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Die Erfindung betrifft eine Mutter
mit wenigstens einem Abschnitt für
den Angriff eines Werkzeuges, der mit der Mutter durch eine Sollbruchstelle
verbunden ist.
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Eine aus der AT 362 963 bekannte
Mutter dieser Art hat zwei jeweils einen Werkzeugangriff aufweisende
axiale Abschnitte, zwischen denen eine Sollbruchstelle vorgesehen
ist. Beide Abschnitte sind mit einem äußeren Überzug versehen, an welchem ein
Lösen oder
ein versuchtes Lösen
der Mutter nachweisbar ist. Das Einsatzgebiet dieser Mutter sind
z.B. elektrische Geräte,
an denen zumindest während
der Garantiezeit – nicht
für den
Hersteller unbemerkt – manipuliert
werden soll. Bemerkenswert an der bekannten Mutter ist, dass sie
auf einfache Weise und ohne den aufwendigen Einsatz von Drehmomentschlüsseln montierbar
ist, da die Sollbruchstelle so ausgelegt ist, dass bei Erreichen
eines bestimmten Drehmoments der von dem Eindrehwerkzeug erfasste
Abschnitt abbricht. Der andere Abschnitt bleibt dann an dem Gerät mit makelloser
Beschichtung zurück,
an der jede spätere
Manipulation sichtbar bleibt.
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Die Mutter, mit der sich die Erfindung
befasst, wird zwar wie die bekannte Mutter auch drehmomentabhängig gesetzt,
dient aber einem anderen Zweck, nämlich zur Herstellung von hochfesten Schraubenverbindungen,
die drehmomentabhängig gesetzt
werden müssen.
Solche Schraubenverbindungen finden Einsatz im Hochbau, Stahlbau, LKW-Bau,
Stahlbrückenbau
und dgl. Kennzeichnend für
solche hochfesten Schraubenverbindungen ist, dass Schraube und Mutter
nur einmal eingesetzt werden dürfen.
Bei solchen Schraubenverbindungen wird nämlich zum Festlegen einer definierten
Vorspannung die Mutter immer mit einem maximalen Anziehdrehmoment
angezogen. Schraube und Mutter dürfen
nach dem Lösen
einer solchen Schraubenverbindung nicht für eine hochfeste Verschraubung
wiederverwendet werden. Beispielsweise im LKW-Bau besteht heute
die Tendenz, Querträger
des Chassis von einem Zulieferer produzieren zu lassen. Der Einbau
der Querträger
erfolgt dann bei dem LKW-Hersteller unter Einsatz von hochfesten
Schraubenverbindungen der vorgenannten Art. Das Herstellen von solchen
hochfesten Schraubenverbindungen ist aufwendig, weil dafür Drehmomentschlüssel erforderlich sind,
die von der Bedienungsperson je nach Bedarf auf ein bestimmtes Drehmoment
eingestellt werden müssen.
Das erschwert den Einsatz von ungelernten Kräften und bietet nicht die Gewähr, dass
das zutreffende Drehmoment tatsächlich
auch eingestellt und bei dem Herstellen der Schraubenverbindung
auch tatsächlich
erzeugt worden ist. Es sind daher zumindest stichprobenweise Kontrollen
der hergestellten Schraubenverbindungen erforderlich.
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Zur Überwindung dieser Probleme
gibt es im Stand der Technik bereits Lösungen, bei denen zum Herstellen
von Schraubenverbindungen spezielle Werkzeuge eingesetzt werden,
die einen an dem freien Ende der Schraube zusätzlich vorgesehenen und durch
eine Sollbruchstelle mit der Schraube verbundenen Schaftteil bei
dem Erreichen eines vorbestimmten maximalen Drehmoments, mit dem
die Schraubenverbindung angezogen werden soll, einfach von der Schraube
abtrennen. Dafür
ist ein aufwendiges Mutteranziehwerkzeug erforderlich, wie es z.B.
aus der
US 2,928,302 bekannt
ist. Das Werkzeug hat zwei gegeneinander verdrehbare Antriebsteile,
mit denen es den abtrennbaren Schaftteil der Schraube bzw. die Mutter
erfasst. Die beiden Antriebsteile sind durch ein Differenzialgetriebe
miteinander verbunden. Bei dem Anziehen der Mutter übt das Werkzeug
ein Drehmoment in entgegengesetzten Richtungen auf den abtrennbaren
Schaftteil der Schraube und auf die Mutter aus. Der abtrennbare Schaftteil
der Schraube liefert die Gegenkraft für den Antriebsteil, der mit
der Mutter in Eingriff ist. Wenn diese Reaktionskraft einen vorbestimmten
Wert erreicht, der dem vorbestimmten Anziehdrehmoment entspricht,
wird der abtrennbare Schaftteil von der Schraube abgeschert. Dieses
bekannte Werkzeug bietet für
die Bedienungsperson den Vorteil, dass sie selbst keine Gegenkraft
aufzubringen braucht, da die Gegenkraft von der Schraube selbst
geliefert wird, an deren abbrechbarem Teil das Werkzeug angreift. Nachteilig
ist, dass ein solches Werkzeug sehr aufwendig ist und dass speziell
ausgebildete Schrauben erforderlich sind, die ein spezielles Herstellungsverfahren
erfordern. Wenn der abbrechbare Schaftteil der Schraube nicht ebenfalls
mit Gewinde versehen ist, sondern mit einer Längsriffelung oder mit Planflächen, sind
für das
Herstellen des abbrechbaren Teils gegenüber dem Herstellen einer üblichen
Schraube zusätzliche
Maßnahmen
erforderlich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Mutter der eingangs genannten Art so auszubilden, dass sich hochfeste
Schraubenverbindungen wesentlich einfacher herstellen lassen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer
Mutter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der oder jeder Abschnitt
ein an der Mutter axial und/oder radial vorspringender stift- oder
rippenartiger Abschnitt ist.
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Die Mutter nach der Erfindung ermöglicht das
Herstellen einer Schraubenverbindung mit einem vorbestimmten Anziehdrehmoment,
da wie üblich
die Sollbruchstelle so ausgelegt ist, dass der mit der Mutter durch
die Sollbruchstelle verbundene Abschnitt bei dem Erreichen dieses
Anziehdrehmoments abgeschert wird. Weiter ermöglicht der Aufbau der Mutter nach
der Erfindung, auf einen abbrechbaren Gegenhalter an der Schraube
und an dem Mutteranziehwerkzeug zu verzichten. Der axial und/oder
radial vorspringende stift- oder rippenartige Abschnitt an der Mutter
ermöglicht
es, die Mutter mit einem handelsüblichen
Tangentialschlagschrauber auf die Schraube zu drehen und schließlich so
fest anzuziehen, daß das
vorbestimmte maximale Anziehdrehmoment erreicht und der vorspringende
Abschnitt an der Sollbruchstelle abgeschert wird. Der Tangentialschlagschrauber
kann dabei ein elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch angetriebener
Schrauber sein, wie er beispielsweise in KFZ-Werkstätten zum Befestigen
und Lösen
von Radbolzen oder Radmuttern verwendet wird. Für den Einsatz bei der Mutter nach
der Erfindung braucht ein solcher Tangentialschlagschrauber keine
Einrichtung zum Einstellen des Anziehdrehmoments zu haben. Es reicht,
wenn der Schlagschrauber kräftig
genug ist, um alle bei der Mutter nach der Erfindung in Frage kommenden
maximalen Anziehdrehmomente aufbringen zu können. Sobald das betreffende
maximale Anziehdrehmoment bei dem Anziehvorgang erreicht wird, wird
der an der Mutter vorspringende Abschnitt ohnehin abgebrochen, so
daß es
unerheblich ist, um wieviel das mit dem Tangentialschlagschrauber
ausübbare
Anziehdrehmoment das für
die Mutter aufzubringende maximale Anziehdrehmoment tatsächlich übersteigt. Der
Tangentialschlagschrauber braucht auch keine Einrichtung zum drehmomentabhängigen Abschalten
aufzuweisen. Der Schlagschrauber selbst oder eine Nuss desselben
muss komplementär
zu dem stift- oder rippenartigen Abschnitt ausgebildet sein. Zum
Herstellen einer hochfesten Schraubenverbindung, z.B. zwischen zwei
plattenförmigen
Werkstücken
aus Stahl, braucht lediglich die Mutter nach der Erfindung auf die
Schraube aufgeschraubt zu werden. Sobald die Mutter nach der Erfindung
an einem der zu verbindenden Werkstücke anschlägt, wird schlagartig das Abscherdrehmoment
für den
stift- oder rippenartigen Abschnitt an der Mutter erreicht und dieser
abgeschert. Die Mutter nach der Erfindung könnte auch mit einem Handwerkzeug
aufgeschraubt und angezogen werden. Dieses müßte einen entsprechend langen
Hebel arm haben, damit das maximale Anziehdrehmoment erreicht werden kann.
Zweckmäßiger wird
aber ein Tangentialschlagschrauber verwendet, bei dessen Einsatz
die Bedienungsperson selbst keine Reaktionskraft aufzubringen braucht.
Die hochfeste Schraubenverbindung wird bei Einsatz der Mutter nach
der Erfindung stets mit dem korrekten Anziehdrehmoment hergestellt. Vorteilhafterweise
kann für
die Herstellung einer solchen Schraubenverbindung eine normale Normschraube
verwendet werden, da für
das Erzielen des gewünschten
Anziehdrehmoments der stift- oder rippenartige Abschnitt an der
Mutter nach der Erfindung ausreichend ist und da die Schraube selbst
von dem Werkzeug her nicht gegengehalten zu werden braucht. Erfindungsgemäß wird dadurch
auch die Fehlerquelle ausgeschaltet, dass eine Bedienungsperson
ein Drehmoment an einem Drehmomentwerkzeug falsch einstellen oder
die Schraubenverbindung mit nicht ausreichendem Anziehdrehmoment
herstellen kann. Der mit der Mutter nach der Erfindung hergestellten
Schraubenverbindung ist nämlich
aufgrund des fehlenden stift- oder rippenartigen Abschnitts ohne
weiteres anzusehen, dass die Verbindung mit dem vorschriftsmäßigen Anziehdrehmoment
hergestellt worden ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung bilden die Gegenstände
der Unteransprüche.
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Wenn in einer Ausgestaltung die Mutter
nach der Erfindung eine Sechskantmutter ist und der oder jeder vorspringende
Abschnitt ein von einer Stirnfläche
der Mutter axial vorspringender Abschnitt oder ein an den Kanten
der Mutter radial nach außen
vorspringender Abschnitt ist, ist nach dem Herstellen der Schraubenverbindung,
also nach dem Abscheren des oder jeden vorspringenden Abschnitts
die Mutter wieder eine normale Sechskantmutter, so dass es möglich ist,
die Schraubenverbindung später
wieder auf einfache Weise zu lösen.
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Wenn in weiterer Ausgestaltung die
Mutter nach der Erfindung eine Zylindermutter ist und der oder jeder
vorspringende Abschnitt ein an dem Umfang der Mutter radial nach
außen
vorspringender Abschnitt ist, ist die Mutter nach dem Herstellen
der Schraubenverbindung, also wenn der oder jeder vorspringende
Abschnitt abgeschert worden ist, ein zylindrisches Teil ohne jeglichen
Werkzeugangriff, was ein späteres
Lösen der
Schraubenverbindung unmöglich
macht oder zumindest beträchtlich
erschwert. Vorteilhafterweise kann je nach dem, ob ein späteres Lösen der
Schraubenverbindung erwünscht oder
unerwünscht
ist, die Mutter als Sechskant- oder Zylindermutter gewählt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen
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die 1a und 1b eine erste Ausführungsform
der Mutter nach der Erfindung im Querschnitt bzw. in Draufsicht,
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die 2a – 2c zwei Beispiele für den Einsatz
der Mutter nach 1,
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die 3a und 3b ein zweites Ausführungsbeispiel
der Mutter nach der Erfindung in Seitenansicht bzw. in Draufsicht,
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die 4a – 4c zwei Beispiele für den Einsatz
der Mutter nach 3, und
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die 5a und 5b ein drittes Ausführungsbeispiel
der Mutter nach der Erfindung in Seitenansicht bzw. in Draufsicht.
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Die 1a und 1b, auf die im Folgenden
Bezug genommen wird, zeigen im Querschnitt bzw. in Draufsicht ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer Mutter nach der Erfindung, die insgesamt mit 10 bezeichnet
ist. Die Mutter 10 ist eine Zylindermutter, die eine Durchgangsbohrung 12 mit
einem Innengewinde 14 und eine im Wesentlichen glatte Mantelfläche 16 aufweist.
An dem in 1a oberen
Rand weist die Mutter Abschnitte 18 für den Angriff eines Werkzeuges (nicht
dargestellt) auf, die jeweils durch eine Sollbruchstelle 20 mit
dem Körper
der Mutter 10 verbunden sind. Bei dem in den 1a und 1b dargestellten ersten Ausführungsbeispiel
der Mutter 10 bestehen die Abschnitte 18 jeweils
aus einem radial vorspringenden stiftartigen Abschnitt. In 1b ist zu erkennen, dass
bei diesem Ausführungsbeispiel
jeweils zwei radial vorspringende Abschnitte 18 diametral einander
gegenüberliegend
angeordnet sind und dass die Paare diametraler Abschnitte gegenseitig einen
Winkel von 45° einschließen. Die
Sollbruchstellen 20 sind so bemessen, dass die acht radial
vorragenden stiftartigen Abschnitte bei dem Anziehen der Mutter
mittels eines von Hand oder motorisch betriebenen Montagewerkzeuges,
vorzugsweise eines Tangentialschlagschraubers, genau dann abgeschert werden,
wenn ein vorbestimmtes maximales Anziehdrehmoment, mit welchem die
Mutter auf einer in den 2a – 2c dargestellten Schraube 24 zur
Herstellung einer hochfesten Schraubenverbindung angezogen werden
soll, erreicht wird.
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Die 2a – 2c zeigen zwei Beispiele
für den
Einsatz der Mutter 10. 2a zeigt
den Ausgangszustand zur Herstellung einer hochfesten Schraubenverbindung
zwischen zwei plattenförmigen
Stahlteilen 22 und 23. Die Schraube 24 ist
durch zwei fluchtende Bohrungen 25, 26 hindurchgeführt worden.
Die Mutter 10 ist auf die Schraube 24 ein Stück weit
aufgeschraubt worden. Zwischen der Mutter 10 und einem
Kopf 27 der Schraube 24 ist jeweils eine metallische
Unterlegscheibe 28 bzw. 29 angeordnet. Mit einem
nicht dargestellten Montagewerkzeug, das oder dessen Nuss eine zu
dem oberen Rand der Mutter 10 komplementäre Form
hat, so dass es die Mutter 10 an den radial vorspringenden Abschnitten 18 formschlüssig erfassen
kann, wird auf eine Stirnfläche 11 der
Mutter 10 aufgesetzt und dann eingeschaltet. Die Mutter 10 wird
so weit auf die Schraube 24 aufgeschraubt, bis die Stahlteile 22, 23 fest
aneinander liegen. Sobald ein vorbestimmtes Anziehdrehmoment erreicht
wird, für
das die Sollbruchstellen der Abschnitte 18 an der Mutter 10 ausgelegt
sind, werden diese Abschnitte abgeschert. Das Montagewerkzeug kann
dann im Leerlauf weiterdrehen oder abschalten, was für die Wirkungsweise
der Mutter 10 unwesentlich ist. 2b zeigt die fertig hergestellte Schraubenverbindung,
bei der die vorspringenden Abschnitte 18 nicht mehr vorhanden sind.
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2c zeigt
den Einsatz der Mutter 10 zum Herstellen einer hochfesten Schraubenverbindung zwischen
zwei plattenförmigen
Stahlteilen 22', 23', die dünner sind
als die Stahlteile 22 bzw. 23. Gezeigt ist dabei
wie in 2b die fertige
hochfeste Schraubenverbindung. Auch in 2c ist an dem Fehlen der vorspringenden
Abschnitte 18 zu erkennen, dass die Mutter 10 bis
zu dem vorbestimmten maximalen Anziehdrehmoment angezogen worden
ist, bei dessen Erreichen die Abschnitte 18 dann abgeschert worden
sind.
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Die 3a und 3b zeigen in Seitenansicht bzw.
Draufsicht ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Mutter nach der Erfindung, die insgesamt mit 30 bezeichnet
ist. Dabei sind gleiche Teile wie in den 1a und 1b mit
gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Die Mutter 30 hat zwei
rippenartige Abschnitte 38 für den Angriff eines Werkzeuges,
die von einer Stirnfläche 32 der
Mutter axial vorspringen. Die Abschnitte 38 sind im Bereich
der Stirnfläche 32 jeweils
durch eine Sollbruchstelle 40 mit dem Körper der Mutter 30 verbunden.
Die Mutter 30 ist eine Sechskantmutter, die innen so wie
die Mutter 10 mit einer Durchgangsbohrung 12 und
einem Innengewinde 14 versehen ist. Die sechs Kanten der
Mutter 30 sind mit 52 bezeichnet. Ein Montagewerkzeug
(nicht dargestellt) ist auf seiner der Stirnfläche 32 zugewandten
Seite mit komplementären
Ausnehmungen für
die Abschnitte 38 versehen. Dafür kann das Montagewerkzeug,
das vorzugsweise ein Tangentialschlagschrauber ist, eine Nuss aufweisen,
die so ausgebildet ist, dass sie nicht nur die Abschnitte 38 formschlüssig aufnehmen kann,
sondern dass sie auch denjenigen Teil der Schraube 24 mit
Spiel in sich aufnehmen kann, der bei fertig hergestellter Schraubenverbindung
gemäß den 2b und 2c oder 4b und 4c über die Mutter 10 bzw. 30 nach
oben übersteht.
Bei dem in den 3a und 3b gezeigten Ausführungsbeispiel
wird die Nuss lediglich auf die Stirnfläche 32 aufgesetzt,
so dass das Werkzeug nach dem Herstellen der Schraubenverbindung
im Leerlauf weiterdrehen kann. Die Mutter 30 ist eine Sechskantmutter,
die sich nach dem Abscheren der Abschnitte 38 in nichts
von einer herkömmlichen
Sechskantmutter unterscheidet. Sie ermöglicht gegenüber dem
ersten Ausführungsbeispiel,
dass die Schraubenverbindung bei Bedarf auf einfache Weise mit Hilfe
eines Schraubenschlüssels od.
dgl. wieder gelöst
werden kann.
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Die 4a – 4c zeigen den Einsatz der
Mutter 30 zum Herstellen einer hochfesten Schraubenverbindung zwischen
zwei plattenförmigen
Stahlteilen. Gleiche Teile wie in den 2a – 2c sind mit gleichen Bezugszahlen
versehen. Da sich der Einsatz der Mutter 30 von dem Einsatz
der Mutter 10 nur durch das mit Rücksicht auf die rippenartigen
Abschnitte 38 anders ausgebildete Montagewerkzeug unterscheidet,
wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung zu den 2a – 2c verwiesen.
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Die 5a und 5b zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel
einer Mutter nach der Erfindung, die insgesamt mit 50 bezeichnet
ist. Die Mutter 50 ist eine Sechskantmutter mit Kanten 52.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
springen zwei rippenartige Abschnitte 58 von zwei Kanten 52 der
Mutter radial nach außen
vor. Die rippenartigen Abschnitte 58 sind mit dem Körper der
Mutter 50 jeweils durch eine Sollbruchstelle 60 verbunden.
Die Sollbruchstelle kann durch den Querschnitt oder durch eine Querschnittsschwächung der
rippenartigen Abschnitte 58 auf das vorbestimmte maximale
Anziehdrehmoment abgestimmt werden. Die Nuss des Montagewerkzeuges
wird auf der einer Stirnfläche 62 der
Mutter 50 zugewandten Seite eine Aufnahmebohrung haben,
deren Durchmesser wenigstens so groß ist wie der Durchmesser eines
Umkreises der Mutter 50, auf dem die sechs Kanten 52 liegen.
Zusätzlich
dazu wird die Aufnahmebohrung des Werkzeuges zwei Ausnehmungen zum
formschlüssigen
Aufnehmen der rippenartigen Abschnitte 58 haben.
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Die Mutter nach der Erfindung kann
in allen drei Ausführungsbeispielen
zusätzlich
zu radial vorspringenden Abschnitten auch mit axial vorspringenden
Abschnitten, und umgekehrt, versehen sein. In den 1a und 1b ist
das bei dem ersten Ausführungsbeispiel
durch einen von der Stirnfläche 11 der Mutter 10 axial
vorspringenden zusätzlichen
rippenartigen Abschnitt 38',
der gestrichelt dargestellt ist, angedeutet. Ebenso ist ein solcher
axial vorspringender zusätzlicher
rippenartiger Abschnitt 38' in
den 5a und 5b gestrichelt angedeutet.
In den 3a und 3b ist ein an der Mutter
radial vor springender zusätzlicher
rippenartiger Abschnitt 58' gestrichelt
angedeutet. Diese zusätzlichen
Abschnitte sind mit dem Körper
der Mutter jeweils ebenfalls durch eine Sollbruchstelle verbunden.
Auch diese Sollbruchstellen werden so berechnet, dass bei Erreichen
des vorbestimmten maximalen Anziehdrehmomentes alle vorspringenden
Abschnitte an einer Mutter abgeschert werden.
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Die bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
vorgesehenen stiftartigen Vorsprünge
könnten
durch rippenartige Vorsprünge
ersetzt werden, und umgekehrt. Es bräuchte lediglich das Montagewerkzeug
entsprechend angepasst zu werden.
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Mit dem in den Patentansprüchen und
in der Beschreibung verwendeten Begriff „Sollbruchstelle" ist, wie oben bereits
kurz angedeutet, nicht grundsätzlich
eine Querschnittsreduzierung gemeint, an der der vorspringende Abschnitt
abbrechen soll. Vielmehr bleibt bei der Mutter nach der Erfindung
die Breite des Querschnitts des vorspringenden Abschnitts, ungeachtet
dessen, ob dieser stift- oder rippenartig ist, bis zur mutterseitigen
Stirnfläche 11, 32, 62 gleich.
Durch die Breite des Querschnitts wird festgelegt, bei welchem maximalen
Anziehdrehmoment der Abschnitt abbrechen soll. Entsprechendes gilt
auch dann, wenn es sich bei den vorspringenden Abschnitten um radial
vorspringende stift- oder rippenartige Abschnitte handelt. Hingegen
wäre es
bei der Mutter 30 nach den 3a und 3b zweckmäßig, den radikal vorspringenden
rippenartigen Abschnitt 58' dort,
wo er auf die Kante 52 trifft, zum Festlegen der Sollbruchstelle
im Querschnitt zu reduzieren, damit nach dem Abscheren des Abschnitts 58' an der Sollbruchstelle
die Kante 52 zurückbleibt.