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Die Erfindung betrifft einen Profilkopplungskörper, mit welchem ein Profilstangensystem untereinander oder mit unterschiedlichem Zubehör verbunden werden kann sowie ein Verfahren zur Kopplung eines Bauteils mit einem Profilteil mittels eines solchen Profilkörpers.
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Der Stand der Technik beschreibt verschiedene Kopplungskörper für Profilsysteme. Die Profilsysteme bestehen vorwiegend aus Aluminium und sind in der Regel als ein stranggepresstes Profil mit Profilnuten in verschiedenen Konturen hergestellt. Die Besonderheit dieser Systeme liegt in der mindestens einmal vorhandenen Profilnut entlang des gesamten Strangs. In diese Nut können verschiedene Elemente eingesetzt werden, die unter anderem zur Kopplung der Profile dienen. So können die Profile zu Tragstrukturen von unterschiedlichen Vorrichtungen oder Maschinen genutzt werden.
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Als Kopplungselemente kommen zumeist Nutensteine mit weiteren Verbindungselementen zum Einsatz. Nutensteine besitzen den Nachteil, dass diese nur die Funktion eines Spannelements ähnlich einer Mutter bereitstellen. So sind diese mit Anlageflächen als Gegenstück zur Profilnut und einem Gewinde ausgebildet. Die Gewindebohrung ist lediglich senkrecht zur Längsachse der Profilnut angeordnet, was nur ein senkrechtes Verspannen der Bauteile zueinander zulässt. Als weiteres Kopplungselement ist aus dem Stand der Technik beispielsweise eine längs in die Profilnut eingeschraubte Hohlschraube bekannt. In die Hohlbohrung kann eine Montageschraube eingesetzt und ein weiteres Bauteil daran festgeschraubt werden. Ein Nachteil dieser Lösung ist, dass die Hohlschraube bei einem Einschrauben ohne Führung dazu neigen zu verkanten. Die so häufig schräg eingesetzte Hohlschraube mindert die Verbindungsqualität der Profile. Ferner besteht die Gefahr, dass sich eingeschraubte Hohlschrauben durch das Festdrehen der Montageschraube lösen. Hierzu ist es bekannt, Hohlschrauben unterschiedlicher Gewindedrehrichtung, also als Rechtsgewinde und als Linksgewinde vorzuhalten, was jedoch mit dem Nachteil zusätzlichen Aufwands verbunden ist. Ebenso sind insgesamt die große Anzahl unterschiedlicher Verbindungselemente und die geringe Funktionstiefe der verschiedenen Verbindungselemente als nachteilig anzusehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen multifunktionalen Profilkopplungskörper bereitzustellen, der die Verbindungsqualität der Profile steigert, unterschiedliche Funktionen bereitstellt, einfach und sicher zu handhaben ist sowie einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Die Aufgabe wird in Bezug auf den Profilkopplungskörper durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale sowie in Bezug auf das Verfahren durch die im Patentanspruch 6 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
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Der erfindungsgemäße Profilkopplungskörper ist zum Verbinden eines Bauteils an einer Stirnseite eines Profilteils ausgebildet.
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Das Profilteil weist entlang zumindest einer Längsseite eine Längsnut mit mindestens einer Hinterschneidung auf. Vorzugsweise handelt es sich um eine T-Nut. Die Längsnut ist von der Stirnseite des Profilteils zugänglich. In diese Längsnut ist eine selbstschneidende Gewindehülse stirnseitig axial eingesetzt. Vorzugsweise ist die selbstschneidende Gewindehülse hierbei eingeschraubt. Die selbstschneidende Gewindehülse ist, betrachtet von der Stirnseite des Profilteils, vor dem erfindungsgemäßen Profilkopplungskörper eingesetzt.
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Die selbstschneidende Gewindehülse weist eine axiale Gewindehülsenbohrung auf. Eine Ankerschraube durchsetzt die selbstschneidende Gewindehülse in der axialen Gewindehülsenbohrung.
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Der erfindungsgemäße Profilkopplungskörper weist eine erste und eine zweite Planfläche, eine Seitenkontur und eine Bohrung auf.
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Die erste und die zweite Planfläche sind im Wesentlichen parallel zueinander ausgebildet. Die erste Planfläche ist als eine Gewindehülsenauflage an einer Gewindehülsenstirnseite ausgebildet und dient einer axialen Kraftübertragung. Dies bedeutet, dass die erste Planfläche an der Gewindehülsenstirnseite anliegt und so formschlüssig axial eine Kraft auf die Gewindehülse überträgt. Der ersten Planfläche gegenüber und somit zugleich von dem zu verbindenden Bauteil abgewandt liegt die zweite Planfläche.
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Die Seitenkontur des Profilkopplungskörpers bezeichnet die Form des sich zwischen den beiden Planflächen erstreckenden Oberflächenabschnitts des Profilkopplungskörpers. Die Seitenkontur ist korrespondierend zu der Innenkontur des Profilteils ausgebildet. Die Passkontur ist minimal ausreichend spielbehaftet ausgelegt, um einerseits zwar ein axiales Verschieben des Profilkopplungskörpers in der profilierten Längsnut zu ermöglichen, aber ein Verkippen oder Verdrehen zu verhindern. Damit ist der Profilkopplungskörper in seinem parallel zur Hauptlängsachse des Profilteils linearen Freiheitsgrad beweglich, in den beiden anderen linearen Freiheitsgraden sowie in den rotatorischen Freiheitsgraden jedoch relativ zu dem Profilkörper festgelegt.
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Die Bohrung ist senkrecht zu den Planflächen und fluchtend zu einer Bohrungsachse der Gewindehülsenbohrung angeordnet. Die Bohrung kann mit oder ohne ein Bohrungsinnengewinde ausgebildet sein. Durch die Bohrung des Profilkopplungskörpers und die anschließende Gewindehülsenbohrung können unterschiedliche runde Verbindungselemente geführt werden, wobei es sich vorzugsweise um einen Gewindebolzen oder eine Verbindungsschraube, nachfolgend auch Ankerschraube genannt, handelt. Eine solche Ankerschraube kann beispielsweise mit ihrem Kopf auf dem Profilkopplungskörper aufliegen und mit ihrem Gewinde in ein zu koppelndes Bauteil eingreifen, wobei dann die Bohrung vorzugsweise ohne ein Innengewinde ausgebildet ist. Umgekehrt kann der Profilkopplungskörper eine Bohrung mit Innengewinde aufweisen, so dass eine Ankerschraube mit ihrem Kopf an dem zu koppelnden Bauteil axial aufliegt.
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Somit ist es möglich, verschiedene Profilteile und Bauteile miteinander in unterschiedlicher Weise zu verbinden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die zweite Planfläche als eine Schraubenkopfauflage eines Ankerschraubenkopfes der Ankerschraube ausgebildet.
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Die Zugkraft der Ankerschraube wird so an der zweiten Planfläche an einer Schraubenkopfauflagefläche zunächst flächig auf den Profilkopplungskörper und dann mittelbar an der ersten Planfläche flächig von dem Profilkopplungskörpers auf die Gewindehülse an deren Gewindehülsenstirnseite übertragen. Vorzugsweise weist die Bohrung in dieser Weiterbildung kein Bohrungsinnengewinde auf. Alternativ kann diese ein Bohrungsinnengewinde mit einem größeren Durchmesser aufweisen, so dass dieses nicht mit der Ankerschraube im Eingriff steht.
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Ein besonderer Vorteil dieser Weiterbildung besteht darin, dass die Ankerschraube an der Auflagefläche ihres Ankerschraubenkopfes bei einem Anziehen zwar zwangsläufig ein Drehmoment auf den Profilkopplungskörper überträgt, dass dieser jedoch erfindungsgemäß verdrehfest in der Längsnut angeordnet ist. Das Drehmoment wird sicher auf das Profilteil abgeführt und überträgt sich nicht auf die eingeschraubte Gewindehülse. Die Gewindehülse wird ausschließlich axial belastet und die nach dem Stand der Technik bestehende Gefahr des Verdrehens der Gewindehülse wird zuverlässig überwunden. Der erfindungsgemäße Profilkopplungskörper bewirkt somit eine Entkopplung der Gewindehülse von einem Drehmoment. Die bei einem Festziehen der Ankerschraube übertragenen Kräfte werden durch den Profilkopplungskörper in ihre Komponenten aufgeteilt, so dass die axiale Kraft ausschließlich durch die Gewindehülse und das Drehmoment ausschließlich durch den Profilkopplungskörper aufgenommen wird. Vorteilhaft kann so erreicht werden, dass es für die zuverlässige Herstellung einer solchen Verbindung nicht mehr erforderlich ist, Gewindehülsen in Rechts- und Linksgewinde vorzuhalten. Zugleich werden Anwendungsfehler durch ein Verwechseln von Rechts- und Linksgewinde überwunden.
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Zudem besteht der Vorteil, dass der Durchmesser der Gewindehülsenbohrung nicht exakt an den Ankerschraubenkopf angepasst sein muss. Ferner bestehen geringere Anforderungen an die Form der axialen Auflagefläche der Gewindehülse am Austritt der Gewindehülsenbohrung. Es muss lediglich ein Durchmesser vorliegen, der das Durchführen der Ankerschraube ermöglicht. Durch einen geeigneten Durchmesser der Bohrung des Profilkopplungskörpers kann eine ausreichend breite Auflagefläche für den Ankerschraubenkopf bereitgestellt werden. Es können so zudem höhere Kräfte über die Verbindung übertragen werden. Insbesondere liegt der Ankerschraubenkopf flächiger und senkrecht zu der Bohrung auf. So wird eine Biegebelastung auf die Ankerschraube verringert.
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Gemäß einer nächsten vorteilhaften Weiterbildung weist die Bohrung ein Bohrungsinnengewinde auf. Dies ist ausgebildet, ein Ankerschraubenaußengewinde der Ankerschraube aufzunehmen.
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Die Zugkraft der Ankerschraube wird so über den Eingriff von deren Ankerschraubenaußengewinde mit dem Bohrungsinnengewinde zunächst auf den Profilkopplungskörper und dann mittelbar an der ersten Planfläche flächig von dem Profilkopplungskörpers auf die Gewindehülse an deren Gewindehülsenstirnseite übertragen. Der Ankerschraubenkopf trägt dann das zu befestigende Bauteil. Die Ankerschraube kann optional auch als Gewindestab ausgebildet sein, so dass hieran befestigte andere Befestigungsmittel wie eine Schraubenmutter die Funktion des Ankerschraubenkopfes übernehmen.
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Wie bei der ersten Weiterbildung gilt auch hier, dass das Drehmoment, das bei dem Anziehen der Ankerschraube auf den Profilkopplungskörper übertragen wird, über die Seitenkontur des Profilkopplungskörpers auf das Profilteil an dessen Innenkontur der Längsnut abgetragen wird. Auch hier wird die Gewindehülse ausschließlich mit einer axialen Kraft beaufschlagt. Weiterhin gelten alle weiteren zu der ersten Weiterbildung beschriebenen Wirkungen und Vorteile in gleicher Weise.
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Besonders bevorzugt kann das Profilteil ein Bohrungsinnengewinde aufweisen, wobei dessen Größe so gewählt wird, dass dieses in gleicher Ausbildung zugleich der ersten und der zweiten Weiterbildung entspricht. Hierbei wird mittels einer Ankerschraube mit einem kleineren Schaftdurchmesser die Ankerschraube gemäß der ersten Weiterbildung montiert, so dass die axiale Kraft über den auf der zweiten Planfläche aufliegenden Ankerschraubenkopf übertragen wird und mittels einer Ankerschraube mit einem Ankerschraubenaußengewinde mit zu dem Bohrungsinnengewinde passenden größeren Gewindedurchmesser die axiale Kraft über das Bohrungsinnengewinde auf den Profilkopplungskörper übertragen.
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Entsprechend einer nächsten vorteilhaften Weiterbildung weist die Längsnut des Profilteils eine Überkragung auf, an deren Stirnende eine Hinterschneidungsfläche ausgebildet ist. Hierbei weist die Seitenkontur des Profilkopplungskörpers eine Stützschulter auf, die quer zu einer Längsachse der Längsnut die Überkragung formschlüssig stützt.
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Die Überkragung stellt eine Weiterbildung einer einfachen T-Nut dar und ermöglicht zusätzliche Optionen der Nutzung der T-Nut. Bei einem Einschrauben der Gewindehülse presst deren Gewinde gegen die Überkragung, so dass diese quer zu deren Längsachse stark belastet ist und sich als Nachteil des Standes der Technik seitlich verformen kann.
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Mittels eines Profilkopplungskörpers in der Weiterbildung mit einer Stützschulter wird die Überkragung vorteilhaft quer zur Längsachse formschlüssig umfasst und so vorteilhaft eine Verformung verhindert. Hierfür wird bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Profilkopplungskörper in die Längsnut eingesetzt und nachfolgend die Gewindehülse eingeschraubt. Bei dem Einschrauben schiebt die Gewindehülse den Profilkopplungskörper unmittelbar vor sich her, wodurch die Überkragung durch den Profilkopplungskörper seitlich gestützt und deren Verformung verhindert wird.
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Gemäß einer nächsten vorteilhaften Weiterbildung ist der Abstand der Planflächen zueinander nicht größer als der Abstand der Hinterschneidungsflächen der Längsnut zu einem Nutengrund der Längsnut.
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Die Bohrung weist hierbei ein Bohrungsinnengewinde auf. Der Profilkopplungskörper ist ausgebildet, mit der Bohrung senkrecht zu dem Nutengrund in der Längsnut angeordnet zu sein. So angeordnet kann der Profilkopplungskörper anstelle eines Nutensteins eingesetzt werden.
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Vorteilhaft wird mit dem Profilkopplungskörper in dessen Grundvarianten und in den verschiedenen Weiterbildungen eine Lösung bereitgestellt, bei der mittels eines geometrisch und fertigungstechnisch einfachen Bauteils mehrere Kopplungsfunktionen zugleich ermöglicht werden. Zudem wird vorteilhaft die Qualität und Belastbarkeit von Kopplungen eines Bauteils an einem Profilteil erhöht. Zudem wird die Gefahr von Ausführungsfehlern bei dem Herstellen von derartigen Kopplungen reduziert.
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Das Verfahren zur Kopplung eines Bauteils mit einem Profilteil betrifft ein Profilteil gemäß dem unabhängigen Anspruch 1, welches entlang zumindest einer Längsseite eine Längsnut mit mindestens einer Hinterschneidung aufweist. Die Längsnut ist von der Stirnseite des Profilteils zugänglich. Darin ist eine selbstschneidende Gewindehülse eingesetzt. Diese befindet sich stirnseitig axial vor dem Profilkopplungskörper, der nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet ist. Eine Ankerschraube durchsetzt die selbstschneidende Gewindehülse in einer axialen Gewindehülsenbohrung.
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Das Verfahren weist folgende zwei Verfahrensschritte auf:
- Zuerst wird im Verfahrensschritt a) der Profilkopplungskörper stirnseitig, axial in die Längsnut eingeschoben.
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Danach wird im Verfahrensschritt b) die Gewindehülse stirnseitig axial eingeschraubt.
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Gemäß dem Verfahren wird somit von der Stirnseite des Profilteils her betrachtet der Profilkopplungskörper axial hinter der Gewindehülse angeordnet und durch diese eingeschlossen. Der Profilkopplungskörper wird somit axial einseitig in Richtung zu der Stirnseite formschlüssig festgelegt.
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Nach diesen beiden Verfahrensschritten kann die Ankerschraube je nach Variante entweder proximal, also aus Richtung der Stirnseite, durch die Gewindehülsenbohrung in ein Bohrungsinnengewinde des Profilkörpers eingesetzt oder distal, also in Richtung der Stirnseite, durch die Bohrung des Profilkörpers und nachfolgend durch die Gewindehülsenbohrung eingesetzt werden.
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Gemäß dem Verfahren im vorhergehenden Anspruch erfolgt im Verfahrensschritt b) das Einschrauben der Gewindehülse mit einem Innenschraubenschlüssel (beispielsweise einem Innensechskant oder Innensechsrund).
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Der Innenschraubenschlüssel weist hierbei einen axial über einen Formabschnitt herausgeführten Führungsdorn auf. Bei dem Einschrauben der Gewindehülse im Verfahrensschritt b) erfolgt ein Einsetzen des Führungsdorns in die Bohrung des Profilkopplungskörpers, welche ein radiales Führen des Innenschraubenschlüssels bewirkt. Durch die radiale Führung des Innenschraubenschlüssels wird mittelbar auch die Gewindehülse bei deren Einschrauben in der Längsnut geführt. Dadurch wird ein achsengerechtes Einschrauben der Gewindehülse sichergestellt. Der Anwender muss daher weniger Aufwand für die achsengerechte Ausrichtung der Gewindehülse bei deren Einschrauben betreiben, was einen Zeitvorteil bei der Montage bedeutet. Auch ist die Wiederholbarkeit des Einschraubverfahrens verbessert.
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Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens folgt nach dem Verfahrensschritt b) ein weiterer Verfahrensschritt c1).
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Im Verfahrensschritt c1) wird ein Einschrauben der Ankerschraube durchgeführt. In dieser Weiterbildung des Verfahrens ist der Profilkopplungskörper nach Anspruch 2 ausgebildet. Die Ankerschraube wird dabei distal, also zuerst durch den Profilkopplungskörper und dann durch die Gewindehülse geführt. Das Ankerschraubengewinde greift dazu in ein Innengewinde des Bauteils. Der Ankerschraubenkopf überträgt axial formschlüssig eine Kraft auf die Schraubenkopfauflage.
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Entsprechend einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens folgt nach dem Verfahrensschritt b) ein weiterer Verfahrensschritt c2).
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Im Verfahrensschritt c2) erfolgt eine zu Verfahrensschritt c1) alternative Variante des Einschraubens der Ankerschraube.
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In dieser Weiterbildung ist der Profilkopplungskörper nach Anspruch 3 ausgebildet. Hierfür wird die Ankerschraube proximal durch die Gewindehülse geführt und greift mit dem Ankerschraubenaußengewinde in das Bohrungsinnengewinde des Profilkopplungskörpers ein. So überträgt der Ankerschraubenkopf axial formschlüssig eine Kraft auf das Bauteil.
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Die Verfahrensschritte c1) und c2) sind jeweils Alternativen zueinander. So folgt nach dem Verfahrensschritt entweder der Verfahrensschritt c1) oder c2), als Alternative zum benötigten Montagevorgang.
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Die Erfindung wird in Bezug auf den Profilkopplungskörper als Ausführungsbeispiel anhand von
- 1 Schrägansicht des Profilkopplungskörpers gemäß Anspruch 1 und 2
- 2 Schrägansicht des Profilkopplungskörpers gemäß Anspruch 3
- 3 Schrägansicht zweier montierter Profilteile mit Profilkopplungskörper gemäß Anspruch 1 und 2, Gewindehülse, Ankerschraube und Gewindeteil
- 4 Schrägansicht eines montierten Profilteils mit einem Bauteil und als Verbindungselemente der Profilkopplungskörper gemäß Anspruch 3, Gewindehülse und Ankerschraube
- 5 Schnittdarstellung eines Profilteils mit in der Längsnut platziertem Profilkopplungskörper
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näher erläutert. Ferner wird anhand von 3 und 4 das erfindungsgemäße Verfahren in zwei Ausführungsbeispielen erläutert.
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1 zeigt den Profilkopplungskörper 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel in der Variante nach Anspruch 2. Der Profilkopplungskörper hat eine prismatische Grundform. Wie in der Schrägansicht zu sehen, sind die erste Planfläche 11 und die zweite Planfläche 12 vorliegend deckungsgleich. Diese werden durch die Bohrung 15 zentral und senkrecht durchdrungen. Die Seitenkontur 14 besteht aus mehreren Abschnitten, wie insbesondere der Stützschulter 22 und weiteren Formabschnitten, die zur Führung oder Abstützung in die Innenkontur 25 der Längsnut 5 des Profilteils 3 eingreifen.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Profilkopplungskörpers 1 in einer Schrägansicht. Die Bohrung 15 ist hierbei entsprechend der Variante des Anspruchs 3 mit einem Bohrungsinnengewinde 17 versehen.
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3 zeigt in einer Schrägansicht den Profilkopplungskörper 1 in einer Verbindungsanordnung zur Verbindung des Profilteils 3 in der Variante nach Anspruch 9 mit einem Bauteil, welches als ein weiteres Profilteil 27 vorliegt. Hierzu wird von der Stirnseite 7 aus der Profilkopplungskörper 1, hier mit Bohrung 15, in die Längsnut 5 des Profilteils 3 eingeschoben. Danach wird die Gewindehülse 8 mithilfe eines Innenschraubenschlüssels eingeschraubt, dessen eingestecktes Ende in der Bohrung 15 des Profilkopplungskörpers 1 geführt wird. Danach wird die Ankerschraube 9 in die Längsnut 5 des Profilteils 3 eingesteckt und mit einem Gewindestück 26, hier vorliegend als ein Nutenstein, eines weiteren Profilteils 27 verschraubt. Gleichzeitig bildet der Profilkopplungskörper 1 die Auflagefläche für den Ankerschraubenkopf 16.
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4 zeigt in einer Schrägansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer Verbindungsanordnung, bei der das Profilteil 3 mit einem Bauteil 2 gefügt wird. Diese Variante entspricht der Weiterbildung in Anspruch 9. Hierbei ist der Profilkopplungskörper 1 mit einen Bohrungsinnengewinde 17 ausgebildet. Dabei wird zuerst der Profilkopplungskörper 1 in die Längsnut 5 des Profilteils 3 eingeschoben. Danach wird die Gewindehülse 8 eingeschraubt. Anschließend wird das zu befestigende Bauteil 2 in Position gebracht und eine Ankerschraube durch dessen Bohrung und durch die Gewindehülsenbohrung 10 geführt. Zum Schluss wird die Ankerschraube 9 im Bohrungsinnengewinde 17 des Profilkopplungskörpers 1 verschraubt und die Kopplungspartner werden so zugfest und formschlüssig verbunden.
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5 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung den in einem Profilteil 3 eingesetzten Profilkopplungskörper 1. Dargestellt ist der Profilkopplungskörper 1 mit einer Bohrung 15 ohne Bohrungsinnengewinde. Der Profilkopplungskörper 1 ist in der Längsnut 5 passgenau platziert. Als Führungselemente für die definierte Position dienen seitens des Profilteils 3 die Hinterschneidung 6, die Überkragung 19, die Hinterschneidungsfläche 20 und der Nutengrund 23 sowie seitens des Profilkopplungskörpers die Seitenkontur 14 mit der Stützschulter 22. So formschlüssig umfasst werden alle Freiheitsgrade, bis auf die translatorisch, axiale Verschiebung in der Längsnut 5, gebunden. Der Profilkopplungskörper 1 erfüllt so die Funktion eines Fügeteils zum präzisen Montieren von Profilteilen an verschiedenen Bauteilen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Profilkopplungskörper
- 2
- Bauteil
- 3
- Profilteil
- 4
- Längsseite
- 5
- Längsnut
- 6
- Hinterschneidung
- 7
- Stirnseite
- 8
- Gewindehülse
- 9
- Ankerschraube
- 10
- Gewindehülsenbohrung
- 11
- erste Planfläche
- 12
- zweite Planfläche
- 13
- Gewindehülsenstirnseite
- 14
- Seitenkontur
- 15
- Bohrung
- 16
- Ankerschraubenkopf
- 17
- Bohrungsinnengewinde
- 18
- Ankerschraubenaußengewinde
- 19
- Überkragung
- 20
- Hinterschneidungsfläche
- 21
- Gewindehülsenauflage
- 22
- Stützschulter
- 23
- Nutengrund
- 24
- Längsprofil
- 25
- Innenkontur
- 26
- Gewindestück
- 27
- zweites Profilteil
