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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Befestigungsmittelsystem mit einem Trägerelement welches im Wesentlichen C-förmig mit einem Boden und zwei an den Boden seitlich angeschlossen Schenkeln in einem Schenkelabstand S ausgebildet ist, im Querschnitt orthogonal zur Längserstreckung des Trägerelementes betrachtet, wobei die freien Enden der Schenkel jeweils eine Lippe aufweisen und wobei die Lippen einander zugewandt sind und so einen Schlitz der Breite B, welche kleiner als der Schenkelabstand S ist, bilden, und mit zumindest einem Befestigungsmittel, welches einen mit einem Gewinde ausgestatteten Schaft und einen Kopf aufweist, wobei der Kopf eine dem Schaft zugewandte Schaftseite und eine dem Schaft abgewandten Kopfseite aufweist, wobei zumindest die Schaftseite orthogonal zum Schaft steht, wobei der Außendurchmesser D des Gewindes kleiner oder gleich der Breite B des Schlitzes ist, wobei der Kopf eine Schmaldimension D1 und eine hierzu orthogonale Breitdimension D2, beide orthogonal zur Längserstreckung des Schaftes betrachtet, aufweist, wobei die Breitdimension D2 größer als die Breite B des Schlitzes und die Schmaldimension D1 kleiner oder gleich der Breite B des Schlitzes ist, und wobei die Schaftseite des Kopfes zumindest ein Zahnelement trägt, welches bei in den Schlitz eingelegtem Kopf des Befestigungsmittels mit einem freien Ende zumindest einer Lippe des Trägerelementes in Kontakt ist und bei Zugkraftbeaufschlagung des Schafts in die Lippe eine Kerbe in der Lippe bildend sich eindrückt,
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Stand der Technik und Hintergrund der Erfindung
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Der Kopf des Befestigungsmittels wird kopfüber in den Schlitz eingeführt, und zwar bei parallel zur Längserstreckung des Schlitzes ausgerichteter Breitdimension D2 des Kopfes. Sodann wird das Befestigungsmittel um ca. 90° gedreht, so dass die Breitdimension D2 des Kopfes orthogonal zur Längserstreckung des Schlitzes liegt, und so der Kopf die Lippen des Trägerelementes hintergreift. Auf den Schaft wird dann ein Gegenstand aufgeschoben, welcher mit dem Trägerelement verbunden werden soll. Sodann wird ein ein Innengewinde tragendes Bauelement auf den Schaft aufgeschraubt und die Verschraubung angezogen. Dadurch wird der Gegenstand gegen das Trägerelement gedrückt und gehalten. Die Zahnelemente schneiden dabei in die Lippen des Trägerelementes ein, Kerben in den Lippen bildend, und sichern so das Befestigungsmittel und den Gegenstand gegen eine Verschiebung in Längsrichtung des Schlitzes des Trägerelementes.
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Bei den insofern bekannten Befestigungssystemen ist verbesserungsfähig, dass die Einkerbwirkung der Zahnelemente erhöht wird. Denn beim Anziehen des Befestigungsmittels erfolgt nicht nur die beschriebene Bildung einer Kerbe in den Lippen, sondern auch eine plastische Verformung der Zahnelemente, wodurch die Verschiebefestigkeit in Richtung der Längserstreckung des Schlitzes des Trägerelementes reduziert wird. Dies gilt insbesondere in solchen Fällen, wo das Befestigungsmittel beispielsweise aus einem legierten oder vergüteten Stahl hergestellt ist, da Festigkeit bzw. Härte eines aus einem solchen Werkstoff gefertigten Zahnelementes reduziert ist, verglichen mit der Festigkeit bzw. Härte der Lippen üblicherweise eingesetzter Trägerelemente.
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Technisches Problem der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Befestigungsmittelsystem anzugeben, bei welchem ein daran befestigter Gegenstand besser gegen eine Verschiebung in Richtung der Längserstreckung des Trägerelementes gesichert ist, und zwar bei Verwendung handelsüblicher Trägerelemente.
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Grundzüge der Erfindung sowie bevorzugte Ausführungsformen
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Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung, dass der Werkstoff des Zahnelementes eine Härte aufweist, welche zumindest 110% der Härte des Werkstoffes der Lippe des Trägerelementes beträgt, wobei die Härte des Werkstoffes des Zahnelementes und die Härte des Werkstoffes der Lippe mit dem gleichen Härteprüfverfahren und unter den gleichen Härteprüfbedingungen gemessen sind, und dass der Werkstoff des Zahnelementes eine Härte aufweist, welche zumindest 110% der Härte des Werkstoffes des Kopfes des Befestigungsmittels außerhalb des Bereiches des Zahnelementes beträgt, wobei die Härte des Werkstoffes des Zahnelementes und die Härte des Werkstoffes des Kopfes mit dem gleichen Härteprüfverfahren und unter den gleichen Härteprüfbedingungen gemessen sind.
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Die Erfindung geruht auf der Erkenntnis, dass die Kerbwirkung eines Zahnelementes in einer Lippe eines Trägerelementes umso höher ist, je härter das Zahnelement, verglichen mit der Lippe, ist. Eine plastische Verformung des Zahnelementes ist reduziert und somit dringt das Zahnelement beim Anziehen des Befestigungsmittels tiefer in die Lippe des Trägerelementes ein. Hinzu kommt, unabhängig hiervon, dass ein Abscheren von Teilen eines Zahnelementes aufgrund einer auf einen angeschraubten Gegenstand und in Längsrichtung des Trägerelementes wirkenden Kraft reduziert ist. Es werden also im Kern mit einer einzigen Maßnahme, nämlich der Erhöhung der Härte des Zahnelementes, zugleich zwei die statische Stabilität des Befestigungsmittelsystems verbessernde Effekte erzielt.
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Die Erfindung beruht des Weiteren auf der Erkenntnis, dass nicht das gesamte Befestigungsmittel aus einem härteren Werkstoff gefertigt werden braucht bzw. dies sogar weniger wünschenswert ist. Denn metallische Werkstoffe hoher Härte weisen eine geringere Duktilität auf und sind folglich spröde. Ein insgesamt aus einem härteren Werkstoff gefertigtes Befestigungsmittel birgt also ein erhöhtes Bruchrisiko, insbesondere bei Wechselbelastungen, wie sie bei Aufzugsschienen und dergleichen auftreten können. Demgegenüber ist ein aus einem dem Anwendungszweck angepasster Duktilität gefertigtes Befestigungsmittel, bei welchem lediglich das Zahnelement besonders hart ist, problemlos einsetzbar, zumal im Bereich des Zahnelementes ohnehin keine Brüche induzierenden Wechselbelastungen auftreten. Denn die Schaftseite des Kopfes des Befestigungsmittels liegt nach dem Anziehen auf der Lippe des Trägerelementes auf, und das in die Lippe eingedrungene Zahnelement ist gleichsam hierin eingebettet. Das Auftreten sehr großer Scherkräfte im Bereich des eingedrungenen Zahnelementes ist unwahrscheinlich und wäre nur bei gelockertem Befestigungsmittel zu erwarten.
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Das Verfahren zur Härtemessung kann grundsätzlich beliebig sein. Bevorzugt sind die Messverfahren nach Rockwell, Vickers, oder Brinell. Bezüglich der Messverfahren und Messparameter wird beispielsweise auf die Normen EN ISO 6506-1 bis EN ISO 6506-4, oder EN ISO 6507-1:2018 bis EN ISO 6507-4:2018 verwiesen.
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Jeweils eingesetzte Werkstoffe bzw. Werkstoffkombinationen können hinsichtlich der jeweiligen Härten aus Tabellen der Werkstoffkunde ausgewählt werden. Eine Prüfung, ob ein Befestigungssystem von der Lehre der Erfindung Gebrauch macht, kann dadurch erfolgen, dass zunächst die Werkstoffe der Zahnelemente, der Lippen und des Befestigungsmittel außerhalb der Bereiche der Zahnelemente bestimmt werden und dann separat für das jeweilige Messverfahren erstellte Proben aus den bestimmten Werkstoffe jeweils den Härtemessungen unterworfen werden.
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Eine alternative und systemimmanente vergleichende Härtemessung kann dadurch erfolgen, dass ein Trägerelement und ein Gegenstand mittels des Befestigungsmittels unter vorgegebenem Drehmoment miteinander verschraubt werden. Dann wird die Verbindung wieder gelöst und die Tiefe der Kerbe in der Lippe gemessen, optisch oder mechanisch. Dieser Versuch wird mit einem Trägerelement gleichen Werkstoffes wie im ersten Versuch und einem Befestigungsmittels gleichen Werkstoffes (des Kopfbereiches außerhalb des Zahnelementes, wobei hier aber auch die Zahnelemente aus dem gleichen Werkstoff bestehen) wie im ersten Versuch durchgeführt. Ist die Tiefe der Kerbe des ersten Versuches zumindest 10% tiefer als die Tiefe der Kerbe im zweiten Versuch, so ist das Zahnelement des Befestigungsmittels im ersten Versuch mit einer erhöhten Härte im Sinne der Erfindung ausgestattet.
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Im Einzelnen bestehen diverse Möglichkeiten der Weiterbildung.
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Bevorzugt besteht das Befestigungsmittel im Wesentlichen aus einem Stahl, insbesondere einem legierten oder vergüteten Stahl. Beispiele umfassen handelsübliche Edelstähle.
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Grundsätzlich sind die Anzahl und die Anordnung des Zahnelementes bzw. der Zahnelemente beliebig und für den Kern der Erfindung eher unwichtig. Die Schaftseite des Befestigungsmittels kann beispielsweise vorteilhafterweise zwei Zahnelemente tragen, beide vorzugweise parallel zur Breitdimension D2 verlaufend und symmetrisch zueinander und bezüglich des Schaftes einander gegenüberliegend angeordnet. Die Schaftseite des Befestigungsmittels kann in einer demgegenüber nochmals vorteilhafteren Ausführungsform vier Zahnelemente tragen, alle vier Zahnelemente vorzugweise parallel zur Breitdimension D2 und parallel zueinander verlaufend und symmetrisch einander gegenüberliegend angeordnet gegenüber einer orthogonal zur Breitdimension D2 stehenden Mittenebene M des Schaftes. Der Begriff „parallel“ schließt dabei miteinander Fluchten bzw. auf einer gemeinsamen Linie liegend mit ein.
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Die Schmaldimension D1 des Kopfes kann gleich oder bis zu 50%, vorzugsweise bis zu 30%, insbesondere bis zu 10%, größer als der Außendurchmesser D des Gewindes des Schaftes sein.
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Der Werkstoff des Zahnelementes kann eine Härte aufweisen, welche zumindest 120%, vorzugsweise zumindest 150%, insbesondere 200% der Härte des Werkstoffes der Lippe des Trägerelementes beträgt, wobei die Härte des Werkstoffes des Zahnelementes und die Härte des Werkstoffes der Lippe mit dem gleichen Härteprüfverfahren und unter den gleichen Härteprüfbedingungen gemessen sind.
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Eine weiter bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Zahnelementes bzw. der Zahnelemente eine Härte aufweist, welche zumindest 120%, vorzugsweise zumindest 150%, insbesondere 200% der Härte des Werkstoffes des Kopfes des Befestigungsmittels außerhalb des Bereiches des Zahnelementes beträgt, wobei die Härte des Werkstoffes des Zahnelementes und die Härte des Werkstoffes des Kopfes mit dem gleichen Härteprüfverfahren und unter den gleichen Härteprüfbedingungen gemessen sind.
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Im Rahmen der Erfindung werden insbesondere übliche Werkstoffe bzw. Werkstoffpaarungen für das Trägerelement und das Befestigungsmittel eingesetzt und insofern handelsübliche Produkte. Erfindungsgemäß ist lediglich das Zahnelement bzw. sind die Zahnelemente aus einem härteren Werkstoff gebildet, verglichen mit der Härte der anderen Bereiche des Befestigungsmittels.
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Dies kann auf mannigfaltige Weisen bewerkstelligt werden. Allgemein gesprochen kann das Zahnelement bzw. können die Zahnelemente (aus einem gegenüber der Härte des Werkstoffes der anderen Bereiche des Befestigungsmittels härteren Werkstoff) auf die Schaftseite des Kopfes des Befestigungsmittels aufgetragen oder in die Schaftseite des Kopfes des Befestigungsmittels eingesetzt und hiermit verbunden sein.
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Hierfür kann beispielsweise durch Auftragsschweißen ein härterer Werkstoff auf die Schaftseite aufgeschweißt (beispielsweise im Laserschweißverfahren) und aus dem aufgeschweißten Werkstoff dann ein Zahnelement gebildet werden (beispielsweise durch Spitzschleifen). An Stelle des Auftragsschweißens kann der härtere Werkstoff auch durch lokales Bespritzen oder sonstiges Auftragen (beispielsweise Flamm-, Hochgeschwindigkeits-, Lichtbogen-, Detonations-, Laser-, Schmelzbad-, Induktions-, oder Plasmaspritzverfahren) auf die Schaftseite aufgebracht werden. Auch ist es möglich, Zahnelemente aus Mineralien, beispielsweise Kohlenstoff/Diamant oder Korund/Saphir zu bilden und auf der Schaftseite des Kopfes des Befestigungsmittels anzubringen, oder lokal auf der Schaftseite des Befestigungsmittels vorhandene Zahnelemente mit solchen Materialien zu beschichten. Der Begriff „lokal“ bezeichnet dabei, dass die Beschichtung ausschließlich auf das Zahnelement und nicht auf andere Bereiche des Befestigungsmittels erfolgt.
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Ebenso ist es möglich, Zahnelemente aus einem vergleichsweise (zum Werkstoff des Befestigungsmittels) härteren Werkstoff separat herzustellen und diese Zahnelemente dann in die Schaftseite des Kopfes des Befestigungsmittels einzusetzen (beispielsweise einzupressen) oder daran zu anzusetzen bzw. zu befestigen (beispielsweise durch Kleben an die Schaftseite des Kopfes, mittels Formschlussverbindungen zwischen Zahnelement und Schaftseite des Kopfes, oder durch Anschweißen an die Schaftseite des Kopfes, beispielsweise mittels Widerstandsschweißen).
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Schließlich können Zahnelemente aus dem gleichen Werkstoff, wie der Rest des Befestigungsmittels, gezielt und lokal gegenüber dem Bereich eines Befestigungsmittels außerhalb eines Zahnelementes gehärtet werden, beispielsweise im Wege einer Gefügeänderungen durch Lösungsglühen mittels lokaler Induktion, Belaserung, oder Elektronenbestrahlung mit anschließendem Abschrecken und Auslagern. Auch ist es möglich, ebenso gezielt und lokal Zahnelemente mit einer harten Oberflächenschicht zu versehen, beispielsweise mittels Aufkohlen, Nitrieren, Nitrocarburieren, Carbonitrieren, Borieren, Verchromen, Vernickeln, etc. Der Begriff „lokal“ bezeichnet dabei, dass die Behandlung oder Beschichtung ausschließlich auf das Zahnelement bezogen ist und nicht in anderen Bereichen des Befestigungsmittels erfolgt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Figuren näher erläutert. Es zeigen
- 1: einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Befestigungsmittelsystem,
- 2: eine Aufsicht auf die Schaftseite einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Befestigungsmittels, und
- 3: eine Aufsicht auf die Schaftseite einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Befestigungsmittels.
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In der 1 erkennt man schematisch ein erfindungsgemäßes Befestigungsmittelsystem. Diese weist ein Trägerelement 1 auf, welches im Wesentlichen C-förmig mit einem Boden 2 und zwei an den Boden seitlich angeschlossen Schenkeln 3, 4 in einem Schenkelabstand S ausgebildet ist. Im dargestellten Querschnitt orthogonal zur Längserstreckung des Trägerelementes 1 betrachtet, erkennt man weiter, dass die freien Enden der Schenkel 3, 4 jeweils eine Lippe 5, 6 aufweisen, wobei die Lippen 5, 6 einander zugewandt sind und so einen Schlitz 7 der Breite B, welche kleiner als der Schenkelabstand S ist, bilden.
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Des Weiteren ist in der 1 erkennbar, dass ein Befestigungsmittel 8 eingerichtet ist, welches einen mit einem Gewinde 9 ausgestatteten Schaft 10 und einen Kopf 11 aufweist, wobei der Kopf 11 eine dem Schaft 10 zugewandte Schaftseite 12 und eine dem Schaft 10 abgewandte Kopfseite 13 aufweist. Die Schaftseite 12 steht orthogonal zur Längserstreckung des Schaftes 10. Der Außendurchmesser D des Gewindes 9 ist kleiner oder gleich der Breite B des Schlitzes 7.
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Den 2 und 3 ist in vergleichender Betrachtung mit 1 entnehmbar, dass der Kopf 11 eine Schmaldimension D1 und eine hierzu orthogonale Breitdimension D2, beide orthogonal zur Längserstreckung des Schaftes 10 betrachtet, aufweist. Die Breitdimension D2 ist größer als die Breite B des Schlitzes 7 und die Schmaldimension D1 kleiner oder gleich der Breite B des Schlitzes 7. Dadurch lässt sich der Kopf 11 in den Schlitz 7 einsetzen und dann um ca. 90° drehen, wodurch die äußeren Teile des Kopfes 11 in der Breitdimension D2 dann die Lippen 5, 6 hintergreifen.
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In der 1 ist dieser hintergreifende Zustand ersichtlich und es wird deutlich, dass so der Gegenstand 15 mittels der Mutter 16 über das Befestigungsmittel 8 an dem Trägerelement 1 angebracht und befestigt ist.
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In der Ausführungsform der 2 trägt die Schaftseite 12 des Kopfes 11 zwei Zahnelemente 14. Diese sind parallel zur Breitdimension D2 verlaufend und symmetrisch zueinander und bezüglich des Schaftes 10 einander gegenüberliegend angeordnet. Bei in den Schlitz 7 eingelegtem Kopf 11 des Befestigungsmittels 8 kommen die Zahnelemente 14 mit den freien Enden beider Lippen 5, 6 in Kontakt und bei Zugkraftbeaufschlagung des Schafts 10 drücken die Zahnelemente 14 jeweils eine Kerbe in die Lippen 5, 6.
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In der Ausführungsform der 3 trägt die Schaftseite 12 des Befestigungsmittels 8 vier Zahnelemente 14, wobei alle vier Zahnelemente 14 parallel zur Breitdimension D2 und parallel zueinander verlaufend und symmetrisch einander gegenüberliegend angeordnet gegenüber einer orthogonal zur Breitdimension D2 stehenden Mittenebene M des Schaftes 10 sind.
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Der Werkstoff des Zahnelementes 14 weist eine Härte auf, welche zumindest 110% der Härte des Werkstoffes der Lippe 5, 6 des Trägerelementes 1 beträgt, wobei die Härte des Werkstoffes des Zahnelementes 14 und die Härte des Werkstoffes der Lippe 5, 6 mit dem gleichen Härteprüfverfahren und unter den gleichen Härteprüfbedingungen gemessen sind und der Werkstoff der Zahnelemente 14 weist eine Härte auf, welche zumindest 110% der Härte des Werkstoffes des Kopfes 11 des Befestigungsmittels 8 außerhalb des Bereiches des Zahnelementes 14 beträgt, wobei die Härte des Werkstoffes des Zahnelementes 14 und die Härte des Werkstoffes des Kopfes 11 mit dem gleichen Härteprüfverfahren und unter den gleichen Härteprüfbedingungen gemessen sind.
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Im Ausführungsbeispiel ist das Trägerelement 1 aus Stahl der Güte S235 und das Befestigungsmittel 8 aus einem Stahl der Festigkeit 8.8 gebildet. Die Zahnelemente 14 sind aus Stahl der Härte HV300 (HRC 30) und durch Auftragsschweissen mit anschließendem Spitzschleifen auf die Schaftseite 12 des Befestigungsmittels 8 aufgebracht. Andere und in dem allgemeinen Teil der Beschreibung offenbarte Methoden der Ausbildung härterer Zahnelemente 14 auf einer Schaftseite 12 eines Befestigungsmittels 8 sind alternativ einsetzbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3529345 C2 [0002]
- DE G8523526 [0002]
- DE 202005000146 U1 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Normen EN ISO 6506-1 [0009]
- EN ISO 6506-4 [0009]
- EN ISO 6507-1:2018 [0009]
- EN ISO 6507-4:2018 [0009]
