsschutz beispielsweise bei Steckern mit derartigen Hülsen kann auch gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung dadurch erreicht werden, dass die Steigungen der Gewindestrukturen der einzelnen Segmente nicht identisch, sondern unterschiedlich ausgeführt sind.
Auch kann vorgesehen sein, einzelne Gewindeabschnitte von dem Rest des Gewindes zu separieren. Darüber hinaus kann bei einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, zumindest einen Gewindeabschnitt in Drehrichtung konisch auszubilden. Hierdurch wird ein Verklemmen beim Aufschrauben zweier zu verschraubender Teile erzielt. Die Gewinde können darüber hinaus eine besondere, etwa aufgeraute, beispielsweise geriffelte Oberflächenstruktur aufweisen. Auch hierdurch wird die Reibung beim Verschrauben und im verschraubten Zustand vergrößert.
In diesen Fällen kann nicht nur ein Codierschutz oder ein Verpolungsschutz erreicht werden, sondern es ist auch auf außerordentlich vorteilhafte Weise eine Schnellverschraubung möglich. Es findet hierbei zunächst eine Steckung zweier zueinander passender Teile und sodann eine Rotation statt. Die Steckung erfolgt dabei derart, dass entsprechende Gewindeteile des Gegenstücks in die Zwischenräume zwischen den Gewindeabschnitten des Bauteils in Form der Hülse gesteckt werden und durch eine anschließende Rotation eine lösbare Verbindung der beiden Teile erreicht wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Bauteils, beispielsweise in Form einer Hülse ist eine Mehrzahl von Gewindesegmenten vorgesehen, die in Umfangsrichtung voneinander durch gewindelose Teilabschnitte getrennt sind. Eine solche Ausbildung hat darüber hinaus den großen Vorteil, dass sich die Stabilität des Bauteils, beispielsweise der Hülse, gegenüber einem durchgängigen Gewinde vergrößert. Durch die gewindelosen Teilabschnitte wird nämlich ein „Faltenbalgeffekt" gegenüber einem durchgängigen Gewinde vermieden, der insbesondere bei einer dünnwandigen Hülse mit durchgehendem Gewinde durch Ausübung eines axial wirkenden Drucks auf die Hülse auftreten kann. Durch die gewindelosen Teilabschnitte wird eine Versteifung erzielt, die eine solche Faltenbalgwirkung wirkungsvoll verhindert. Bevorzugt beträgt das Verhältnis der Gewindesegmente zu den gewindelosen Teilbereichen zwischen 20% und 90%, vorzugsweise zwischen 50% und 85%. Ein derartiges Bauteil kommt beispielsweise als Gewindehülse bei Kabelanschlüssen an Steckern, Sensoren oder auch bei der Befestigung einer Gerätehülse sowie bei der Verbindung von Gehäuseteilen zum Einsatz.
Von besonderem Vorteil ist es, dass Gehäuse, die durch Tiefziehprozesse hergestellt werden, in weiteren Verfahrensschritten auf die vorbeschriebene Weise mit Gewindestrukturen versehen werden können. Dabei wird zunächst in einem oder mehreren ersten Verfahrenschritten das Gehäuse und ein einstückig mit diesem verbundenes und daran ausgebildetes Bauteil, beispielsweise in Form der Hülse hergestellt und sodann in diesem Bauteil die Gewindestruktur mit Hilfe des vorbeschriebenen Verfahrens und der vorbeschriebenen Vorrichtung ausgebildet.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen oder elektronischen Geräts weist beispielsweise eine zylindrische oder quaderförmige Gehäuseform auf. Durch das mittels Verformung hergestellte Gewinde ist es möglich, auch quaderförmige Gehäuseformen mit Hülsen zu versehen, welche durch Verformung auf vorbeschriebene und nachfolgend noch näher zu beschreibende Weise hergestellte Gewinde aufweisen. Mit besonderem Vorteil finden derartig hergestellte Gewinde in Hülsen bei Positionssensoren oder Fluidsensoren Einsatz.
Zeichnungen
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen der Erfindung.
In der Zeichnung zeigen:
1 in Explosionsdarstellung schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen eines Gewindes in einer Hülse;
2 schematisch in isometrischer Darstellung ein die Segmente zur Gewindeherstellung tragendes Teil der Vorrichtung;
3 schematisch eine Schnittdarstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
4 eine in 3 mit IV bezeichnete Detailansicht in vergrößerter Darstellung;
5 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils in Form eines Gehäuses mit daran anschließender Gewindehülse;
6 schematisch ein Gewinde mit einer Ausführungsform eines mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Gewindeabschnitts;
7 eine weitere Ausführungsform eines mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Gewindeabschnitts;
8 eine weitere Ausführungsform eines mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Gewindeabschnitts;
9 eine in 8 mit IX bezeichnete vergrößerte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels 9a, eines zweiten Ausführungsbeispiels 9b und eines dritten Ausführungsbeispiels 9c und
10 eine weitere Ausführungsform eines mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Gewindeabschnitts.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Eine Vorrichtung zum Herstellen eines Gewindes in einer Hülse 100, dargestellt in den 1 bis 4, umfasst ein erstes, auch als Segmentträger zu bezeichnendes Teil 200, das in das Innere einer Hülse 100 eingebracht wird (3 und 4). Der Segmentträger 200 kann, wie es in 2 dargestellt ist, als ringförmiges Teil ausgebildet sein.
An einem Ring 240 sind beispielsweise vier Segmente 210 angeordnet, wobei zwischen den Segmenten jeweils Abstände A, B vorgesehen sind, die bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel identisch sind, aber auch unterschiedlich ausgebildet sein können, worauf weiter unten noch eingegangen wird. Die Segmente sind in Radialrichtung entlang der Richtung F_x (2, 4) beweglich, beispielsweise verschieblich an dem Ring 240 angeordnet, wobei sie in ihrer Ausgangs- und Ruheposition senkrecht zu dem Ring 240 verlaufen. Bei Ausüben einer in Richtung der Pfeile F_x ausgeübten, radial auswärts gerichteten Kraft werden sie demnach radial nach außen bewegt.
An ihren Außenflächen sind Gewindeformen oder Gewindeabschnitte 220 ausgebildet. Dabei können – wie in 2 dargestellt – sämtliche Gewindeabschnitte 220 die gleiche Steigung aufweisen. Möglich ist es aber auch, dass unterschiedliche Gewindeabschnitte 220 unterschiedliche Steigungen aufweisen. In diesem Falle werden Gewindeabschnitte ausgebildet, bei denen beispielsweise der letzte Gewindegang einen Winkel α zu dem restlichen Teil der Gewindegänge aufweist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass ein oder mehrere oder sogar alle Gewindegänge von den restlichen Gewindegängen des Gewindeabschnitts in einem Abstand getrennt angeordnet sind. Auch Kombinationen vorstehender Merkmale sind möglich.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, die Form der Gewindegänge so zu variieren, dass eine Verdrehung nur dann möglich ist, wenn eine Überwurfmutter so weit aufgeschoben, dass jeder Gewindegang in der ihm entsprechenden Gewinderille liegt. Es gibt in diesem Falle mit anderen Worten nur eine Position, in der die Überwurfmutter gedreht werden kann.
Es wird durch derartige Ausbildungen eine Art Codierung durch die unterschiedlichen Steigungen realisiert, durch die verhindert werden kann, dass das auf die Hülse 100 aufgeschobene Gegenstück, zum Beispiel eine (nicht dargestellte) Rändelmutter, nur halb aufgeschoben wird. Es wird vielmehr hierdurch erreicht, dass sich das Gewinde nicht verdrehen lässt, wenn man ein Gegenstück nicht komplett aufgesteckt hat. Es sind so nicht nur Fehlbenutzungen, sondern auch daraus resultierende Undichtigkeitsprobleme ausgeschlossen, wobei hierzu zu bemerken ist, dass sehr oft derartige Verschraubungen Dichtungen aufweisen, die eine Abdichtung gegenüber der Umgebung möglichst optimal ausbilden müssen, beispielsweise Dichtungen in Form von Dichtringen und dergleichen. Ausführungsbeispiele, die mit einer derartigen Vorrichtung hergestellt wurden sind in den 5 bis 10 dargestellt.
Es ist auch hervorzuheben, dass die Segmente 210 nicht – wie in 2 dargestellt – symmetrisch angeordnet sein müssen, sondern auch eine unsymmetrische Anordnung vorgesehen sein kann. Durch eine solche unsymmetrische Anordnung kann wiederum eine Codierung realisiert werden. Das auf die Hülse 100 aufgeschobene Gegenstück, zum Beispiel eine Kabelhülse, kann bei einer solchen Anordnung nur in einer bestimmten Position relativ zu den Gewindesegmenten aufgeschoben werden. Eine solche Ausbildung kann beispielsweise Codiernasen oder dergleichen ersetzen. Auch kann vorgesehen sein, einzelne Gewindegänge eines Segments 210 anders auszubilden als andere Gewindegänge. Auch dies dient neben der Codierung einer Verdrehsicherung. Ein Ausführungsbeispiel eines Bauteils, das mit einer entsprechenden Vorrichtung hergestellt wurde, ist schematisch in 8 und 9 dargestellt, wo ein Gewindegang 835 von den Gewindegängen eines Segments 830 separiert angeordnet ist und der Gewindegang 835 in Drehrichtung nicht gleich ausgebildet ist, sondern seine Gestalt verändert, beispielsweise dicker wird und dergleichen. Dies ist schematisch in der Ausschnittdarstellung 9a dargestellt, wo der Gewindegang in Drehrichtung konisch verläuft. Darüber hinaus kann der Gewindegang, wie es in 9b, c dargestellt ist, eine geriffelte, verzahnte oder entsprechend die Reibung vergrößernd ausgebildete Oberfläche aufweisen. Beide Ausbildungen ermöglichen eine Verdrehsicherung durch „Verklemmen" zweier miteinander verschraubter Bauteile.
Die Innenflächen 215 der Segmente 210 sind konisch ausgebildet (3, 4). Diese konische Ausbildung der Innenflächen korrespondiert mit der konischen Oberfläche 410 des Dorns 400.
Nachfolgend wird in Verbindung mit 1, 3 und 4 ein Verfahren zum Herstellen eines Gewindes in der Hülse 100 näher erläutert.
Zunächst wird die Hülse 100 durch die Gegenelemente 300, die auch als Pressbacken bezeichnet werden können, eingespannt. Hierzu bewegen sich die vier Pressbacken 300 in Radialrichtung, das heißt senkrecht zur Symmetrieachse der Hülse 100 in Richtung der Hülse 100 so lange, bis sie die Hülse 100 umschließen und einschließen. Die Hülse 100 wird auf diese Weise in den Pressbacken 300 gehalten. Wie insbesondere der 1 zu entnehmen ist, weisen die Pressbacken 300 auf ihren der Hülse 100 zugewandten Innenflächen 305 zu der Gewindestruktur 220 der Segmente 210 komplementär ausgebildete Gewindestrukturen 310 auf, derart, dass die Gewindestrukturen 220 der Segmente 210 gewissermaßen in die Gewindestrukturen 310 der Pressbacken wie Schlüssel und Schloss „passen".
Sodann wird der Segmentträger 200 in Axialrichtung so lange in das Innere der Hülse 100 geschoben, bis der Ring 240 die Hülse 100 nach Art eines Flansches begrenzt. Der Ring 240 kommt dabei an dem Ring 240 zugewandten Begrenzungsflächen 330 der Pressbacken 300 zur Anlage, wie es schematisch in 3 und 4 dargestellt ist. Daraufhin wird der Dorn 400 in Axialrichtung R in Richtung der Hülse bewegt (4), so dass er in das Innere des Segmentträgers 200 hineinragt.
Durch diese Bewegung des Dorns 400 kommt die konische Oberfläche 410 zur Anlage an den konischen Innenflächen 215 der Segmente 210 (3 und 4), wobei durch die auf den Dorn 400 ausgeübte Kraft F so in Komponenten in Axialrichtung F_Y und Radialrichtung F_X sowie eine schräg verlaufende resultierende Kraft F_RES zerlegt wird, dass auf die Segmente 210 die in Radialrichtung wirkende Kraft F_x wirkt, wohingegen die untere Begrenzungsfläche 330, die als unterer Anschlag der Pressbacken fungiert, die in Axialrichtung wirkende Kraft F_y aufnimmt (4). Es wird also auf die Hülse 100 nur die in Axialrichtung wirkende Kraft F_x ausgeübt, die so groß ist, dass durch einen Umformvorgang das Gewinde in die Hülse 100 eingeprägt wird, wobei die Gewindestruktur 220 der im Wesentlichen in Radialrichtung beweglichen oder verschieblichen Segmente 210 in die Gewindestruktur 310 der Pressbacken 300 eingreift. Die ausgeübte Kraft wird dabei so gewählt, dass das dünnwandige Material der Hülse 100 zwischen den beiden „Prägepartnern", also den Segmenten 210 und den Pressbacken 300 so verformt wird, dass das gewünschte Gewinde in der gewünschten Form hergestellt wird. Dies ist mit der von innen nach außen wirkenden Kraft auf besonders optimale Weise möglich. Insbesondere wird eine Gratbildung an der äußeren Oberfläche vermieden.
Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren werden Gewindesegmente in der Hülse 100 ausgebildet. Eine solche segmentförmige Ausbildung des Gewindes einer Hülse 100 hat insbesondere bei Kabelhülsen für Sensoren, Steckern, Gehäuseteilen ganz allgemein bei elektrischen und elektronischen Geräten und dergleichen, bei denen das hier beschriebene Verfahren zum Einsatz kommt, den großen Vorteil, dass ein zu dem Außengewinde der Hülse 100 komplementäres Bauteil nicht komplett aufgeschraubt werden muss, sondern dass zunächst eine Steckung möglich ist mit einer anschließenden Rotation. Die Steckung erfolgt dabei so, dass entsprechende Gewindeteile des Gegenstücks in die Zwischenräume zwischen den Gewindeabschnitten der Hülse 100 gesteckt werden und durch Rotation der Teile eine Schnellverschraubung möglich ist.
Wie oben bereits erwähnt, müssen die Abstände A, B zwischen den einzelnen Gewindesegmenten nicht gleich sein, sondern können variieren, beispielsweise zweimal der Abstand A und zweimal der Abstand B. Auf diese Weise ist eine Codierung möglich. Insbesondere bei Kabelverschraubungen, bei denen Stecker in derartigen Hülsen 100 vorgesehen sind, wird so eine Fehlkontaktierung vermieden.
Darüber hinaus müssen die Steigungen der Gewindestrukturen der einzelnen Segmente 210 nicht identisch sein, sondern können sich unterscheiden. Auch hierdurch ist eine Art Codierung möglich. Darüber hinaus wird auf diese Weise verhindert, dass das aufgeschobene Gegenstück, zum Beispiel eine Kabelhülse nur halb aufgeschoben wird.
Schließlich ist es sogar möglich, einen „Knick" in einem Gewindegang vorzusehen, wodurch eine Verrastung ermöglicht wird.
Das vorbeschriebene Verfahren kann bei der Herstellung von beliebigen Hülsen 100 zum Einsatz kommen, insbesondere – wie erwähnt – bei Hülsen, die in induktiven Näherungsschaltern, Drucksensoren, Strömungssensoren oder Prozessanschlüssen eingesetzt werden.
Ein erfindungsgemäßes Bauteil in Form eines Gehäuses beispielsweise eines elektrischen oder elektronischen Gerätes und eines sich daran anschließenden Hülsenabschnitts mit einer derartigen Gewindestruktur, das nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren mittels der vorbeschriebenen Vorrichtung hergestellt wurde, ist schematisch in 5 dargestellt. Dieses Bauteil weist ein zylindrisches Gehäuseteil 510 auf, welches beispielsweise abgeplattete Flächen 515 an seiner Oberfläche trägt, die beispielsweise zum Ansetzen eines Werkzeuges wie beispielsweise eines Schraubenschlüssels oder dergleichen vorgesehen sind. An das Gehäuse 510 schließt sich einstückig mit diesem ausgebildet ein hülsenförmiger Abschnitt 520 an, in dem Gewindestrukturen 530 ausgebildet sind. Die Gewindestrukturen 530 sind durch gewindelose Teilabschnitte 540 voneinander getrennt. Die Gewindeabschnitte 530 können – wie vorstehend beschrieben – jeweils unterschiedliche Steigungen, eine unterschiedliche Anzahl von Gewindegängen, und dergleichen aufweisen, so dass ein Gegenstück, welches auf die Gewindehülse aufgeschoben und an dieser befestigt wird, nur dann befestigt, das heißt durch eine Schraubbewegung befestigt werden kann, wobei hierbei beispielsweise ein (nicht dargestellter) Dichtring, der im unteren Bereich an der Oberseite des Gehäuses 517 zur Anlage kommt, entsprechend gequetscht wird, wenn das (nicht dargestellte) Gegenstück vollständig auf das die Gewindestrukturen tragende Bauteil aufgesetzt und entsprechend mit diesem verschraubt ist.
Es ist zu bemerken, dass ein derartiges Bauteil in einer Produktionslinie in mehreren Schritten hergestellt werden kann. So kann beispielsweise das Gehäuse und der obere Teil, welcher die Gewindestrukturen trägt, in ersten Schritten durch Tiefziehen hergestellt werden. Sodann werden die Gewindestrukturen 530 auf die oben beschriebene Weise mit Hilfe der oben beschriebenen Vorrichtung in den hülsenförmigen Bereich 520 eingeprägt. Eine sol che Herstellung weist den Vorteil auf, dass sie sehr schnell und insbesondere auch automatisiert erfolgen kann.
Die vorbeschriebenen Abstände A, B zwischen den Gewindeabschnitten 530, die unterschiedlich oder gleich ausgeführt sein können, sind so gewählt, dass das Verhältnis der Gewindesegmente zu den gewindelosen Teilbereichen 540 zwischen 20% und 90%, insbesondere 50% und 85% beträgt. In 5 sind vier Gewindesegmente 530 dargestellt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf vier Gewindesegmente beschränkt, sondern rein prinzipiell kann auch nur ein Gewindesegment vorgesehen sein oder zwei, drei oder eine beliebige Anzahl von Gewindesegmenten.
Die Ausbildung der Gewinde in Gewindesegmente, die durch gewindelose Teilabschnitte voneinander getrennt sind, hat mehrere Vorteile. Zum einen kann eine Codierung – wie oben beschrieben – hierdurch erzielt werden, wobei diese Codierung insbesondere auch realisierbar ist durch eine unterschiedliche Ausbildung der Gewindestrukturen der einzelnen Gewindesegmente 530. Darüber hinaus wird hierdurch eine „Schnellverschraubung" ermöglicht. Ein Gegenstück muss nicht mehr vollständig auf eine Gewindehülse geschraubt werden – wie bei einem durchgängigen Gewinde. Sie kann vielmehr aufgesteckt werden, wobei zu den Gewindesegmenten 530 komplementäre Gewindesegmente in einem Gegenstück zunächst in die gewindelosen Teilbereiche eingeführt werden und dann durch eine Drehbewegung eine Verschraubung mit den Gewindesegmenten erfolgt. Darüber hinaus weist eine solche Ausbildung auch den großen Vorteil auf, dass eine „Faltenbalgwirkung", wie sie bei einer dünnwandigen Hülse mit durchgehendem Gewinde bei Ausübung eines axialen Drucks auf die Gewindehülse entstehen kann, vermieden wird. Eine solche Faltenbalgwirkung entsteht dadurch, dass das Gewinde aufgrund einer gewissen Elastizität der dünnwandigen Hülse bei Ausübung eines axialen Drucks leicht „nachgibt", das heißt komprimierbar ist und hierdurch elastisch oder sogar plastisch verformbar ist. Aufgrund der gewindelosen Teilbereiche ist eine solche plastische oder elastische Verfor mung erschwert, da die gewindelosen Teilbereiche eine erhebliche Versteifung der Gewindehülse bewirken.
Ausführungsbeispiele von Bauteilen, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt wurden, sind in den 6 bis 10 dargestellt. 6 zeigt ein Gehäuseteil 610 mit einem hülsenförmigen Abschnitt 620, in dem Gewindestrukturen 630 ausgebildet sind. Ein Gewindegang 635 ist von den restlichen Gewindegängen eines Gewindeabschnittes oder Gewindesegments 630 mit einem Abstand getrennt angeordnet. Hierdurch wird eine Codierung und ein Verpolungsschutz erreicht.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bauteils ist in 7 dargestellt. Auch hier schließt sich an ein Gehäuseteil 710 ein hülsenförmiger Abschnitt 720 an, in dem eine Gewindestruktur in Form von Gewindesegmenten 730 ausgebildet ist. Ein Gewindegang 735 ist so angeordnet, dass er einen Winkel mit den restlichen Gewindegängen des Gewindesegments 730 einschließt. Auch dies dient dem vorbeschriebenen Verpolungsschutz.
Bei dem in 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Bauteils schließt sich an einen Gehäuseteil 810 wiederum ein hülsenförmiger Abschnitt 820 an mit darin ausgebildeter Gewindestruktur in Form eines Gewindesegments oder Gewindeabschnitts 830. Ein Gewindegang 835 ist wiederum von den restlichen Gewindegängen separiert. Er kann in Drehrichtung gewissermaßen konisch verlaufen, das heißt seine Breite nimmt in Drehrichtung zu (9a). Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche des Gewindegangs eine Struktur aufweist, beispielsweise eine verzahnte Oberfläche 837, dargestellt in 9b oder eine geriffelte Oberfläche, schematisch dargestellt in 9c. Sowohl durch die besondere Ausgestaltung des Gewindegangs 835 wie auch durch diese Oberflächenstruktur 838 wird eine Verdrehsicherung realisiert dadurch, dass die beiden aneinander zu ver schraubenden Teile durch Klemmung und Reibung aneinander gehalten werden.
Bei dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel sind einzelne Gewindegänge 1030 von den anderen Gewindegängen 1030, die in einem hülsenförmigen Abschnitt 1020 angeordnet sind, getrennt. Der hülsenförmige Abschnitt 1020 ist wiederum einstückig mit einem Gehäuseteil 1010 verbunden und beispielsweise durch Tiefziehen herstellbar.
Auch bei den in 6, 7, 8 und 10 dargestellten Ausgestaltungen sind die Gewindestrukturen 630, 730, 830, 1030 jeweils durch gewindelose Teilabschnitte 640, 740, 840, 1040 voneinander getrennt. Die gewindelosen Teilabschnitte erfüllen auch bei diesen Ausgestaltungen die oben beschriebene Funktion (Erhöhung der Steifigkeit, Codierung).
Das vorbeschriebene Verfahren zur Herstellung von Gewindestrukturen in Hülsen ist nicht auf zylindrische Hülsen beschränkt. Rein prinzipiell ist es auch bei quaderförmigen Hülsen, die insbesondere bei Näherungsschaltern oder Positionssensoren verwendet werden, einsetzbar. Zylindrische Hülsen mit entsprechenden Gewindeteilen kommen insbesondere in der Fluidsensorik zum Einsatz. Besonders bevorzugt kommt das vorbeschriebene Verfahren zur Herstellung von Prozessanschlüssen zum Einsatz und kann so auch in Schlüsseleingriffsbereichen, die durch drehbare Sechskantelemente, die ihrerseits wiederum als Tiefziehteile herstellbar sind, eingesetzt werden. Durch das vorbeschriebene Verfahren zur Herstellung derartiger Gewindeabschnitte und die Vorrichtung zur Herstellung dieser Gewindeabschnitte ist es möglich, Gewindeabschnitte als integraler Bestandteil eines Geräts, das seinerseits durch Tiefziehen herstellbar ist, einzubringen. Dabei können auch Sensorgehäuse entsprechend mit Gewinde versehen werden, die aus zwei Teilen bestehen und miteinander verbindbar sind. Zusammenfassend ist festzustellen, dass das Verfahren bei praktisch allen elektrischen oder elektronischen Gerä ten, insbesondere Näherungsschaltern, Messgeräten für die Prozessmesstechnik und dergleichen angewendet werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0356375 A2 [0004]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Gewindes in einer Hülse (100), dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens ein im Inneren der Hülse (100) angeordnetes, an seiner Oberfläche eine Gewindestruktur (220) aufweisendes Element (210), das mit wenigstens einem, die Hülse (100) umgebenden, eine zur Gewindestruktur (220) komplementäre Innenstruktur aufweisenden Gegenelement (300) zusammenwirkt, eine radial von innen nach außen wirkende Kraft (F_x) so ausgeübt wird, dass das Gewinde durch Umformen der Hülse (100) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Element wenigstens ein Segment (210) umfasst, das radial nach außen beweglich gelagert ist und auf das jeweils radial nach außen wirkende Kräfte (F_x) ausgeübt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Element wenigstens zwei Segmente (210) umfasst, die radial nach außen beweglich gelagert sind, in Umfangsrichtung jeweils vorgebbare Abstände (A, B) voneinander aufweisend auf die jeweils nach außen wirkende Kräfte ausgeübt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Element vier Segmente (210) umfasst, die radial nach außen beweglich gelagert sind, in Umfangsrichtung jeweils vorgebbare Abstände (A, B) voneinander aufweisen und auf die jeweils nach außen wirkende Kräfte (F_x) ausgeübt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (210) auf ihren, dem Gewinde (210) abgewandten Innenflächen (215) konisch ausgebildet sind, und mit einem in Axialrichtung (R) der Hülse (100) verschieblichen, zu den Innenflä chen (215) komplementär konisch ausgebildeten Dorn (400) derart zusammenwirken, dass die nach außen wirkenden Kräfte (F_x) simultan auf die Segmente (210) ausgeübt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radial von innen nach außen wirkende Kraft (F_x) mittels eines Innenhochdruckumformverfahrens auf das wenigstens eine im Innern der Hülse angeordnete, an seiner Oberfläche eine Gewindestruktur (220) aufweise Element (210) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei, vorzugsweise vier, radial bewegliche Gegenelemente (300) vorgesehen sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Einbringen des Gewindes in die Hülse (100) die Gegenelemente (300) radial nach außen bewegt werden und sodann die in ihre Ausgangslage zurück bewegten Segmente (210) aus der Hülse (100) heraus bewegt werden.
Vorrichtung zur Herstellung eines Gewindes gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – wenigstens ein radial nach außen beweglich gelagertes, im Inneren der Hülse (100) zu positionierendes und auf seiner der Hülse (100) zugewandten Außenseite eine Gewindestruktur (220) aufweisendes Segment (210); – wenigstens ein radial bewegliches, die Hülse (100) umgebendes und auf seiner der Hülse (100) zugewandten Innenseite (305) eine zur Gewindestruktur (220) des Segments (210) komplementäre Struktur aufweisendes Gegenelement (300); – eine Einrichtung (400) zur Ausübung einer radial von innen nach außen wirkenden, eine Umformung der Hülse (100) her vorrufenden Kraft (F_x) auf das wenigstens eine Segment (210) hin zu dem wenigstens einen Gegenelement (300).
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Segmente vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung wenigstens einen vorgebbaren, definierten Abstand (A, B) voneinander aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vier Segmente (210) vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung wenigstens einen vorgebbaren, definierten Abstand (A, B) voneinander aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Segmente (210) so angeordnet sind, dass wenigstens zwei unterschiedliche Abstände (A, B) zwischen den Segmenten (210) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Segment (210) eine Gewindestruktur aufweist, deren Gewindesteigung sich von der der anderen Segmente (210) unterscheidet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb wenigstens eines Segments (630; 730; 830) wenigstens ein Gewindegang (635; 735; 835) von den anderen Gewindegängen separiert angeordnet ist und/oder in einem Winkel schräg zu den anderen Gewindegängen angeordnet ist und/oder eine sich in Drehrichtung veränderte Gestalt aufweist, insbesondere eine sich konisch verbreiternde oder verkleinernde Gestalt und/oder eine Oberflächenstruktur, insbesondere eine Riffelung (838) der Oberfläche aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (210) an einem Ring (240) angeordnet und vorzugsweise einstückig mit diesem ausgebildet sind, der einen größeren Durchmesser als die Hülse (100) aufweist und im in die Hülse (100) eingeschobenen Zustand der Segmente (210) die Hülse stirnseitig nach Art eines Flansches begrenzt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Gegenelemente vorgesehen sind, die die Hülse (100) während des Umformvorgangs vollständig umschließen und Pressbacken bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vier Gegenelemente (330) vorgesehen sind, die die Hülse (110) während des Umformvorgangs vollständig umschließen und Pressbacken bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zu Ausübung einer radial nach außen wirkenden Kraft (F_x) ein in Axialrichtung (R) der Hülse (100) beweglicher konischer Dorn (400) ist, dessen konische Außenfläche (410) an konischen Innenflächen (215) der Segmente (210) form- und kraftschlüssig zur Ausbildung der radial nach außen wirkenden Kraft (F_x) zur Anlage kommt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Ausübung einer radial nach außen wirkenden Kraft (F_x) eine zur Ausführung eines Innenhochdruckumformverfahrens hergerichtete Vorrichtung ist.
Bauteil (510; 610; 710; 810) zur Herstellung einer lösbaren Verbindung zweier Gehäuseteile, insbesondere zur Herstellung von Kabelanschlüssen an Steckern, Sensoren, Gehäusen und dergleichen, umfassend einen zylindrischen Körper (520; 620; 720; 820) und ein Gewinde (530; 630; 730; 830), das zumindest auf einem Teilbereich der Oberfläche des zylindrischen Körpers (520; 620; 720; 820) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (510; 610; 710; 810) wenigstens einen insbesondere mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 unter Verwendung insbesondere einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19 hergestellten Gewindeabschnitt (530; 630; 730; 830) umfasst, der sich in Längsrichtung des zylindrischen Körpers (520; 620; 720; 820) erstreckt und in Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers (520; 620; 720; 820) segmentartig begrenzt ist.
Bauteil (510; 610; 710; 810) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Mehrzahl von Gewindeabschnitten (530; 630; 730; 830) umfasst, die in Umfangsrichtung voneinander durch gewindelose Teilabschnitte (540; 640; 740; 840) getrennt sind.
Bauteil (510; 610; 710; 810) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindeabschnitte (530; 630; 730; 830) voneinander jeweils den gleichen oder unterschiedliche Abstände (A, B) aufweisen.
Bauteil (510; 610; 710; 810) nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Gewindeabschnitte (530; 630; 730; 830) zu den gewindelosen Teilbereichen (540; 640; 740; 840) in Umfangsrichtung zwischen 20% und 90%, vorzugsweise zwischen 50% und 85%, beträgt.
Bauteil (510; 610; 710; 810) nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass vier Gewindeabschnitte (530; 630; 730; 830) so angeordnet sind, dass wenigstens ein Gewindeabschnitt (530; 630; 730; 830) eine Gewindestruktur aufweist, die sich von der Gewindestruktur der anderen Gewindeabschnitte (530; 630; 730; 830) unterscheidet.
Bauteil (510; 610; 710; 810) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Gewindestruktur hinsichtlich der Steigung und/oder der Anzahl der Gewindegänge und/oder des Abstands der Gewindegänge von den anderen Gewindegängen und/oder der Oberflächenstruktur der Gewindegänge und/oder hinsichtlich der Gestaltung wenigstens eines Teils der Gewindegänge von der Gewindestruktur der anderen Gewindeabschnitte (530; 630; 730; 830) unterscheidet.
Bauteil (510; 610; 710; 810) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Gewindegänge im Abstand von den anderen Gewindegängen angeordnet sind und/oder eine andere Steigung aufweisen als die restlichen Gewindegänge eines Gewindeabschnitts (530; 630; 730; 830).
Bauteil (510; 610; 710; 810) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Gewindegänge eine konisch sich verringernde oder vergrößernde Gestalt aufweisen und/oder eine geriffelte Oberfläche (838) aufweisen.
Bauteil (510; 610; 710; 810) nach einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Gewindeabschnitt (530; 630; 730; 830) durch ein Umformverfahren hergestellt ist.
Elektrisches oder elektronisches Gerät, insbesondere Näherungsschalter oder Messgerät für die Prozessmesstechnik, umfassend wenigstens ein Bauteil umfassend einen zylindrischen Körper und ein Gewinde, das zumindest auf einem Teilbereich der Oberfläche des zylindrischen Körpers angeordnet ist, und wenigstens einen insbesondere mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 unter Verwendung insbesondere einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19 hergestellten Gewindeabschnitt umfasst, der sich in Längsrichtung des zylindrischen Körpers erstreckt und in Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers segmentartig begrenzt ist.
Gerät nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass es eine zylindrische oder quaderförmige Gehäuseform aufweist.
Gerät nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Positionssensor oder ein Fluidsensor ist.