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Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Leichtbauausführung einer Mutter für eine Schraubverbindung, bei der das Innengewinde der Mutter aus einem Drahtgewindeeinsatz besteht.
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HINTERGRUND
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Muttern als Bestandteil einer Schraubverbindung mit einer Schraube oder einem Gewindebolzen sind im Stand der Technik weitläufig bekannt. Drahtgewindeeinsätze sind ebenfalls technikübliche Bauteile, die aus profiliertem Draht zu einer federnden Wendel geformt werden und so im Inneren wie auf der Aussenseite der Wendel ein Gewinde aufweisen.
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STAND DER TECHNIK
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Es sind im Stand der Technik Muttern bekannt, die ein Aufnahmegewinde aufweisen, in das ein Gewindeeinsatz eingeschraubt werden kann. Dies hat Vorteile bei Leichtbaukonstruktionen in scherschwachen Materialien wie Aluminium- und Magnesiumlegierungen. Hier dienen die Gewindeeinsätze zur Gewindepanzerung und weisen auch nach einer großen Anzahl von Wiederholverschraubungen ein masshaltiges Gewinde auf.
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So zeigt das deutsche Gebrauchsmuster
DE 20 2004 009 406 eine Schraubverbindung mit einem Drahtgewindeeinsatz, der zwischen ein Mutterngewinde eines Werkstücks und einem gewindetragenden Bolzen eingesetzt wird. Der Drahtgewindeeinsatz besteht dabei aus einem wendelförmig gewickelten Drahtgewindekörper.
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Für die weiter unten beschriebene Erfindung ist gattungsgemäss ebenfalls relevant die Anmeldung
EP 2 483 569 . In ihr wird beschrieben, einen Drahtgewindeeinsatz nicht in ein Mutterngewinde eines Werkstücks einzusetzen, sondern in ein Kunststoffbauteil beim Spritzgiessen einzuformen. Durch die Geometrie des Drahtgewindeeinsatzes, speziell die radiale zylindrische Aussenwand plus einen Befestigungsflansch wird gewährleistet, dass der Drahtgewindeeinsatz in dem Kunststoffbauteil ausreichend verankert ist. Der Befestigungsflansch ist hierbei eine radial auswärts geführte Endwindung des Drahtgewindeeinsatzes.
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Durch den vollständig im Kunststoff eingeformten Drahtgewindeeinsatz gehen allerdings einige spezifische Vorteile von Drahtgewindeeinsätzen verloren, z.B. deren Elastizität. Zudem muss, wie
EP 2 483 569 beschreibt, das Anliegen benachbarter Wicklungen der zylindrischen Spirale gewährleistet sein, damit beim Einformen des Drahtgewindeeinsatzes kein Kunststoff durch die Spiralwand in das Innere des Drahtgewindeeinsatzes eindringen kann, was die Verwendbarkeit als Mutter beeinträchtigen oder verhindern könnte.
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Die vorliegende Erfindung hat daher das Ziel, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere eine Mutter für eine Schraubverbindung zu beschreiben, die einen Drahtgewindeeinsatz als Gewindekörper nutzt und einen Mutternkörper aus Kunststoff besitzt. Der unabhängige Anspruch beschreibt die grundlegenden Merkmale, die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte weitere Ausbildungen.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Eine erfindungsgemäss Mutter für eine Schraubverbindung umfasst einen Mutterkörper mit an der Aussenkontur vorgesehenen Flächen für einen Kraftangriff und einem von einem Drahtgewindeeinsatz gebildeten Innengewinde, wobei der Mutterkörper aus Kunststoff um die Aussenfläche des Drahtgewindeeinsatzes geformt ist, aber den Drahtgewindeeinsatz nur teilweise umschliesst. Von aussen betrachtet, weist der Mutternkörper also ein erstes Ende auf, in das beim Montagevorgang der Befestiger eingeschraubt werden kann und ein weiteres Ende, das dieser vorgesehenen Einschrauböffnung gegenüberliegt, beide Öffnungen sind also entlang der Längsachse des Drahtgewindeeinsatzes angeordnet. Mit „teilweise umschlossen“ ist dabei gemeint, dass die Aussenseite bzw. Aussenkontur des Drahtgewindeeinsatzes im Bereich der Einschrauböffnung, radial nach aussen betrachtet, vollständig von Kunststoff umschlossen ist, am anderen Ende jedoch wenige Windungen des Drahtgewindeeinsatzes frei lässt; sprich diese sind am Umfang im Wesentlichen frei von Kunststoff. Dabei muss der Mutternkörper nicht zwingend bündig mit der durch die Einschrauböffnung definierten Ebene abschliessen. Je nach Einsatzzweck kann der Mutternkörper der Einschrauböffnung vorstehen und damit eine Art hülsenähnliche Verlängerung der Drahtgewindeöffnung bilden. Dabei kann dieser Verlängerungsbereich rund oder polygonal ausgelegt werden, solange er dem einzuschraubenden Befestiger ausreichend Durchlass zum Gewinde bietet.
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Der an der Aussenkontur des Mutterkörpers vorgesehene Kraftangriff kann als Aussensechskant, Aussenvierkant oder einer anderen, in Spritzkunststoff ausführbaren Form ausgeführt werden, wie es der Einsatzzweck erfordert.
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In einer Ausführungsform liegt die Zahl der nicht aussen vom Kunststoff umschlossenen Windungen des Drahtgewindeeinsatzes zwischen 1 und 5 (incl.). In einer alternativen Ausführungsform liegt der Anteil der nicht vom Kunststoff umschlossenen freien Länge an der gesamten Längserstreckung des Drahtgewindeeinsatzes bei mindestens 10%, bevorzugt mindestens 20%. Somit sind 90% bzw. 80% der Länge des Drahtgewindeeinsatzes von Kunststoff umhüllt.
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Von Vorteil hat sich erwiesen, die erfindungsgemässe Mutter so fortzubilden, dass mindestens eine der freiliegenden Windungen des Drahtgewindes zumindest abschnittsweise nach innen verformt ist und so beim Verschraubungsvorgang mit einem Schraubelement eine Klemmwirkung hervorruft. Dies ist bei einem Verbindungselement des Standes der Technik nicht möglich, weil beim vollständigen Umspritzen dieses Ausweichen nach innen des spiralig gewickelten Drahtgewindes eine Lücke im ansonsten dichten Lagengefüge des Drahtgewindeeinsatzes bildet und an dieser Stelle Kunststoff in den Innenbereich des Gewindes dringen könnte. Diese federnde Klemmwirkung ist reversibel; damit ist eine Schraubverbindung mit einer erfinderischen Mutter mehrfach lösbar. Das teilweise umschlossene (umspritzte) Gewinde verbindet also die Vorteile einer starren Mutter mit den federnden Elementen eines Drahtgewindeeinsatzes.
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In einer Weiterbildung der Erfindung wird das weitere (zweite) Ende, das der vorgesehenen Einschrauböffnung gegenüberliegt, mit einer Kappe überwölbt, die mit dem Mutterkörper verbindbar ist. Diese Kappe stützt sich auf dem Spritzguss-Mutternkörper ab und überspannt berührungsfrei das unbedeckte Ende des Drahtgewindes. Die Kappe schützt damit das überwölbte Ende des Drahtgewindes, ohne seine oben beschriebene Funktionalität zu beeinträchtigen.
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Kappe und Mutternkörper werden als separate Werkstücke hergestellt und können nachträglich miteinander verbunden werden. Das kann durch Verschmelzen, Verschweissen, Verkleben oder als mechanisch lösbare oder selbstverriegelnde Steckverbindung erfolgen. Bei der Montage vor Ort kann z.B. der Mutterköper ohne Kappe verwendet werden, nach einer Sichtkontrolle, ob eine Verschraubung korrekt erfolgt ist, kann die Kappe aufgesteckt (verklebt,...) werden. Damit ist auch eine optische Kennzeichnung möglich, welche Befestigungspunkte bereits kontrolliert wurden.
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Wird die Kappe z.B. aus transparentem oder teilweise transparentem Kunststoff ausgeführt, kann der Verbindungsschritt Kappe-Mutternkörper bereits bei der Herstellung erfolgen und damit die Verwendung der Mutter weiter vereinfacht werden. Eine Sichtkontrolle der Verschraubung ist weiterhin gewährleistet.
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Wie bereits erwähnt wird der Mutternkörper bevorzugt als Spritzgussteil ausgeführt. Eine entsprechend ausgerüstete Spritzgiessmaschine weist ein Werkzeug auf, das einen Drahtgewindeeinsatz aufnehmen kann und diesen wie oben erläutert teilweise umspritzt. Dabei kommen bevorzugt verstärkte Kunststoffe zum Einsatz, um die bei der Verschraubung auftretenden Kräfte besser aufnehmen zu können. Faserverstärkte Kunststoffe, wie mit Kohlefaser- oder Glasfaser verstärkte Spritzgiess-Kunststoffe sind dabei bevorzugt. Bevorzugt sind dabei thermoplastische Kunststoffe wie PEEK (Polyaryletherketon), die als PEEK-GF55 55% Glasfaseranteil aufweist.
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In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird an dem als Einschrauböffnung vorgesehenen Ende der Mutter am Mutterkörper eine ringförmige, flanschartige Auskragung vorgesehen, die bei der Verschraubung mit einem Werkstück eine Auflagefläche für den Mutterkörper bildet. Diese kann als ein Teil der für den Kraftangriff vorgesehenen Flächen / Bereiche sein, kann aber auch separat ausgeführt werden. Diese zusätzliche Auflagefläche schafft insbesondere die Möglichkeit, eine mit dem Ende des Drahtgewindeeinsatzes konzentrische Ringnut zu schaffen, die in unmittelbarer Nähe des Drahtgewindeeinsatzes oder etwas beabstandet angeordnet sein kann, aber im Bereich der ringförmigen Auskragung liegt. Der konzentrische Ringspalt oder Nut schafft einen Freiraum für ein ringförmiges, bevorzugt zähelastisches Dichtelement, das im verbauten Zustand den Gewindeinnenraum zur Umgebung abdichtet. In Verbindung mit der vorbeschriebenen Deckkappe entsteht eine Verschraubung, die die unvermeidliche Öffnung im Werkstück nicht nur verdeckt, sondern auch abdichtet. Damit lässt sich Kontaktkorrosion empfindlicher Materialien eindämmen.
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Ein Herstellverfahren für eine Mutter einer Schraubverbindung gemäss der vorliegenden Erfindung umfasst zumindest folgende Schritte: Ein Drahtgewindeeinsatz wird in die Matrize einer Spritzgiessmaschine eingelegt wird und so umspritzt, dass ein Mutterkörper um die Aussenfläche geformt wird mit Aussenflächen für einen Kraftangriff, wobei wenige Windungen am Ende des Drahtgewindeeinsatzes zumindest teilweise frei bleiben.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens wird in einem weiteren Herstellschritt eine Kappe mit dem Mutterkörper derart verbunden, dass die nicht umspritzten Windungen durch die Kappe von der Umgebung abgeschirmt werden. Dies kann durch Verkleben, Verschweissen oder auf andere bekannte Weise erfolgen.
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Alternativ kann die Kappe so ausgelegt werden, dass sie nach der Montage der Mutter vor Ort anbringbar ist und mittels eines Schnapp-, Rast- oder Aufpressverschlusses lösbar oder unlösbar mit dem Mutternkörper verbunden wird.
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Die Anwendbarkeit der Erfindung ist im Wesentlichen nur durch die Grösse der Drahtgewindemuttern und die Eigenschaften des verwendeten Kunststoffes beschränkt.
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Die beschriebenen Anwendungsvarianten sind, soweit technisch sinnvoll, miteinander kombinierbar. Die Beschreibung soll dahingehend nicht als limitierend verstanden werden.
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BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 zeigt eine Mutter 1 gemäss der Erfindung mit einer Kombination aller erfinderischer Merkmale, die jedoch nicht notwendigerweise gemeinsam (gleichzeitig) realisiert sein müssen. Ein Mutterkörper 2 ist gezeigt, der die (auf der Darstellung) unteren Windungen eines Drahtgewindeeinsatzes 4 umschliessen. Das Material ist idealerweise ein spritzgiessfähiger Kunststoff wie im Stand der Technik bekannt. Je nach Anwendungsfall können verschiedene Thermoplaste Anwendung finden und dadurch unterschiedliche Einsatzgebiete (bezüglich Wärmeresistenz, Festigkeit, Elastizität, Beständigkeit gegen Chemikalien) abgedeckt werden. Das Innengewinde 5 liegt frei, während die Aussenfläche 6 des Drahtgewindeeinsatzes 4 vom Kunststoff im gezeigten Umfang umschlossen wird und so den Drahtgewindeeinsatz stützt. Das Drahtgewinde weist zwei Öffnungen auf, eine erste, in der Zeichnung untere, die als Einschrauböffnung 7 bezeichnet wird. Durch die Auslegung mit einer teilumspritzten Aussenfläche ist die Orientierung der Mutter gemäss der vorliegenden Erfindung funktionell - im Gegensatz zu einer klassischen Schraubenmutter - bei der Montage nicht beliebig. Die gegenüberliegende Öffnung des Drahtgewindeeinsatzes 4 ist mit 8 bezeichnet. Dort, im Bereich der freiliegenden Windungen des Drahtgewindeeinsatzes 4 können an einen oder mehreren Stellen nach innen verformte, freiliegende Windungen 9 des Drahtgewindes vorliegen. Diese haben beim Verschrauben eine Klemmwirkung auf das Gewinde und erhöhen somit den Kraftschluss.
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Der in der Zeichnung 1 obere Bereich der Mutter 1 kann durch eine Kappe 10 überwölbt werden, die die freiliegenden Windungen im Bereich der Öffnung 8 nicht berührt. Die Kappe stützt sich hierzu auf den Mutternkörper 2 ab. In der Zeichnung ist eine Naht zwischen Mutterkörper 2 und Kappe 10 gezeigt. Deren Geometrie wird durch den Herstellvorgang bzw. die Art der Verbindung bestimmt und kann verschieden ausgeführt werden. Die gezeigte Ausführungsform hat die äussere Erscheinung einer Hutmutter, was aber nicht zwingend ist. Die Form der Kappe 10 muss nicht kuppelförmig ausgeführt sein, sie könnte auch zylindrisch aussehen. In 1 sind als Flächen 3 für den Kraftangriff ein Sechskant gezeigt (s. 2). Auch hier gilt, dass diese Auslegung durch den Einsatzzweck bestimmt wird. Die gezeigte Ausführung ist eine bevorzugte, aber keine zwingende.
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Detail 11 zeigt eine ringförmige, flanschartige Auskragung, nach Art einer Randverbreiterung am unteren Ende der Mutter 1, im Bereich der Einschrauböffnung 7. Diese dient einerseits als erhöhte Auflagefläche und Abstützung in dem Bereich, wo die Mutter 1 auf dem zu verbindenden Werkstück (nicht gezeigt) aufliegt. Zum Anderen bietet die flanschartige Auskragung auch den Raum für einen ringförmigen Freiraum 12, der als Ringnut, als ringförmige Aussparung oder ähnliche Massnahme realisiert werden kann. Der Zweck dieser ringförmig geschlossenen Nut oder Freiraum ist, Platz zu schaffen für ein zähelastisches, ringförmiges Dichtelement 13, das im Bereich der Einschrauböffnung eingesetzt werden kann und diese im montierten Zustand nach aussen hin abschirmt. Der Drahtgewindeeinsatz ist bevorzugt von der Auflagefläche weg etwas versetzt angeordnet, so dass der ringförmige Flansch 11 die Auflagefläche definiert und ein Verkippen der Mutter 1 im verbauten Zustand aufgrund von Unebenheiten ausgeschlossen ist. Das Dichtelement 13 ist in der 1 etwas vorstehend gezeichnet, was die Dichtwirkung im komprimierten Zustand nahelegt.
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2 zeigt die erfindungsgemässe Mutter 1 von der Kappe 10 her gesehen, also in Draufsicht z.B. im verbauten Zustand. Erkennbar sind hier die Kraftangriffsflächen 3 des Aussensechskants als eine mögliche Auführungsform.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mutter
- 2
- Mutterkörper
- 3
- Fläche(n) für einen Kraftangriff
- 4
- Drahtgewindeeinsatz
- 5
- Innengewinde
- 6
- Aussenfläche des Drahtgewindeeinsatzes
- 7
- Einschrauböffnung
- 8
- Zweites, weiteres Ende des Drahtgewindeeinsatzes
- 9
- nach innen verformte, freiliegende Windung des Drahtgewindes
- 10
- Kappe
- 11
- ringförmige, flanschartige Auskragung, ringförmiger Flansch
- 12
- ringförmiger Freiraum
- 13
- zähelastisches, ringförmiges Dichtelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202004009406 [0004]
- EP 2483569 [0005, 0006]
