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Die Erfindung bezieht sich auf ein Befestigungselement, mit mindestens einem Mutternkörper, wobei der Mutternkörper mindestens einen Kragen und eine an den Kragen sich anschließende Berührungsfläche aufweist, und mit mindestens einem Teller, wobei der Teller radial um den Kragen des Mutternkörpers angeordnet ist, und wobei der Teller eine Kontaktfläche aufweist, welche in Richtung der Berührungsfläche des Mutternkörpers angeordnet ist.
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Im Stand der Technik sind Befestigungselemente bekannt, welche einen Mutternkörper mit einem unverlierbaren Teller (alternative Bezeichnung: Unterlegscheibe) aufweisen. Für das Befestigen solcher Befestigungselemente wird ein gewisses Anzugsdrehmoment benötigt, woraus dann für die Verbindung eine Vorspannkraft resultiert. Die Vorspannkraft ist vor allem dafür erforderlich, dass sich die Schraubverbindung nicht von selbst wieder löst.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Befestigungselement vorzuschlagen, welches einen im Wesentlichen konstanten Zusammenhang zwischen Anzugdrehmoment und Vorspannkraft aufweist.
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Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass die Berührungsfläche des Mutternkörpers zumindest abschnittsweise in Richtung der Kontaktfläche des Tellers nach außen kugelkalottenförmig gekrümmt ausgestaltet ist, oder dass die Kontaktfläche des Tellers zumindest abschnittsweise in Richtung der Berührungsfläche des Mutternkörpers nach außen kugelkalottenförmig gekrümmt ausgestaltet ist. Durch die Geometrien von Mutternkörper und Teller wird ein möglichst großes Verhältnis der Reibradien erzielt. Die Kugelkalotte bewirkt insbesondere, dass der Auflagebereich des mit der Kugelkalotte versehenen Elements (Mutternkörpers bzw. Teller) auf dem anderen Element sich während des Anziehens des Befestigungselements im Wesentlichen nicht verschiebt.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Berührungsfläche des Mutternkörpers zumindest abschnittsweise in Richtung der Kontaktfläche des Tellers nach außen kugelkalottenförmig gekrümmt ausgestaltet ist, und dass die Kontaktfläche des Tellers zumindest abschnittsweise entgegen der Richtung der Berührungsfläche des Mutternkörpers nach innen kugelkalottenförmig gekrümmt ausgestaltet ist. Sind in dieser Ausgestaltung insbesondere die Radien der Kugelkalotten im Wesentlichen gleich oder in passender Weise aufeinander abgestimmt, so ruht die Berührungsfläche des Mutternkörpers in der Kontaktfläche des Tellers.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass die Berührungsfläche des Mutternkörpers zumindest abschnittsweise in Richtung der Kontaktfläche des Tellers nach außen kugelkalottenförmig gekrümmt ausgestaltet ist, und dass die Kontaktfläche des Tellers zumindest abschnittsweise plan ausgestaltet ist. Die Kontaktfläche des Tellers ist somit in dieser Ausgestaltung krümmungsfrei und ist insgesamt nur mit einer Neigung versehen, so dass sich eine Schräge ergibt. In dieser Ausgestaltung ergibt sich eine Auflagefläche zwischen dem Mutternkörper und dem Teller aus der Kontaktierung der kugelkalottenförmig gekrümmten Kontaktfläche des Mutternkörpers mit dem – zumindest in dem zugehörigen Bereich – eine ebene Form aufweisenden Teller. Bei der Verschraubung der beiden sich berührenden Flächen des Mutternkörpers bzw. des Tellers kommt es zu Beginn zu einem linienförmigen Kontakt, der sich gegen Ende des Verschraubungsvorgangs – insbesondere bei einem vollständigen Festschrauben – zu einem flächenförmigen Kontakt erweitert. Die spezielle Flächenanordnung – also Kugel auf geneigter Ebene/Schräge – hat den Vorteil, dass jeweils zu Beginn und Ende des Vorgangs der Erzeugung der Verschraubung der Reibdurchmesser zwischen Mutternkörper und Teller kleiner ist als der Reibdurchmesser zwischen Teller und Auflage (das ist die Fläche, der gegenüber das Befestigungselement angezogen, d. h. festgeschraubt wird). Der Teller weist dabei in einer ergänzenden Ausgestaltung insbesondere an seiner Unterseite und damit an der in der Anwendung auftretenden Auflagefläche einen Winkel vorzugsweise zwischen 2° und 3° auf, so dass die Unterseite nicht flach ist, sondern insbesondere von der Mitte nach außen sich unter dem Winkel von 2° bis 3° abhebt. Diese Ausgestaltung begünstigt es zusätzlich, dass der Reibdurchmesser zwischen Mutternkörper und Teller kleiner ist als derjenige zwischen Teller und Auflage. Der Vorteil davon ist, dass der Teller trotz eines geringen Durchmessers in dem Fall, dass der Teller und der Mutternkörper gegenüber einer Auflage angezogen – also festgedreht – sind, stehen bleibt und sich nicht freidreht. Weiterhin ergibt sich generell bei der Anordnung von Kugelkalotte gegenüber geneigter Ebene der Vorteil, dass geringe Winkelversätze ausgeglichen werden.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Kontaktfläche des Tellers zumindest abschnittsweise in Richtung der Berührungsfläche des Mutternkörpers nach außen kugelkalottenförmig gekrümmt ausgestaltet ist, und dass die Berührungsfläche des Mutternkörpers zumindest abschnittsweise entgegen der Richtung der Kontaktfläche des Tellers nach innen kugelkalottenförmig gekrümmt ausgestaltet ist. Sind in dieser Ausgestaltung insbesondere die Radien der Kugelkalotten im Wesentlichen gleich oder in passender Weise aufeinander abgestimmt, so ruht die Kontaktfläche des Tellers in der Berührungsfläche des Mutternkörpers.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass die Kontaktfläche des Tellers zumindest abschnittsweise in Richtung der Berührungsfläche des Mutternkörpers nach außen kugelkalottenförmig gekrümmt ausgestaltet ist, und dass die Berührungsfläche des Mutternkörpers zumindest abschnittsweise plan ausgestaltet ist. Die Berührungsfläche des Mutternkörpers ist somit in dieser Ausgestaltung als ebene Schräge ausgestaltet, die vom Außenradius des Kragens zum Außenumfang des Mutternkörpers abfällt.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Berührungsfläche des Mutternkörpers zumindest abschnittsweise in Richtung der Kontaktfläche des Tellers nach außen kugelkalottenförmig gekrümmt ausgestaltet ist, und dass die Kontaktfläche des Tellers zumindest abschnittsweise in Richtung der Berührungsfläche des Mutternkörpers nach außen kugelkalottenförmig gekrümmt ausgestaltet ist. In dieser Ausgestaltung treffen eine konvexe Berührungsfläche und eine konvexe Kontaktfläche aufeinander.
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In den zuvor genannten Ausgestaltungen ist somit mindestens die Berührungsfläche des Mutternkörpers oder die Kontaktfläche des Tellers kugelkalottenförmig ausgestaltet und trifft dabei auf eine plane Fläche des jeweiligen Gegenstücks oder auf eine ebenfalls kugelkalottenförmige Fläche, die in die jeweils andere Richtung oder in die gleiche Richtung gekrümmt ist.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass der Teller mindestens eine Auflagefläche aufweist, und dass die Auflagefläche mindestens ein Arretierungselement aufweist. Über das Arretierungselement soll verhindert werden, dass der Teller sich im befestigten Zustand bzw. beim Festdrehen des Befestigungselements dreht, d. h. der Teller wird durch das Arretierungselement bzw. vorzugsweise die Arretierungselemente festgehalten.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Arretierungselement eine von der Auflagefläche wegweisende Erhebung ist. Aus dem Teller ragt somit zumindest ein Stück nach unten heraus.
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Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass das Arretierungselement eine Kerbe in der Auflagefläche ist.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Auflagefläche als unter einem vorgebbaren Winkel geneigte Ebene ausgestaltet ist, und dass das als Kerbe ausgestaltete Arretierungselement unter einem Winkel geneigt ist, welcher sich von dem Winkel unterscheidet, unter welchem die als Ebene ausgestaltete Auflagefläche geneigt ist. In einer Variante ist die Auflagefläche unter einem Winkel zwischen 2° und 3° geneigt, wobei sie sich dadurch vorzugweise auf einer Auflagefläche nach außen verlaufend von dieser entfernt, und die Kerbe weist bzw. in dem Fall, dass mehrere Arretierungselemente vorgesehen sind, die Kerben weisen keine Steigung aus, sind somit flach ausgeführt.
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In einer Ausgestaltung ist die Auflagefläche des Tellers als – ggf. unter einem vorgebbaren Winkel geneigte – ebene Fläche (bzw. scheibenartig) ausgestaltet und in einer anderen Ausgestaltung wird die Auflagefläche durch einen Kugelring gebildet.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass die Auflagefläche mehrere Arretierungselemente aufweist, welche vorzugsweise gleichmäßig über die Auflagefläche verteilt angeordnet sind. Sind beispielsweise vier Arretierungselemente vorgesehen, so liegt beispielsweise zwischen diesen jeweils der gleiche Raumwinkel. Alternativ sind die Arretierungselemente symmetrisch zueinander angeordnet.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Kragen des Mutternkörpers endseitig radial nach außen gekrümmt ist. Der Kragen umfasst somit mit einem Ende den Teller und hält ihn damit unverlierbar fest.
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In weiteren Ausgestaltungen sind der Mutternkörper oder der Teller zumindest teilweise mit Beschichtungen versehen.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
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1: einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Befestigungselement,
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2: einen Schnitt durch einen Mutternkörper,
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3 und 4: zwei räumliche Darstellungen des Tellers der 1 gemäß einer ersten Variante,
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5: räumliche Darstellung eines Tellers gemäß einer zweiten Variante,
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6 und 6a: Schnitt durch den Teller der 5 und vergrößerter Ausschnitt,
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7: Schnitt durch einen Teller gemäß einer dritten Variante, und
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8: räumliche Darstellung eines Befestigungselements mit einem Teller gemäß einer vierten Variante.
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Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Befestigungselement. Der Mutternkörper 1 weist einen Kragen 10 auf, um welchen ein Teller 2 angeordnet ist. Der Kragen 10 ist endseitig radial nach außen aufgeweitet und hält somit den Teller 2 verliersicher. Hinter dem Kragen 10 des Mutternkörpers 1 befindet sich eine Schräge, welche eine umlaufende Berührungsfläche 11 bildet. Die Berührungsfläche 11 des Mutternkörpers 1 wird von der Kontaktfläche 20 des Tellers 2 kontaktiert. An der vom Mutternkörper 1 abgewandten Seite des Tellers 2 befindet sich eine Auflagefläche 21, welche das Objekt berührt, dem gegenüber das Befestigungselement aufgebracht wird. An der Auflagefläche 21 sind Arretierungselemente 22 vorgesehen, welchen den Teller 2 im befestigten Zustand halten und am freien Drehen hindern sollen.
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Die 2 zeigt einen Mutternkörper 1 vor dem Zusammenbau mit einem Teller. Für das Hindurchführen des Kragens 10 durch die Aussparung des Tellers ist dieser hier noch zylindrisch und endseitig noch nicht radial nach außen aufgeweitet. Hinter dem Kragen 10 befindet sich die Berührungsfläche 11, welcher hier kugelkalottenförmig ausgestaltet ist und sich nach außen konvex wölbt. In der Aussparung des Mutternkörpers 1 ist ein Innengewinde vorgesehen.
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Die 3 und 4 zeigen zwei Ansichten auf einen Teller 2. Die 3 zeigt die „obere”, d. h. dem Mutternkörper zugewandte Seite, welche die plane Kontaktfläche 20 aufweist. An der „Unterseite” des Tellers 2 in der 4 befindet sich die Auflagefläche 21 mit vier Arretierungselementen 22, bei welchen es sich jeweils um aus der Auflagefläche 21 herausragende und den Teller 2 am Drehen gegenüber einer Oberfläche hindernde Erhebungen handelt. Die Arretierungselemente 22 sind vorzugsweise tangential zum Tellerradius an der Unterseite ausgestaltet.
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In der 5 ist eine zweite Variante eines Tellers 2 dargestellt. An der Auflagefläche 21 sind die Arretierungselemente 22 als Kerben ausgestaltet. Die spezielle Ausgestaltung der Kerben zeigen die Abbildung 6 und die Vergrößerung 6a. Die Auflagefläche 21 des Tellers 2 wird gebildet aus Flächen, welche unter einem vorgebbaren Winkel (im hier gezeigten Beispiel zwischen 2° und 3°) geneigt sind. Die – hier eingepressten – Kerben als Arretierungselemente 22 verlaufen eben, d. h. sind insbesondere nicht geneigt. Dadurch wirken sie und das nicht verdrängte Material zwischen ihnen wie Krallen, wodurch sich der Reibwert zwischen Teller 2 und der jeweiligen Auflagefläche erhöht.
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Die Auflagefläche 21 des Tellers 2 der 7 ist kugelartig ausgestaltet bzw. umfasst einen Kugelring. Die Arretierungselemente 21 entsprechen den Erhebungen des Tellers der Abbildungen 3 und 4.
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Die 8 zeigt ein Befestigungselement mit einem Mutternkörper 1 und einem Teller 2, wobei die Auflagefläche 21 des Tellers 2 wie der Teller der Variante der 7 durch einen Kugelring gebildet wird. Die Arretierungselemente 22 des Tellers 2 sind Kerben, über welche auch der Teller der Abbildungen 5, 6 und 6a verfügt.
