DE19535570A1 - Anordnung zur Verbindung von zwei Bauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verbindung von zwei Bauteilen, von denen das eine Bauteil eine Ausnehmung zum Einlegen einer Einlegemutter und einen in die Ausnehmung mündenden Kanal für den Durchtritt einer in die Einlegemutter zur Verbindung der beiden Bauteile eingreifenden Schraube aufweist.

Anordnungen der genannten Art werden unter anderem dort eingesetzt, wo Bauteile miteinander zu verbinden sind, deren Werkstoffe sich zur direkten Einbringung eines Muttergewindes nicht eignen. Dies ist beispielsweise bei Formkörpern aus einem mit Füllstoffen versetzten Kunststoff der Fall. Auch Gußstücke aus einem verhältnismäßig weichen Metall, z. B. einer Aluminiumlegierung, können durch Einlegemuttern vor­ teilhaft mit einem Muttergewinde versehen werden.

Bei der werkstattmäßigen Handhabung von Bauteilen mit Einlegemuttern ergibt sich die Schwierigkeit, daß die Bauteile nach dem Einsetzen der Einlegemuttern in eine zum Zusammenfügen mit dem weiteren Bauteil geeignete Position gebracht werden müssen und hierbei die Einlegemutter aus der zugehörigen Ausnehmung herausfallen kann. Sind die Aus­ nehmungen in der Richtung des zur Aufnahme der Schraube vorgesehenen Kanals offen, so besteht darüber hinaus die Gefahr, daß die Einlegemutter aus der Ausnehmung herausge­ drückt wird, wenn die von einem Schrauber oder einem anderen Werkzeug ausgeübte Kraft ein gewisses Maß überschreitet.

Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, Einlegemuttern mit Bauteilen der erwähnten Art derart zu verbinden, daß alle bei der Handhabung der Bauteile und der bei der Montage benutzten Werkzeuge auftretenden Kräfte auf­ genommen werde, andererseits jedoch bei Bedarf die Einlege­ muttern von den Bauteilen wieder getrennt werden können. Die Einhaltung dieser Bedingung steht damit im Zusammenhang, daß im Rahmen der Wiederverwertung gebraucht er Produkte die einzelnen Bestandteile sortenrein trennbar sein sollen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Einlegemutter an zwei gegenüberliegenden Schmalseiten jeweils wenigstens einen Vorsprung besitzt, wobei das über die Vorsprünge genommene Maß die Breite der Ausnehmung über­ schreitet.

Zur Anbringung einer in dieser Weise gestalteten Einlege­ mutter an einem Bauteil bedarf es eines gewissen Aufwandes an Kraft, die mit einfachen Mitteln, etwa einem Stößel oder einem Hammer, aufgebracht werden kann. Dabei dringen die Vorsprünge unter teils elastischer, teils plastischer Ver­ formung in den Werkstoff des Bauteiles ein. Auf das Bauteil werden dabei erheblich geringere auseinandertreibende Kräfte ausgeübt, als dies bei der bisher üblichen Ausgestaltung der Ausnehmungen mit Verengungen oder Rippen der Fall ist. Weiter zeigt sich, daß der Lösewiderstand in einem Maß erhöht ist, daß ein Herausdrücken durch den Druck eines Schraubers oder Werkzeuges nicht mehr besteht. Dennoch können die Einlege­ muttern bei Bedarf von dem Bauteil gelöst werden, wenn dies erwünscht ist.

Für die Herstellung von Einlegemuttern mit Vorsprüngen nach der Erfindung bestehen unterschiedliche Möglichkeiten. Ins­ besondere können die Vorsprünge aus dem Material der Ein­ legemutter durch plastische Verformung gebildet sein. Hierzu kann beispielsweise ein Werkzeug nach der Art eines Kegel­ dornes benutzt werden.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Vorsprunge an der zur Einführung in die Ausnehmung bestimmten Seite abgerundet sind. Hierdurch wird die Einführung der Einlegemuttern in die Ausnehmungen erleichtert.

Durch einen geringeren Abrundungsradius auf der gegenüber­ liegenden Seite der Vorsprünge kann dafür gesorgt werden, daß der Lösewiderstand gegenüber dem Einführwiderstand wesentlich erhöht ist. Im Rahmen der Erfindung können hierbei die Vorsprünge von den Kanten der Einlegemutter etwa halbkreis­ förmig und im Querschnitt etwa viertelkreisförmig vor­ springend ausgebildet sein. Vorsprünge mit dieser Gestalt sind in der angegebenen Weise durch plastische Verformung mittels eines Kegeldornes herstellbar.

Werden Bauteile mit Ausnehmungen benutzt, die in der Richtung des zur Aufnahme der Schraube dienenden Kanals offen sind, so empfiehlt es sich, die Tiefe der Ausnehmung derart größer als die Dicke der Einlegemutter zu bemessen, daß die Einlege­ mutter unter Berührung diagonal gegenüberliegender Kanten mit gegenüberliegenden Wandflächen der Ausnehmung, d. h. ver­ kantet, in die Ausnehmung einlegbar ist. Im Zusammenhang hiermit ist ein Verfahren mit folgenden Schritten anwendbar:

• a) die Einlegemutter wird verkantet in die Ausnehmung des ersten Bauteiles mit der Abrundung der Vorsprünge voran eingelegt;
• b) durch Einwirkung einer Kraft wird die Einlegemutter unter örtlicher Verformung des Bauteiles im Bereich gegenüber­ liegenden Wandflächen der Ausnehmung durch die Vorsprünge zur bündigen, d. h. unverkanteten Auflage am Boden der Ausnehmung gebracht und
• c) das zweite Bauteil wird an das erste Bauteil angelegt und mit diesem mittels der den Kanal und die Einlegemutter durchsetzenden Schrauben verbunden. Bei diesem Verfahren ist die zum Einbringen der Einlegemutter in die Ausnehmung benötigte Kraft verhältnismäßig gering, während im Unter­ schied hierzu die Lösekraft verhältnismäßig groß ist. Dies beruht darauf, daß auf der einen Seite der Einlegemutter die Vorsprünge sich direkt in den Werkstoff des Bauteiles eindrücken und somit kein zum Rand der Ausnehmung führender Kanal entsteht.

Ist andererseits die für das vorstehend dargelegte Verfahren erforderliche Bemessung der Ausnehmung unerwünscht oder nicht anwendbar, so kann die Einlegemutter auch in paralleler Stellung zur Bodenfläche der Ausnehmung durch ein Werkzeug eingetrieben werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein erstes Beispiel einer Einlegemutter mit je zwei Vorsprüngen an gegenüberliegenden Kanten in einer Seitenansicht und in der Draufsicht.

In gleicher Darstellung zeigen die Fig. 3 und 4 eine Einlegemutter, die auf gegenüberliegenden Seiten eine un­ symmetrische Anordnung von Vorsprüngen aufweist.

In der Fig. 5 ist in einer vergrößerten Darstellung die Form eines Vorsprunges und ein zur Herstellung des Vorsprunges geeignetes Herstellungsverfahren veranschaulicht.

Die Fig. 6 zeigt den Vorsprung gemäß der Fig. 5 in der Draufsicht.

Die Fig. 7 und 8 veranschaulichen die Verbindung von zwei Bauteilen mittels einer Schraube und einer Einlegemutter, wobei die beiden Bauteile abgebrochen und im Schnitt dar­ gestellt sind.

Die Fig. 9 und 10 zeigen in einer den Fig. 7 und 8 ähnlichen Darstellung die Verbindung von zwei Bauteilen, wobei eine zur Aufnahme einer Einlegemutter dienende Aus­ nehmung in der Richtung eines Schraubenkanals offen ist.

Die Fig. 11 veranschaulicht das Einsetzen einer Einlege­ mutter in eine in Richtung eines Schraubenkanals offene Ausnehmung eines Bauteils.

Die Fig. 12 und 13 zeigen aufeinanderfolgende Stellungen einer Einlegemutter in Bezug auf eine zugehörige Ausnehmung eines Bauteils, wobei die Einlegemutter verkantet eingelegt und dann zur parallelen Anlage am Boden der Ausnehmung gebracht wird.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Einlegemutter 1 weist eine quaderförmige Grundform auf und kann in üblicher Weise durch einen Stanzvorgang von einem streifenförmigen oder tafelförmigen Blech abgetrennt sein. Eine Gewindeöffnung 2 ist zentral, d. h. im Schnittpunkt der Diagonalen angeordnet. An den beiden gegenüberliegenden kürzeren Schmalseiten 3 und 4 der Einlegemutter 1 sind Vorsprünge 5 angeordnet. Wie die Fig. 1 zeigt, gehen die Vorsprünge 5 von den Kanten 6 und 7 der Seitenflächen 3 und 4 aus. An beiden Kanten 6 und 7 befinden sich je zwei Vorsprünge 5. Die unteren Kanten der Seitenflächen 3 und 4 sind in der Fig. 1 mit 8 und 9 bezeichnet.

Das weitere Beispiel für eine Einlegemutter 10 gemäß den Fig. 3 und 4 stimmt hinsichtlich der quaderförmigen Grundform, der Anordnung der Gewindeöffnung und der Gestalt der Vorsprünge 5 mit dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 überein. Für die betreffenden Merkmale enthalten daher die Fig. 3 und 4 übereinstimmende Bezugszeichen. Unterschiedlich ist jedoch die Anordnung der Vorsprünge 5 an den gegenüberliegenden Kanten 6 und 7 insoweit, als an der Kante 7 nur ein Vorsprung 5, und zwar in der Mitte, vorgesehen ist.

Wie bereits erwähnt, können die Vorsprünge der Einlegemuttern auf unterschiedliche Weise hergestellt sein. Ein Beispiel für eine geeignete Herstellungsweise und die sich daraus ergebende Form der Vorsprünge 5 zeigen die Fig. 5 und 6. Hierbei sind die Vorsprünge 5 durch örtliche plastische Verformung des Materials der Einlegemutter 1 in der Weise hergestellt, daß ein kegelförmiger Dorn mit einem gewissen Neigungswinkel gegenüber der Seitenfläche 4 eingedrückt wird. Die Richtung der Kraftwirkung ist dabei mit einem Pfeil 11 bezeichnet. Dieser Vorgang hinterläßt eine entsprechende kegelförmige Vertiefung 12. Hierdurch erhält der Vorsprung im Querschnitt gemäß der Fig. 5 eine etwa viertelkreisförmige Kontur, während in der Draufsicht gemäß der Fig. 6 eine etwa halbkreisförmige Form entsteht. Innerhalb gewisser Grenzen kann die Form der Vorsprünge durch die Gestalt des Werkzeuges und der Richtung des Kraftangriffes (Pfeil 11) beeinflußt werden.

Im folgenden wird anhand der Fig. 7 und 8 ein erstes Beispiel für die Benutzung einer Einlegemutter 1 gemäß den Fig. 1 und 2 zur Verbindung von zwei Bauteilen 13 und 14 erläutert. Durch unterschiedliche Schraffuren ist angedeutet, daß es sich bei dem Bauteil 13 um ein Kunststoffteil handelt, während das Bauteil 14 aus Metall besteht. Jedoch könnte auch das Bauteil 14 aus Kunststoff hergestellt sein. Das Bauteil 13 enthält eine Ausnehmung 15, deren Mündung 16 seitlich eines in die Ausnehmung 15 mündenden Kanals 17 gelegen ist, in den eine Schraube 21 einzuführen ist. Die mit einem Pfeil 20 in der Fig. 7 bezeichnete Richtung zum Einführen der Einlegemutter 1 in die Ausnehmung 15 verläuft daher quer zur Längsachse des Kanals 17. Wie die Fig. 7 und 8 zeigen, sind die über die Vorsprünge 5 genommenen Abmessungen der Einlegemutter 1 größer als die Breite der Ausnehmung 15. Die Vorsprünge 5 dringen daher bei der Einführung der Einlege­ mutter 1 in die Ausnehmung 15 in der Richtung des Pfeiles 20 (Fig. 7) in das Material des Bauteiles 13 unter örtlicher plastischer und elastischer Verformung ein. Hierdurch wird ein zuverlässiger Halt der Einlegemutter 1 in der Ausnehmung 15 gewährleistet, obwohl die sich hieraus ergebende Bean­ spruchung des Bauteils 13 gering bleibt. Das Bauteil 13 kann zum Einbringen der Einlegemutter 1 in die Ausnehmung 15 in eine geeignete Lage gebracht und danach ohne Gefahr eines Herausfallens der Einlegemutter 1 beliebig bewegt oder transportiert werden, um eine zum Anfügen des weiteren Bauteils 14 und zum Eindrehen einer Schraube 21 geeignete Lage herbeizuführen.

Anhand der Fig. 9 und 10 ist veranschaulicht, wie gleich­ falls unter Verwendung einer Einlegemutter 1 zwei andere Bauteile 25 und 26 miteinander zu verbinden sind. Das mit einer Ausnehmung 27 versehene Bauteil 25 ist wiederum als Kunststoffteil dargestellt. Im Unterschied zu dem Aus­ führungsbeispiel gemäß den Fig. 7 und 8 ist die Ausnehmung 27 in der Richtung eines Kanals 30 des Bauteils 25 offen. Dabei ist die Ausnehmung 27 gegenüber der Dicke der Einlege­ mutter 1 nur geringfügig tiefer gestaltet. Zur Einbringung der Einlegemutter 1 wird vorzugsweise eine horizontale Lage des Bauteiles 25 gemäß der Fig. 11 gewählt. Dadurch, daß sich die Vorsprünge 5 nur über einen Teil der Dicke der Einlegemutter 1 erstrecken, läßt sich diese in die Ausnehmung 27 einlegen, bis die Vorsprünge 5 mit ihrer abgerundeten Seite am Rand der Ausnehmung 27 zur Anlage kommen. An­ schließend wird in geeigneter Weise eine in der Längsrichtung des Kanals 30 wirkende Kraft derart aufgebracht, daß die Vorsprünge 5 in den Werkstoff des Bauteils 25 in der bereits beschriebenen Weise eindringen, und die Einlegemutter 1 zur Anlage am Boden 28 der Ausnehmung 27 gelangt, wie dies Fig. 10 zeigt. Aufgrund der unsymmetrischen Gestalt der Vorsprünge 5 wird auch in diesem Fall eine hohe Lösekraft erreicht. Dies bedeutet, daß das Bauteil 25 nach dem Einbringen der Einlegemutter 1 allen üblichen Handhabungen unterworfen werden kann, ohne daß hierbei eine Gefahr des Herausfallens der Einlegemutter 1 besteht. Gleichfalls werden die Kräfte sicher aufgenommen, die beim Eindrehen der Schraube 21 (Fig. 10) in einer gegenüber der Fig. 11 um 180° gedrehten Stellung der Teile durch einen Schraubendreher bzw. einen kraftbetriebenen Schrauber auf die Einlegemutter ausgeübt wird.

Für erhöhte Beanspruchungen einer Einlegemutter bei der Handhabung vor und während des Eindrehens einer Schraube eignet sich das anhand der Fig. 12 und 13 veranschaulichte Verfahren zum Einbringen einer Einlegemutter 1. Wesentlich hierfür ist eine gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 9 und 10 bzw. 11 veränderte Bemessung einer Aus­ nehmung 31 eines Bauteils 25. Die Ausnehmung 31 ist gegenüber der Dicke der Einlegemutter 1 derart vergrößert, daß sich die Einlegemutter 1 verkantet in die Ausnehmung 31 einlegen läßt. Diese Stellung ist in der Fig. 12 veranschaulicht. Hierbei liegen die an der Kante 6 befindlichen Vorsprünge 5 der Einlegemutter 1 an der einen Seitenwand 33 der Ausnehmung 31 an, während an der gegenüberliegenden Seitenwand 33 der Einlegemutter die untere Kante 9 anliegt und die Vorsprünge 5 an der Kante 7 der Einlegemutter 1 zunächst noch keine Berührung mit der Ausnehmung 31 haben. Wird nun die Einlegemutter 1 in geeigneter Weise mit einer Kraft beaufschlagt, wie dies in der Fig. 12 durch einen Hammer 35 und einen Pfeil 36 im Prinzip gezeigt ist, so gleitet zunächst die Kante 9 der Einlegemutter 1 an der Seitenwand 33 der Ausnehmung 31 entlang, während aufgrund der hierdurch entstehenden Hebelkräfte die Ausnehmungen 5 an der Kante 6 in die Seitenwand 32 der Ausnehmung 31 direkt eindringen. Im weiteren Verlauf des Eintreibens der Einlegemutter 1 gelangen auch die Vorsprünge 5 an der Kante 7 in Eingriff mit der Seitenwand 33 der Ausnehmung 31 und dringen in diese unter teilweise plastischer und elastischer Verformung des Werkstoffes des Bauteiles 25 ein. Die Endlage ist mit dem bündigen Aufliegen der Einlegemutter 1 auf dem Boden 34 der Ausnehmung 31 erreicht, wie dies sinngemäß in der Fig. 10 gezeigt ist. Bei dem beschriebenen Vorgang unterbleibt im Bereich der Seitenwand 32 der Ausnehmung 31 die Bildung von Rinnen, die zur Mündung der Ausnehmung 31 führen. Hierdurch wird eine besonders feste Verankerung der Einlegemutter 1 in dem Bauteil 25 erreicht.

Das Einlegen einer Einlegemutter in eine Ausnehmung ent­ sprechend den Fig. 12 und 13 ist auch dann vorteilhaft anwendbar, wenn die Ausnehmung wesentlich tiefer ist, als dies in den genannten Figuren gezeigt ist. Die Ausgangs­ stellung gemäß der Fig. 12 ergibt sich nämlich auch bei schachtartig vertieften Ausnehmungen, wobei lediglich ein geeigneter Stößel als zusätzliches Werkzeug benötigt wird, um eine der Fig. 10 entsprechende Endlage der Einlegemutter 1 bzw. 10 zu herbeiführen.

Vorstehend wurde die Erfindung jeweils anhand der Verwendung einer Einlegemutter und einer zugehörigen Schraube erläutert. Hiermit soll lediglich das prinzipielle Zusammenwirken von Bauteilen beschriebenwerden. Daher ist klar, daß größere Bauteile, z. B. Kunststofformteile des Tragwerkes eines Niederspannungs-Leistungsschalters, jeweils mehrere Ver­ bindungsstellen aufweisen können, wie sie vorstehend beschrieben wurden.

Claims (6)

1. Anordnung zur Verbindung von zwei Bauteilen (13, 14; 25, 26), von denen das eine Bauteil (13, 25) eine Ausnehmung (15, 27, 31) zum Einlegen einer Einlegemutter (1, 10) und einen in die Ausnehmung (15, 27, 31) mündenden Kanal (17, 30, 33) für den Durchtritt einer in die Einlegemutter (1; 10) zur Verbindung der beiden Bauteile (13, 14; 25, 26) eingreifenden Schraube (21) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Einlegemutter (1; 10) an zwei gegenüberliegenden Schmalseiten (3, 4) jeweils wenigstens einen Vorsprung (5) besitzt, wobei das über die Vorsprünge (5) genommene Maß die Breite der Ausnehmung (15, 27, 31) überschreitet.

2. Anordnung zur Verbindung von zwei Bauteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (5) aus dem Material der Einlegemutter (1; 10) durch plastische Verformung gebildet sind.

3. Anordnung zur Verbindung von zwei Bauteilen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (5) an der zur Einführung in die Ausnehmung (15, 27, 31) bestimmten Seite abgerundet sind.

4. Anordnung zur Verbindung von zwei Bauteilen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (5) von den Kanten (6, 7) der Einlegemutter (1; 10) etwa halbkreisförmig und im Querschnitt etwa viertel­ kreisförmig vorspringend ausgebildet sind.

5. Anordnung zur Verbindung von zwei Bauteilen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Bauteiles (25) mit einer in der Richtung Kanals (30) offenen Ausnehmung (31) die Tiefe der Ausnehmung (31) derart größer als die Dicke der Einlegemutter bemessen ist, daß die Einlegemutter (1) unter Berührung diagonal gegenüberliegender Kanten (6, 9) mit gegenüberliegenden Wandflächen (33, 34) der Ausnehmung (31), d. h. verkantet, in die Ausnehmung (31) einlegbar ist.

6. Verfahren zur Verbindung von zwei Bauteilen (25, 26) mittels einer Anordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• a) die Einlegemutter (1) wird verkantet in die Ausnehmung (31) des ersten Bauteiles (25) mit der Abrundung der Vorsprünge (5) voran eingelegt;
• b) durch Einwirkung einer Kraft wird die Einlegemutter (1) unter örtlicher Verformung des Bauteiles (25) im Bereich der gegenüberliegenden Wandflächen (33, 34) der Ausnehmung (31) durch die Vorsprünge (5) zur bündigen, d. h. unverkanteten Auflage am Boden (34) der Ausnehmung (31) gebracht;
• c) das zweite Bauteil (26) wird an das erste Bauteil (25) angelegt und mit diesem mittels der den Kanal (30) und die Einlegemutter (1) durchsetzenden Schraube (21) verbunden.