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Die Erfindung betrifft eine Käfigmutter zur Befestigung eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil mit einem Käfig und einer in dem Käfig formschlüssig gelagerten Mutter, wobei die Käfigmutter ein an dem Käfig angeordnetes Befestigungsteil aufweist, um die Käfigmutter an dem ersten Bauteil anzuordnen.
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Solche Käfigmuttern werden dazu verwendet, um an dünnen Blechen, in die auf Grund der geringen Materialstärke kein Gewinde geschnitten werden kann, eine Gewindemutter festzulegen, so dass das dünnwandige Bauteil über eine Gewindeschraube an einem zweiten Bauteil festgelegt werden kann. Käfigmuttern werden beispielsweise im Karosseriebau zur Bereitstellung von Gewinden an Karosserieblechen, in der Batterietechnik zur Bereitstellung von Schraubgewinden an Batterierahmen sowie in der Servertechnik zur Befestigung von Geräten in 19-Zoll-Racks eingesetzt.
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Die Käfigmutter wird üblicherweise mit dem Befestigungsteil an einer Bohrung des ersten Bauteils zu Montagezwecken festgelegt, wobei das Muttergewinde der Mutter durch die Bohrung des ersten Bauteils hindurch zugänglich sein muss, um das erste Bauteil über die Käfigmutter mit dem zweiten Bauteil verbinden zu können. Das Befestigungsteil dient dazu, die Mutter verliersicher an dem ersten Bauteil anzuordnen, um die Montage zu erleichtern. Die Verbindung des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils erfolgt üblicherweise im Wesentlichen kraftschlüssig, indem das erste Bauteil durch die Mutter über eine mit der Mutter und dem zweiten Bauteil verbundene Gewindeschraube an das zweite Bauteil angepresst wird.
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Um die Käfigmutter an dem ersten Bauteil festzulegen, sind unterschiedlich ausgestaltete Befestigungsteile bekannt. Beispielsweise kann das Befestigungsteil als Metall-Clip ausgestaltet sein, der seitlich über den dünnwandigen Abschnitt des ersten Bauteils geschoben und auf diese Weise klemmend an dem ersten Bauteil festgelegt wird. Bei dieser Ausgestaltung des Befestigungsteil in Clip-Form ist es bekannt, dass der Clip durch eine Käfigrahmenseitenfläche sowie eine an dem Käfigrahmen angeordnete Metallzunge gebildet wird. Um die Käfigmutter mit dem Befestigungs-Clip an dem ersten Bauteil so festlegen zu können, dass das Muttergewinde durch das erste Bauteil hindurch zugänglich bleibt, weist die Metallzunge des Befestigungsteils zweckmäßigerweise eine Bohrung auf, durch die die zur Festlegung des ersten Bauteils an dem zweiten Bauteil verwendete Gewindeschraube geführt werden kann.
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Zur verliersicheren Befestigung der Käfigmutter an dem ersten Bauteil bzw. an einer Bohrungswandung des ersten Bauteils ist es auch bekannt, an dem Käfigrahmen seitlich von dem Käfigrahmen abstehende Metallnasen vorzusehen, die die Bohrungswandung hintergreifen, so dass der Käfigrahmen mit der dem ersten Bauteil zugewandten Käfigrahmenseitenfläche an das erste Bauteil angedrückt wird. Sofern die Käfigmutter an einer quadratischen oder rechteckigen Ausnehmung in dem ersten Bauteil festgelegt werden soll, können anstelle der Nasen beispielsweise auch seitlich vorstehende Befestigungszungen verwendet werden.
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Die Verbindung des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils über die Käfigmutter und eine entsprechende Gewindeschraube erfolgt kraftschlüssig dadurch, dass das erste Bauteil über die Gewindeschraube an das zweite Bauteil angedrückt wird. Sofern die aneinander anliegenden Oberflächen des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils beispielsweise auf Grund von Fertigungstoleranzen keine ausreichende Kontaktfläche bilden, ist es beispielsweise möglich, einen entsprechenden Toleranzausgleich durch Verwendung von zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil angeordneten Unterlegscheiben zu erreichen.
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Als Aufgabe der Erfindung wird es angesehen, eine Käfigmutter bereitzustellen, die einen automatischen Toleranzausgleich bei der Verbindung des ersten und des zweiten Bauteils mit Hilfe einer Gewindeschraube erlaubt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Käfigmutter ein Ausgleichselement und ein Mitnehmerelement aufweist, wobei das Ausgleichselement ein an ein Muttergewinde angepasstes Schraubgewinde und eine Längsbohrung von einem ersten Ausgleichselementende zu einem zweiten Ausgleichselementende aufweist, wobei die Längsbohrung durch Käfigausnehmungen des Käfigs beidseitig zugänglich ist, wobei das Mitnehmerelement mindestens abschnittsweise an einer die Längsbohrung umgebenden Innenfläche des Ausgleichselements angeordnet ist, wobei das Ausgleichselement in die Mutter in eine Ausgangsposition eingeschraubt ist, sodass das Ausgleichselement aus der Mutter bis zu einem Bauteilanschlag des zweiten Bauteils in einer Anschlagsrichtung herausgedreht wird, wenn eine Befestigungsschraube durch das Mitnehmerelement in ein Bauteilgewinde des zweiten Bauteils in der Anschlagsrichtung eingeschraubt wird. Auf diese Weise ist ein automatischer Toleranzausgleich zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil möglich. Vorteilhafterweise ist auch das Muttergewinde der Mutter durch die Käfigausnehmungen des Käfigs beidseitig zugänglich.
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Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass es sich bei dem Mitnehmerelement um an der Innenfläche ausgebildete Reibflächen handelt. Erfindungsgemäß sind das Ausgleichselement und die Reibflächen einstückig, vorteilhafterweise aus Kunststoff hergestellt. Durch die zwischen der Befestigungsschraube und dem Ausgleichselement über die Reibflächen erzeugten Reibungskräfte wird das Ausgleichselement aus der Mutter herausgedreht.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Käfigmutter ist vorgesehen, dass es sich bei dem Mitnehmerelement um eine kraftschlüssig in der Längsbohrung angeordnete Mitnehmerhülse handelt. Vorteilhafterweise ist das Ausgleichselement aus einem metallischen Werkstoff und die Mitnehmerhülse aus Kunststoff gefertigt.
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Eine Länge der mit Hilfe der erfindungsgemäßen Käfigmutter ausgleichbaren Toleranz wird durch Längen des Muttergewindes und des Schraubgewindes definiert. Umso länger diese Gewinde ausgestaltet sind, umso weiter kann das Ausgleichselement aus der Mutter hinaus gedreht werden und gleichzeitig eine ausreichende Kraftübertragung zwischen dem Ausgleichselement und der Mutter ermöglicht werden.
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Bei dem Ausgleichselement kann es sich erfindungsgemäß um eine mit einer Längsbohrung versehene Gewindeschraube handeln, die einen flach ausgebildeten Schraubenkopf aufweist, so dass das Ausgleichselement eine möglichst große Anschlagsfläche zur Anlage an dem Bauteilanschlag des zweiten Bauteils bietet. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung einer Kopfschraube als Ausgleichselement ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass diese Kopfschraube bzw. Ausgleichskopfschraube entgegen der Anschlagsrichtung in die Mutter eingeschraubt ist, so dass ein das zweite Ausgleichselementende bildender Schraubenkopf an dem zweiten Bauteil anliegt, wenn die Befestigungsschraube durch die Mitnehmerhülse in dem Bauteilgewinde des zweiten Bauteils eingeschraubt ist.
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Damit die Käfigmutter auch eingesetzt werden kann, sofern kein Toleranzausgleich zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil erforderlich ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Ausgleichselement in der Ausgangsposition vollständig innerhalb eines durch den Käfig begrenzten Innenraums der Käfigmutter angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Ausgleichselement in der Anschlagsrichtung nicht über das Befestigungsteil hinausragt, wenn das Ausgleichselement in der Ausgangsposition in die Mutter eingeschraubt ist. Besonders vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das Ausgleichselement in der Ausgangsposition in der Anschlagsrichtung nicht über den Käfig hinausragt, wenn das Ausgleichselement in der Ausgangsposition in die Mutter eingeschraubt ist.
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Bei Verwendung einer Gewindeschraube als Ausgleichselement ist zu diesem Zweck erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Mutter auf der dem Schraubenkopf des Ausgleichselements zugewandten Seite eine an einen Umfang des Schraubenkopfs sowie an einen Durchmesser des Schraubenkopfs angepasste Ausnehmung aufweist, so dass das Ausgleichselement vollständig in die Mutter eingeschraubt werden kann. Es ist aber auch möglich und erfindungsgemäß vorgesehen, dass es sich bei dem Ausgleichselement um einen Gewindebolzen mit einer Längsbohrung handelt.
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Um zu erreichen, dass das Ausgleichselement aus der Mutter in die Anschlagsrichtung herausgedreht wird, wenn die Befestigungsschraube in der Ausgleichsrichtung durch die Mitnehmerhülse hindurchgeführt und in das zweite Bauteil eingeschraubt wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Gewinde der Mutter, des Ausgleichselements, der Befestigungsschraube und des Bauteilgewindes die gleiche Drehrichtung aufweisen.
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Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Befestigungsschraube kraftschlüssig mit der Mitnehmerhülse verbunden ist, wenn die Befestigungsschraube in der Mitnehmerhülse angeordnet ist. Bei der Mitnehmerhülse kann es sich erfindungsgemäß um eine dübelartig ausgestaltete Metallhülse handeln, die sich beim Einschieben der Befestigungsschraube ausdehnt und auf diese Weise eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Befestigungsschraube und dem Ausgleichselement herstellt. Um ein über die kraftschlüssige Verbindung von der Befestigungsschraube auf das Ausgleichselement übertragbares Drehmoment anpassen und vorgeben zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Mitnehmerhülse seitlich vorspringende Federzungen aufweist, die beim Einschieben der Befestigungsschraube in die Mitnehmerhülse an eine Innenfläche des Ausgleichselements federnd angedrückt werden.
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Erfindungsgemäß ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Reibwerte zwischen dem Mitnehmerelement, dem Ausgleichselement und der Befestigungsschraube so angepasst sind, dass das Ausgleichselement ausschließlich bis zum Erreichen des Bauteilanschlags aus der Mutter herausgedreht wird. Auf diese Weise kann beispielsweise durch die Anpassung der Reibwerte durch Verwendung entsprechender Federzungen an der Mitnehmerhülse vermieden werden, dass das Ausgleichselement weiter als für den Toleranzausgleich erforderlich aus der Mutter hinausgedreht wird.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Käfigmutter werden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigt:
- 1a eine schematisch dargestellte Seitenansicht einer Käfigmutter mit einem Befestigungs-Clip,
- 1b eine schematisch dargestellte Schnittansicht der in 1a dargestellten Käfigmutter,
- 1c eine schematisch dargestellte Ansicht der in den 1a und 1b dargestellten Käfigmutter,
- 1d eine weitere schematisch dargestellte perspektivische Ansicht der in den 1a bis 1c dargestellten Käfigmutter,
- 2 eine schematisch dargestellte Ansicht einer Mitnehmerhülse,
- 3a bis 3f einen schematisch dargestellten Ablauf der Befestigung eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Käfigmutter und
- 4 eine schematisch dargestellte Explosionszeichnung einer Käfigmutter mit einer Befestigungsschraube.
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Die 1a bis 1d zeigen unterschiedliche Ansichten einer Käfigmutter 1 mit einem Käfig 2 und einer in dem Käfig 2 formschlüssig gelagerten Mutter 3. Die Mutter 3 weist einen rechteckigen Querschnitt auf und ist auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten 4 der Mutter 3 von dem Käfig 2 umschlossen, wodurch die formschlüssige Verbindung zwischen dem Käfig 2 und der Mutter 3 hergestellt wird. Die Käfigmutter 1 weist zudem ein an dem Käfig 2 angeordnetes Befestigungsteil 5 auf, wobei das Befestigungsteil 5 durch eine Käfigseitenfläche 6 und eine Metalllasche 7 gebildet wird. Das Befestigungsteil 5 ist Clip-förmig ausgestaltet.
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Ein Muttergewinde 8 der Mutter 3 ist durch Käfigausnehmungen 9 und eine Ausnehmung 10 innerhalb der Käfigseitenfläche 6 und der Metalllasche 7 beidseitig zugänglich.
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Die Käfigmutter 1 weist zudem ein Ausgleichselement 11 mit einem an das Muttergewinde 8 angepassten Schraubgewinde 12 auf. Bei dem Ausgleichselement 11 handelt es sich um eine Ausgleichskopfschraube 13, die entgegen einer Anschlagsrichtung 14 in die Mutter 3 eingeschraubt ist, so dass ein ein zweites Ausgleichselementende 15 bildender Schraubenkopf 16 an einem nicht dargestellten zweiten Bauteil anliegt, wenn mit Hilfe der Käfigmutter ein erstes Bauteil an einem zweiten Bauteil befestigt wird.
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Die Käfigmutter 1 weist zudem eine in einer von einem ersten Ausgleichselementende 17 zu dem zweiten Ausgleichselementende 15 reichenden Längsbohrung 18 angeordnete dübelförmige Mitnehmerhülse 19 auf.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Mitnehmerhülse 19. Die Mitnehmerhülse 19 ist aus Metall hergestellt und weist einen zylinderförmigen Grundkörper 20 auf, der auf Grund eines Schlitzes 21 aufgedehnt werden kann. Zudem sind an dem Grundkörper 20 seitlich hervorstehende Federlaschen 22 angeordnet, um ein über eine kraftschlüssige Verbindung von einer Befestigungsschraube auf ein Ausgleichselement übertragbares Drehmoment anpassen und vorgeben zu können .
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In den 3a bis 3f ist schematisch ein Vorgang zur Befestigung eines ersten Bauteils 23 an einem zweiten Bauteil 24 mit Hilfe einer Käfigmutter 1 dargestellt. Das erste Bauteil 23 weist eine Bohrung 25 auf. Die Käfigmutter 1 wird mit Hilfe des Befestigungsteils 5 kraftschlüssig an dem ersten Bauteil 23 festgelegt, so dass eine Befestigungsschraube 26 durch eine nicht dargestellte Mitnehmerhülse durch die Käfigmutter 1 und das erste Bauteil 23 hindurch in ein Bauteilgewinde 27 des zweiten Bauteils 24 eingeschraubt werden kann. Beim Einschrauben der Befestigungsschraube 26 in das Bauteilgewinde 27 des zweiten Bauteils 24 wird ein Ausgleichselement 11 der Käfigmutter 1 bis zu einem Bauteilanschlag 28 des zweiten Bauteils 24 hinaus gedreht.
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Sobald das Ausgleichselement 11 an dem Bauteilanschlag 28 anliegt, übersteigt das für ein weiteres Herausdrehen des Ausgleichselements 11 aus der Mutter 3 erforderliche Drehmoment den über die reibschlüssige Verbindung zwischen der Befestigungsschraube 26, der nicht dargestellten Mitnehmerhülse sowie dem nicht dargestellten Muttergewinde übertragbare Drehmoment, so dass das Ausgleichselement 11 nicht weiter herausgedreht wird.
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In 4 ist schematisch eine Explosionszeichnung einer Käfigmutter 1 dargestellt, bestehend aus einer Mutter 3, einem Käfig 2 mit einem Clip-förmigen Befestigungsteil 5, einer Ausgleichskopfschraube 13 und einer innerhalb der Ausgleichskopfschraube 13 angeordneten Mitnehmerhülse 19. Zudem zeigt die in 4 schematisch dargestellte Explosionszeichnung eine Befestigungsschraube 26.
