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Die Erfindung betrifft eine Montageanordnung, welche eine Schraube und eine daran verliersicher angebrachte Hülse umfasst.
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Solche Montageanordnungen sind dem Grunde nach bekannt. Der Schaft der Schraube ist dabei zumindest abschnittsweise in einem zylindrischen Aufnahmeraum der Hülse aufgenommen. Ein Sicherungsmittel, z. B. ein innenliegender Vorsprung an der Hülse, verhindert in Zusammenspiel mit einem Kragen, einer Kante oder an einem sonstigen radial an der Schraube hervorstehendem Element, dass die Hülse von der Schraube getrennt werden kann.
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Solche Montageanordnungen werden benutzt, um z. B. Kunststoffteile auf einem weiteren Bauteil zu montieren. Die Hülse bildet dabei einen recht stabilen Befestigungsbereich an dem an sich recht weichen Kunststoffteil aus. Dadurch, dass die Hülse verliersicher an der Schraube angebracht ist, verringert sich der Arbeitseinsatz bei dem Montagevorgang. Somit muss der Monteur oder ein Roboter nur die einzige Montageinheit anstatt die zwei separaten Bauteile (Hülse und Schraube) greifen und verarbeiten. Mit einem Arbeitgang werden dann also Hülse und Schraube in das Kunststoffteil eingesetzt. Ferner kann das Kunststoffteil bereits vormontiert mit Hülse und Schraube vom Zulieferer angeliefert werden, wobei dann sichergestellt ist, dass die Schraube während des Transport und der Arbeitsvorbereitung nicht abhanden kommt. Die Hülse weist bei solchen Anwendungen einen äußeren Kragen auf, der die Funktion eines axialen Anschlags gegenüber dem Kunststoffteil erfüllt, so dass die Hülse exakt in dem Kunststoffteil positioniert wird. Der äußere Kragen kann zudem eine Unterlegscheibe zwischen dem Schraubenkopf und dem relativ weichen Kunststoffteil ersetzen. Die Schraube wird dann schließlich mit dem weiteren Bauteil verschraubt und gegenüber der Hülse verspannt.
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Bevor allerdings die Schraube verliersicher mit der Hülse befestigt ist, ist der innenliegende Vorsprung (oder jegliches anderes Sicherungselement) in einer solchen Ursprungsstellung an der Hülse angeordnet, die ein freies Einführen der Schraube in die Hülse ermöglicht. Anschließend wird der radial innenliegende Vorsprung durch eine Druckeinwirkung, insbesondere mit Hilfe des Schraubenkopfes, definiert verformt, so dass er eine Sicherungsstellung einnimmt. Dabei wird der Vorsprung weiter nach innen radial verlagert; der Öffnungsdurchmesser der Hülse wird dann lokal kleiner als der Gewindedurchmesser und natürlich auch des Durchmessers des Schraubenkopfes. Die Schraube kann dann nicht mehr mit vertretbarem Aufwand von der Hülse entfernt werden.
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Bei einer solchen Montageanordnung handelt es sich um ein Massenprodukt, bei dem die Herstellungskosten eines jeden Einzelstücks absolut zu optimieren sind. Jegliche Ineffizienzen im Herstellungsverfahren würden die Gesamtkosten umgehend in einen Bereich außerhalb der Wirtschaftlichkeit befördern. Daher haben sich als Herstellungsverfahren für die Hülse ausschließlich die umformenden Herstellungsverfahren, insbesondere die Kaltmassivumformung, als geeignet herauskristallisiert, da das eingesetzte Material vollständig (oder nahezu vollständig) in der hergestellten Hülse aufgeht. Rein technisch betrachtet könnten entsprechende Hülsen zwar durch ein spanabhebendes Verfahren hergestellt werden, wie es z. B. in der
DE 101 59 686 A1 beschrieben ist. Es ist allerdings davon auszugehen, dass bei dem dort beschriebenen Drehverfahren weit mehr als 50% des Ausgangsmaterials spanend abgetragen wird, so dass ein solches Herstellungsverfahren aus wirtschaftlichen Gründen nicht in Betracht zu ziehen ist. Der Anteil des „verlorenen” Materials würde sicherlich noch sprunghaft ansteigen, falls an der Hülse zusätzlich ein Kragen am Außenumfang als Anschlag anzubringen wäre. Dann wäre nämlich ein Drehrohling zu verwenden, dessen ursprünglicher Außendurchmesser so groß ist wie der Durchmesser des Anschlagkragens, wobei das „Mehrmaterial” dieses Rohling bis auf den Anschlagkragen vollständig abgetragen wird.
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In der
DE 101 59 686 A1 ist die Verliersicherung als innerer Kragen ausgestaltet, da durch das gewählte Drehverfahren ein solcher Ring einfacher zu fertigen ist als einzelne Haltevorsprünge, die in der weiter unten beschriebenen
EP 0 742 873 B1 gezeigt sind.
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Die
DE 197 50 658 C1 zeigt eine alternative Anordnung, bei der ein Sicherungskragen an der Hülse durch ein Gewinde bereitgestellt wird. Der Gewindeabschnitt der Schraube muss also in die Hülse geschraubt werden, bis der Gewindeabschnitt das Gewinde vollständig durchdrungen hat und dann der Stiftabschnitt (ohne Gewinde) axial mit den Gewinde der Hülse ausgerichtet ist. Anschließend wird mithilfe des Schraubenkopfes der erste Gewindegang des Gewindes verformt, so dass ein vollständiges Zurückschrauben des Gewindeabschnittes durch das Gewinde hindurch unmöglich wird. Jedoch können bei der Lagerung und dem Transport solcher vorbereiterer Montageanordnungen die beiden Gewinde (der Hülse und der Schraube) zumindest ein klein wenig mit einander in Eingriff geraten oder miteinander verkanten, so dass die Schraube dann nicht mehr frei beweglich in der Hülse gehalten ist; die freie Bewegbarkeit ist aber eine gewünschte Vorraussetzung für den einfachen nachfolgenden Montageschritt. Es ist hingegen unerwünscht, dass vor der eigentlichen Montage die Schraube noch per Hand aus dem Gewinde der Hülse herausgeschraubt werden muss.
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Insofern wird es grundsätzlich als ungeeignet angesehen, wenn die Hülse als Sicherungskragen ein Gewinde aufweist.
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Die
EP 0 742 873 B1 offenbart eine Montageanordnung mit einer Hülse und einer darin verliersicher angebrachten Schraube. Die Hülse ist ein umgeformtes Blechteil. Durch Umbiegen von ausgestanzten Vorsprünge entstehen einzelne Haltevorsprünge, die mittels des Schraubenkopfes dann in eine Art Sicherungsstellung umgebogen werden. Die Verwendung von Blechteilen erlaubt zwar eine recht einfache Herstellung. Der Materialausschuss, der durch das Ausstanzen der Haltevorsprünge anfällt, ist akzeptabel. Die Möglichkeiten zur Optimierung in der Formgestaltung der Hülse sind allerdings bei den Blechteilen begrenzt. Leider hat sich herausgestellt, dass die radial nach innen ragenden Vorsprünge als eine Art Innengewinde wirken können, mit dem sich Außengewinde der Schraube verkanten kann. Insofern tritt die selbe unerwünschte Wirkung ein, wie bei dem expliziten Gewinde nach der
DE 197 50 658 C1 .
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Montageanordnung der eingangs genannten Art bereitzustellen. Dabei sollen handelsübliche Schrauben verwendet werden können. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch eine Montageanordnung sowie ein Herstellungsverfahren nach den nebengeordneten Ansprüchen. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der Kern der Erfindung liegt darin, anstelle eines Gewindes oder von einzelnen Vorsprüngen, die ebenfalls als Gewinde wirken können, einen ringförmig geschlossenen Sicherungskragen als Sicherungselement zu verwenden. Dieser ringförmig geschlossene Sicherungskragen weißt dann keinerlei Angriffspunkte auf, an denen das Gewinde der Schraube eingreifen könnte oder mit dem sich dieses Gewinde verkanten könnte. Insofern ist bei einer anspruchsgemäßen Montageeinheit stets gewährleistet, dass sich der Schaft der Schraube frei innerhalb der Aufnahmeöffnung bewegen kann. Dadurch bleibt auch sichergestellt, dass die Montageanordnung in einem Zustand ist, in dem die Endmontage durchgeführt werden kann, ohne dass ggf. ein Lösen der Schraube von der Hülse erforderlich wird. Montagevorgänge können damit wesentlich sicherer und effizienter durchgeführt werden.
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Zugleich gestattet es die Erfindung, dass die Hülse günstig herstellbar ist, da es als Umformteil, insbesondere als (kalt-)fließgepresstes Teil hergestellt wird. Es ist dann möglich, dass 100% des eingesetzten Materials auch in der entstehenden Hülse wiederzufinden sind, so dass der Materialeinsatz im Gegensatz zu einem gedrehten Bauteil absolut effizient ist. Der äußere Kragen stellt bekanntermaßen eine Möglichkeit dar, wie die Hülse in eine vordefinierte axiale Ausrichtung zum Kunststoffteil gebracht werden kann. Der äußere Kragen dient bekanntermaßen zugleich als eine Art Unterlegscheibe; es wird also keine weitere Unterlegscheibe mehr benötigt.
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Bei der Schraube handelt es sich insbesondere um eine handelsübliche Schraube. Diese weist als vom Stiftabschnitt radial nach außen vorstehende Elemente ausschließlich den Gewindeabschnitt und den Schraubenkopf auf. Solche Schrauben sind recht günstig auf dem Markt käuflich zu beschaffen. Die besonderen Produktionskosten für die erfindungsgemäße Montageanordnung werden damit ausschließlich auf die Hülse verlagert.
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Der Vorteil des optionalen Verfahrens durch Fließpressen gegenüber der Herstellungsvariante durch Umbiegen eines Blechteil liegt darin, dass dadurch es erst ermöglicht wird, einen ringförmig geschlossenen umlaufenden Sicherungskragen in der Innenfläche auszubilden. Bei einem Blechteil würde der innere Sicherungskragen allenfalls durch eine Vielzahl von einzelnen Vorsprüngen hergestellt werden, die dann in Summe zwar einen ringförmigen Kragen bilden könnten; dieser zusammengesetzte ringförmige Kragen würde aber in jedem Fall gewisse Kanten oder Stufen ausbilden, da die diskreten Vorsprünge stets erhalten bleiben und die mit einem vertretbaren Herstellungsaufwand nicht zu einem geschlossenen homogenen Ring umwandelbar sind.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert, hierin zeigt:
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1 eine Hülse einer erfindungsgemäßen Montageanordnung im Querschnitt in Ursprungsstellung;
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2 ein Detail der Hülse nach 1 in vergrößerter Darstellung;
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3 die erfindungsgemäße Montageanordnung mit Hülse nach 1 und eingesetzter Schraube in Sicherungsstellung mit angedeutetem Kunststoffteil.
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In 1 ist eine Hülse 10 gezeigt, welche rotationssymmetrisch um eine Symmetrieachse A ausgebildet ist. Die Hülse ist als ein kaltfließgepresstes Teil ausgebildet. Die Hülse 10 weist eine zylindrisch umlaufende Hülsenwand 12 auf, die einen Hülsenabschnitt 11 definiert und die einen zylindrischen Aufnahmeraum 16 umgibt. Die Hülse 10 ist zu beiden axialen (bezogen auf die Achse A) Seiten offen gestaltet, wobei an einer Seite, dem Hülsenkopf 13, ein innerer umlaufender Sicherungskragen 14 angebracht ist. Der innere umlaufende Sicherungskragen 14 ist ringförmig geschlossen ausgebildet und ragt in der in 1 dargestellten Ursprungsstellung axial ein Stück weit über eine Stirnfläche 18 aus der Hülse hinaus, welche im wesentlichen die axiale Begrenzung der Hülse darstellt. Der Sicherungskragen 14 ist in dem vorliegenden Beispiel derart konstruiert, dass er im Querschnitt durch ein Parallelogramm gebildet wird, welches um die Achse A rotiert wurde. Der kleinere Seitenwinkel α zwischen zwei Seiten des Parallelogramms beträgt zwischen 20° und 70°. Der Gegenwinkel ist natürlich entsprechend größer und liegt zwischen 110° und 160°.
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Ebenfalls im axialen Bereich des Hülsenkopfs 13 ist ein äußerer Anschlagkragen 15 vorgesehen, der wie in 3 zu erkennen ist, in Anlage mit dem Kunststoffteil 7 zu bringen ist und damit die axiale Position der Hülse 10 gegenüber dem Kunststoffteil 7 definiert vorgeben kann. Der äußere Anschlagkragen 15 kann aber auch an einer anderen axialen Position am Hülsenabschnitt 11 angeordnet sein. In 3 ist ferner zu erkennen, dass der Sicherungskragen 14 nun weitgehend bündig mit der Stirnfläche 18 abschließt. Dabei wurde der Schraubenkopf 3 einer Schraube 2 gegen den Sicherungskragen 14 gedrückt, als sich dieser noch in dessen Ursprungsposition befand. Die Parallelogrammform, die noch in 1 zu erkennen ist, wurde durch den Druck dann in eine Rechteckform umgewandelt, was einherging mit einer Durchmesserverringerung der Öffnung, die durch den Sicherungskragen 14 definiert wurde. Die nun vorhandene Öffnung am Sicherungskragen 14 weist in der Sicherungsstellung nach 3 einen Durchmesser D14'' auf, welcher kleiner ist als der Durchmesser D3 des Schraubenkopfs 3 sowie kleiner ist als der Gewindedurchmesser D5 des Gewindeabschnitts 5. In der Ursprungsstellung hingegen war der Öffnungsdurchmesser D14' des Sicherungskragens 14 größer als der Durchmesser D5 des Gewindeabschnitts 5, so dass der Gewindeabschnitt 5 durch den Sicherungskragen 14 hindurch geführt werden konnte. Die Hülse 10 und die Schraube 2 stellen nun eine erfindungsgemäße Montageanordnung 1 dar. Der Stiftabschnitt 6 der Schraube, also der Teil des Schaftes 4, der kein Gewinde aufweist und zwischen Gewindeabschnitt 5 und Schraubenkopf 3 angeordnet ist, hat einen Durchmesser D6, der kleiner ist als die Durchmesser D14' und D14'' der Öffnung im Bereich des Sicherungskragens 14 in dessen Ursprungsstellung und in dessen Sicherstellung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Montageanordnung
- 2
- Schraube
- 3
- Schraubenkopf
- 4
- Schaft
- 5
- Gewindeabschnitt
- 6
- Stiftabschnitt
- 7
- Kunststoffteil
- 10
- Hülse
- 11
- Hülsenabschnitt
- 12
- zylindrisch umlaufende Hülsenwand
- 13
- Hülsenkopf
- 14
- innerer umlaufender Sicherungskragen
- 15
- äußerer Anschlagkragen
- 16
- zylindrischer Aufnahmeraum
- 17
- Parallelogramm
- 18
- Stirnfläche
- A
- Rotationsachse
- α
- Seitenwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10159686 A1 [0005, 0006]
- EP 0742873 B1 [0006, 0009]
- DE 19750658 C1 [0007, 0009]
