DE102008048321A1

DE102008048321A1 - In ein Bauteil eindrehbare Schraube

Info

Publication number: DE102008048321A1
Application number: DE102008048321A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr. Künkel; Walter Kornsteiner; Reinhold Lenherr; Axel Dr. Tome
Original assignee: Ejot GmbH and Co KG
Current assignee: Ejot GmbH and Co KG
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2010-04-01
Anticipated expiration: 2028-09-23
Also published as: JP2012503154A; US8545152B2; WO2010031590A1; DE102008048321B4; US20110236153A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine in ein Bauteil eindrehbare Schraube, die bei Erreichen eines maximalen Drehmoments das Eindrehen in ein Muttergewinde des Bauteils beendet. Dazu ist ein mit einem Außengewinde versehener Schraubenkörper mit einem Schraubenantriebselement kombiniert, das in eine Bohrung des Schraubenkörpers hineinragt und in dieser Bohrung über eine Haftreibung mit dem Schraubenkörpe verbunden ist. Mindestens ein Teil der Kombination besteht aus Kunststoff, die Haftreibung bei einem auf das Schraubenantriebselement wirkenden maximalen Drehmoment wirkt als Rutschkupplung. Das Schraubenantriebselement ist über eine Ratsche mit dem Schraubenkörper derart verbunden, dass bei Lösen des Schraubenkörpers aus dem Muttergewinde im Bauteil durch Drehen des Schraubenantriebselements die Ratsche einrastet und den Schraubenkörper mitnimmt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine in ein Bauteil eindrehbare Schraube, die bei Erreichen eines maximalen Drehmoments das Eindrehen in ein Muttergewinde des Bauteils beendet.
Eine derartige Schraube ist in der Schweizer Patentschrift CH 683 790 A5 offenbart. Die bekannte als zweiteiliges Verbindungsgerät bezeichnete Schraube besteht aus zwei Teilen, nämlich einem Röhrchen mit einem Innengewinde und einem Außengewinde, auf das ein äußeres Teil mit der äußeren Form einer sechskantigen Mutter ohne Innengewinde aufgesetzt und gegenüber dem Röhrchen verdrehbar ist. Das äußere Teil und ein am Röhrchen vorgesehener Flansch bilden zusammen mit entsprechenden Vorsprüngen am äußeren Teil eine Ratsche, die so ausgebildet ist, dass bei Drehung des äußeren Teils in der einen Drehrichtung das Röhrchen fest mitgenommen wird, während bei Drehung in der entgegengesetzten Richtung die Ratsche zwischen dem äußeren Teil und dem Röhrchen wirksam wird, womit in dieser Drehrichtung das von dem Röhrchen übertragene Drehmoment entsprechend begrenzt ist. Diese Begrenzung wird im Wesentlichen durch ein Federpaket bewirkt, das sich gegen eine auf das Außengewinde des Röhrchens aufgeschraubte Mutter und andererseits gegen das äußere Teil abstützt, womit das äußere Teil sich mit seinen Vorsprüngen gegen die entsprechenden Teile am Flansch des Röhrchens abstützt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in ein Muttergewinde eines Bauteils eindrehbare Schraube zu schaffen, die bei Erreichen eines maximalen Drehmoments das Eindrehen in das Bauteil beendet. Dabei sollen nur zwei Teile ent sprechend zusammenwirken, um mit einer einfachen Konstruktion auszukommen. Erfindungsgemäß geschieht dies durch die Kombination eines mit einem Außengewinde versehenen Schraubenkörpers und eines Schraubenantriebselements, das in eine Bohrung des Schraubenkörpers hineinragt und in dieser Bohrung über eine Haftreibung mit dem Schraubenkörper verbunden ist, wobei mindestens ein Teil der Kombination aus Kunststoff besteht und die Haftreibung bei einem auf das Schraubenantriebselement wirkenden maximalen Drehmoment als Rutschkupplung wirkt und wobei das Schraubenantriebselement über eine Ratsche mit dem Schraubenkörper derart verbunden ist, dass bei Lösen des Schraubenkörpers aus dem Muttergewinde im Bauteil durch Drehen des Schraubenantriebselements die Ratsche einrastet und den Schraubenkörper mitnimmt.
Bei der erfindungsgemäßen Schraube wird das Problem der Begrenzung des auf den Schraubenkörper wirkenden Drehmomentes dadurch gelöst, dass der mit einem Außengewinde versehene Schraubenkörper in das Muttergewinde des Bauteils mittels des Schraubenantriebselementes eingeschraubt wird, wobei das Schraubenantriebselement den Schraubenkörper aufnimmt und das Schraubenantriebselement mit seiner glatten runden Oberfläche in die entsprechend glatte runde Innenfläche des Schraubenkörpers so hineinpasst, dass sich dabei eine Haftreibung zwischen Schraubenantriebselement und Schraubenkörper ergibt, die wie eine Rutschkupplung wirkt, so dass sich das charakteristische Merkmal einer Rutschkupplung dadurch ausnutzen lässt, dass diese Rutschkupplung nur bis zu einem maximalen Drehmoment wirkt und darüber durchrutscht, so dass die erfindungsgemäße Schraube beim Eindrehen in ein Bauteil nicht überlastet werden kann und das Bauteil nicht geschädigt wird. Um jedoch die Schraube sicher wieder aus dem Bauteil herausdrehen zu können, ist das Schraubenantriebselement über eine Ratsche mit dem Schraubenkörper verbunden, und zwar derart, dass beim Lösen des Schraubenkörpers aus einem Muttergewinde durch Drehen des Schraubenantriebselementes die an den beiden Teilen angebrachten Ratschenelemente einrasten und damit den Schraubenkörper mitnimmt. Damit ergibt sich also einerseits eine Befestigungsmöglichkeit für die Schraube über das Schraubenan triebselement mit einem auf diese begrenzt wirkenden Drehmoment weiterhin die Möglichkeit, die Schraube auch über das Schraubenantriebselement aus dem sie aufnehmenden Bauteil wieder herauszudrehen. Das Schraubenantriebselement kann durch einen Außen- oder Innenantrieb gedreht werden.
Die an der Schraube vorgesehene Ratsche gestaltet man zweckmäßig derart, dass der Schraubenkörper mit einem Tragflansch einem Ringarm am Schraubenantriebselement gegenüber steht und Tragflansch und Ringarm Rastelemente und Federelemente der Ratsche tragen, wobei der Schraubenkörper und das Schraubenantriebselement durch eine Nutenverriegelung gegen eine gegenseitige axiale Verschiebung gesichert sind. Durch die betreffende Gestaltung von Schraubenkörper und Schraubenantriebselement mit einem Tragflansch und einem Ringarm ergibt sich eine günstige konstruktive Möglichkeit, die Ratsche zu gestalten. Dabei wird der Schraubenkörper gegenüber dem Schraubenantriebselement durch die Nutenverriegelung gesichert, so dass nach Zusammensetzen von Schraubenkörper und Schraubenantriebselement die Nutenverriegelung verhindert, dass diese beiden Teile in einfacher Weise wieder auseinander genommen werden können, womit die ständige Funktion der Ratsche gewährleistet ist.
Die bei der erfindungsgemäßen Schraube in besonderer Weise wirksam werdende Rutschkupplung kann man hinsichtlich ihres Mitnahmemomentes in einfacher Weise durch ihre Fläche bestimmen, das heißt, dass mit größer werdender Länge und Durchmesser von Schraubenkörper und Schraubenantriebselement und entsprechend ineinander ragender Oberflächen dieser Teile lässt sich das Mitnahmemoment der Rutschkupplung leicht bestimmen, insbesondere also erhöhen oder verringern.
Für die Nutenverriegelung kann man in zweckmäßiger Weise mehrere koaxiale Nuten und Vorsprünge vorsehen, wodurch mit größer werdender Zahl dieser Bauteile die axiale Sicherung der Teile gegeneinander entsprechend erhöht werden kann.
Bei dem Außengewinde des Schraubenkörpers kann es sich um ein normales Gewinde handeln, das in ein vorhandenes Muttergewinde eines Bauteils einschraubbar ist. Es ist aber auch möglich, dieses Außengewinde so zu gestalten, dass es als selbstfurchendes Gewinde wirkt, das beim Eindrehen des Schraubenkörpers in ein Bauteil sich aufgrund dieser Eigenschaft das Muttergewinde selbst schafft. In diesem Falle ist der Schraubenkörper aus einem entsprechend harten Metall zu gestalten und für das Schraubenantriebselement einen Kunststoff vorzusehen, womit sich die notwendige Rutschkupplung erzielen lässt.
In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 die aus Schraubenkörper und Schraubenantriebselement zusammengesetzte Schraube;
2 eine Draufsicht auf Außengewinde und Tragflansch des Schraubenkörpers;
3 einen Schnitt entlang der Linie III-III aus 2 mit eingerasteter Ratsche;
4 eine Darstellung entsprechend 3, jedoch mit ausgerasteter Ratsche;
5 eine Darstellung entsprechend 3, mit mehreren Nutenverriegelungen;
6 das Schraubenantriebselement allein;
7 eine Draufsicht auf Schaft und Ringarm des Schraubenantriebselementes gemäß 6;
8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII aus 7;
9 der Schraubenkörper allein in perspektivischer Sicht;
10 der Schraubenkörper gemäß 9 in Seitensicht;
11 eine Draufsicht auf den Schraubenkörper gemäß 9;
12 einen Schnitt entlang der Linie XII-XII aus 11.
Die in der 1 dargestellte erfindungsgemäße Schraube 1 besteht aus dem Schraubenkörper 2, der das Außengewinde 3 trägt. Der Schraubenkörper 2 enthält die Bohrung 4, die deutlich aus der Einzeldarstellung von 12 zu ersehen ist. In 1 ist die Bohrung 4 lediglich durch entsprechende gestrichelte Linien angedeutet. Der Schraubenkörper 2 weist darüber hinaus den Tragflansch 5 auf, auf dessen Funktion näher zu den 3 und 4 eingegangen wird. In den Schraubenkörper 2 ist das Schraubenantriebselement 6 eingesetzt, das die Bohrung 4 satt ausfüllt und gegenüber dieser eine Rutschkupplung bildet, auf die im Zusammenhang mit der 3 näher eingegangen wird. Das Schraubenantriebselement 6 enthält den Antriebsflansch 7, der hier aus einem Sechskant besteht, so dass er bequem von einem Sechskantschlüssel erfasst werden kann. An dessen Stelle kann aber natürlich auch ein Vierkantflansch oder eine entsprechende zentrale Einsenkung für die Aufnahme eines Inbusschlüssels vorgesehen werden. Auf das Zusammenwirken zwischen Tragflansch 5 und Antriebsflansch 7 wird weiter unter im Zusammenhang mit den 3 und 4 näher eingegangen. In der 1 ist noch das Bauteil 8 dargestellt, bei dem es sich um irgendeine Platte oder dergleichen handeln kann, das die Bohrung 9 mit einem Innengewinde aufweist, in das der Schraubenkörper 2 eingeschraubt ist.
2 zeigt die Schraube 1 in Draufsicht allein auf das Ende des Schraubenkörpers 2.
In der 3 ist die erfindungsgemäße Schraube allein im Schnitt gemäß den Schnittlinien III-III aus 2 dargestellt. Aus 3 ist ersichtlich, dass der Schraubenkörper 2 an seinem dem Antriebsflansch 7 abgewandten Ende durch den Boden 10 abgeschlossen ist. In die Bohrung 4 ist der Schaft 11 des Schraubenantriebselements 6 eingesetzt, wobei sich die Außenfläche von Schaft 11 und die Innenfläche der Bohrung 4 des Schraubenkörpers 2 glatt berühren, und zwar mit einer gewissen Reibung derart, dass die Berührungsfläche eine Rutschkupplung bildet mit der Wirkung, dass bei Verdrehen des Schraubenantriebselementes 6 dieses über die durch die Reibung zwischen Schaft 11 und Bohrung 4 gegebene Rutschkupplung eine Mitnahme des Schraubenkörpers 2 erfolgt, und zwar so weit, bis durch eine Hemmung bei der Verdrehung des Schraubenkörpers 2 dieser festgehalten wird und von dem betreffenden Drehmoment ab sich der Schaft 11 des Schraubenantriebselementes 6 in dem Schraubenkörper verdreht. Von dieser Situation ab würde also bei weiterem Verdrehen des Schraubenantriebselementes 6 der Schraubenkörper 2 nicht mehr mitgenommen werden.
Die für eine Rutschkupplung erforderliche Reibung zwischen den betreffenden beiden Kupplungsteilen, hier nämlich der Außenfläche des Schaftes 11 des Schraubenantriebselementes 6 und der Innenfläche der Bohrung 4 des Schraubenkörpers 2, kann man je nach dem gewünschten maximalen Drehmoment gestalten, und zwar ausgehend von einer besonders glatten Oberfläche zu einer mehr und mehr aufgerauten Oberfläche. Letztere Gestaltung kann z. B. dadurch vorteilhaft herbeigeführt werden, dass das Schraubenantriebselement 6 mit seinem Schaft 11 zunächst bearbeitet wird, wobei der Schaft z. B. einzelne Vertiefungen, Längsnuten, Kreuznuten und dergleichen erhält und auf den so gestalteten Schaft 11 dann in einem Spritzverfahren der Schraubenkörper 2 aufgespritzt wird, dessen Innenfläche seiner Bohrung 4 sich dann automatisch der Gestaltung der Oberfläche des Schaftes 11 des Schraubenantriebselementes 6 anpasst. Je mehr bei dieser Gestal tung dann die betreffenden Oberflächen von einer glatten Oberfläche abweichen, umso mehr Reibungsmitnahme ergibt sich zwischen den beiden Teilen und damit eine entsprechende Erhöhung des maximalen Drehmoments beim Eindrehen der Schraube 1 in irgendein Bauteil 8. Eine weitere Möglichkeit der Beeinflussung des maximalen Drehmomentes besteht in der Auswahl der Werkstoffe für den Schraubenkörper 2 und das Schraubenantriebselement 6. So ist es z. B. möglich, das Schraubenantriebselement 6 aus Metall zu formen, z. B. Stahl, und den Schraubenkörper 2 aus einem Kunststoff, der sich in günstiger Weise um den Schaft 11 des Schraubenantriebselementes 6 spritzen lässt.
3 zeigt noch die von dem Schaft 11 des Schraubenantriebselements radial nach außen wegstrebenden Ringarm 12, der aufgrund seiner Gestaltung in axialer Richtung federn kann und damit als Bestandteil einer Ratsche verwendbar ist. In der Darstellung gemäß 3 ist dieser Ringarm 12, der mit einem verdickten Ende 13 ausgestattet ist, in entsprechende Vertiefungen 14 in dem Tragflansch 5 gedrückt. Auf die Funktion des durch den Ringarm 12 gebildeten Bauteils wird weiter unten im Zusammenhang mit der 4 näher eingegangen.
4 zeigt die Gestaltung gemäß 3, allerdings in einer Lage von Schraubenantriebselement 6 zu dem Tragflansch 5, in der das Schraubenantriebselement 6 gegenüber seiner Lage nach 3 etwas verdreht ist. In der in 4 dargestellten Lage des Schraubenantriebselementes 6 zu dem Schraubenkörper 2 ist der Ringarm 12 aus den entsprechenden Vertiefungen 14 herausgehoben, womit momentan eine Kopplung von Schraubenantriebselement 6 zu dem Schraubenkörper 2 aufgehoben ist und in dieser Lage das Schraubenantriebselement 6 sich gegenüber dem Schraubenkörper 2 verdreht, wenn das begrenzte Drehmoment überschritten wird.
Die Wirkungsweise des Ringarmes 12 in Bezug auf die Vertiefungen 14 in dem Tragflansch 5 am Schraubenkörper 2 kann auch dazu benutzt werden, das von der Rutschkupplung beeinflusste maximale Drehmoment weiterhin zu beeinflussen, nämlich einerseits in Richtung auf ein leichtes Durchrutschen von Schraubenkörper 2 gegenüber dem Schraubenantriebselement 6 bzw. einer stärkeren Bindung des Schraubenantriebselements 6 an den Schraubenkörper 2. Diese Bindung hängt von der Gestaltung und der Tiefe der Vertiefungen 14 und der Höhe des verdickten Endes 13 des Ringarmes 12 ab.
In den 3 und 4 ist zur Erzielung einer axialen Sicherung von Schraubenantriebselement 6 und Schraubenkörper 2 eine Nutenverriegelung 15 vorgesehen, die aus der an den Schaft 11 angebrachten Nut 16 (siehe 6) und des ringförmigen Vorsprungs 17 (siehe 12) am Schraubenkörper 2 besteht. Gemäß 5 sind in axialer Richtung drei solcher Nutenverriegelungen 15 vorgesehen, wodurch sich natürlich auch das maximale Drehmoment der Rutschkupplung entsprechend ändert.
In den 6, 7 und 8 ist das Schraubenantriebselement 6 für sich allein dargestellt. Dabei zeigt 6 den Antriebsflansch 7, den Schaft 11, den Ringarm 12 und die Nut 16.
7 zeigt das Schraubenantriebselement 6 gemäß 6 in einer Sicht auf das dem Antriebsflansch 7 abgewandten Ende des Schaftes 11.
8 zeigt das Schraubenantriebselement 6 gemäß 6 in einem Schnitt entlang der Linie VIII-VIII aus 7.
9 bis 12 zeigen den Schraubenkörper 2 gemäß den 1 bis 5 in Alleinstellung. Dabei zeigt die perspektivische Darstellung gemäß 9 deutlich die Ratsche 18 mit einer Verzahnung, deren Zähne aufgrund ihrer Schrägstellung dafür sorgen, dass bei Verdrehen des Schraubenantriebselementes 6 dessen Ringarm 12 (siehe 8) in einer Drehrichtung (im Uhrzeigersinn) über die betreffenden Vertiefungen 14 wegen deren Schrägstellung leicht hinweg gleiten, während sie in entgegengesetzter Drehrichtung (entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn) sich an den steilen Begrenzungen der einzelnen Vertiefungen 14 festhalten.
10 zeigt den Schraubenkörper 2 in Seitensicht, 11 in Draufsicht auf den Boden 10 und 12 einen Schnitt in der Linie XII-XII aus 11.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- CH 683790 A5 [0002]

Claims

In ein Bauteil (8) eindrehbare Schraube, die bei Erreichen eines maximalen Drehmoments das Eindrehen in ein Muttergewinde des Bauteils (8) beendet, gekennzeichnet durch die Kombination eines mit einem Außengewinde (3) versehenen Schraubenkörpers (2) und eines Schraubenantriebselements (6), das in eine Bohrung des Schraubenkörpers (2) hineinragt und in dieser Bohrung (4) über eine Haftreibung mit dem Schraubenkörper (2) verbunden ist, wobei mindestens ein Teil der Kombination aus Kunststoff besteht und die Haftreibung bei einem auf das Schraubenantriebselement (6) wirkenden maximalen Drehmoment als Rutschkupplung wirkt und wobei das Schraubenantriebselement (6) über eine Ratsche (18) mit dem Schraubenkörper (2) derart verbunden ist, dass bei Lösen des Schraubenkörpers (2) aus dem Muttergewinde im Bauteil (8) durch Drehen des Schraubenantriebselements (6) die Ratsche (18) einrastet und den Schraubenkörper (2) mitnimmt.
Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkörper (2) mit einem Tragflansch (5) dem Schraubenantriebselement (6) mit einem Ringarm (12) gegenüber steht und Tragflansch (5) und Ringarm (12) Rastelemente und Federelemente der Ratsche tragen, wobei der Schraubenkörper (2) und das Schraubenantriebselement (6) durch eine Nutenverriegelung (15) gegen eine gegenseitige axiale Verschiebung gesichert sind.
Schraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnahmemoment der Rutschkupplung durch deren Fläche bestimmt ist.
Schraube nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutenverriegelung (15) aus mehreren koaxialen Nuten (16) und Vorsprüngen (17) besteht.
Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengewinde (3) des Schraubenkörpers (2) ein selbstfurchendes Gewinde ist.