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Die
Erfindung betrifft eine Einlegemutter zur Verbindung von zwei Bauteilen,
von denen das eine Bauteil eine Ausnehmung zum Einlegen der Einlegemutter
und einen in die Ausnehmung mündenden
Kanal für
den Durchtritt einer in die Gewindeöffnung der Einlegemutter eingreifenden
Schraube aufweist, wobei die Einlegemutter an wenigstens einer parallel
zur Achse ihrer Gewindeöffnung
verlaufenden Seite wenigstens einen Vorsprung aufweist, der durch
plastische Verformung aus dem Material der Einlegemutter gebildet
ist und wobei das über
den Vorsprung genommene Maß die
Breite der Ausnehmung überschreitet.
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Einlegemuttern
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 vorteilhaft
mit einem Muttergewinde versehen werden.
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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 Ausnehmungen in der Richtung des zur Aufnahme der
Schraube vorgesehenen Kanals offen, so besteht darüber hinaus
die Gefahr, daß die
Einlegemutter aus der Ausnehmung herausgedrückt wird, wenn die von einem
Schrauber oder einem anderen Werkzeug ausgeübte Kraft ein gewisses Maß überschreitet.
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Es
ist bereits ein mutterartiger Verbindungseinsatz bekannt (
DE 42 22 248 A1 ),
der einen kegelstumpfförmigen
Abschnitt und einen weiteren, im wesentlichen zylindrischen Abschnitt
aufweist, der mittels radialer Vorsprünge mit einem entsprechenden Abschnitt
einer Aufnahmebohrung in Eingriff zu bringen ist. Soll die gewünschte Klemmwirkung
des Verbindungsstückes
in der Aufnahmeöffnung
zuverlässig
eintreten, so ist eine sorgfältige
Abstimmung der Toleranz beider Teile erforderlich.
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Ferner
ist eine Bundmutter bekannt (
US
4 005 740 ), deren in eine zylindrische Öffnung eines Bauteiles eingreifender
Abschnitt mit wulstartigen Vorsprüngen versehen ist, die in das
Material des mit der Aufnahmeöffnung
versehenen Bauteiles eindringen, wenn die Schraube in die Mutter
eingedreht wird. Hierdurch wird bezweckt, den Gewindekanal in der
Mutter zu verengen, um eine Schraubensicherung zu erreichen. Diese
Anordnung erlaubt es nicht, die Mutter vor dem Eindrehen der Schraube
mit dem zu befestigenden Bauteil in unverlierbare Verbindung zu
bringen, weil andernfalls das Gewinde unter Umständen soweit verengt wäre, daß sich Schraube nicht
eindrehen läßt.
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Der
Erfindung liegt von einer Einlegemutter der eingangs genannten Art
(
DE 42 22 248 A1 )
ausgehend die Aufgabe zugrunde, die Einlegemutter so zu gestalten,
daß bei
deren Wirkverbindung mit Bauteilen der erwähnten Art alle bei der Handhabung
der Bauteile und der bei der Montage benutzten Werkzeuge auftretenden
Kräfte
aufgenommen werde, andererseits jedoch bei Bedarf die Einlegemuttern
von den Bauteilen wieder getrennt werden können. Die Einhaltung dieser
Bedingung steht damit im Zusammenhang, daß im Rahmen der Wiederverwertung gebrauchter
Produkte die einzelnen Bestandteile sortenrein trennbar sein sollen.
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Gemäß der Erfindung
wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Zur
Anbringung einer in dieser Weise gestalteten Einlegemutter 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 Verformung 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
Einlegemuttern bei Bedarf von dem Bauteil gelöst werden, wenn dies erwünscht ist.
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Für die Herstellung
von Einlegemuttern mit Vorsprüngen
nach der Erfindung kann beispielsweise ein Werkzeug nach der Art
eines Kegeldornes benutzt werden.
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Eine
Mutter nach der Erfindung unterscheidet sich grundsätzlich von
einer Mutter mit quaderförmiger
Grundform nach der
DE
20 22 288 A1 . Dieses als Klemm-Mutter bezeichnete Befestigungsmittel
ist nicht zum Festklemmen in einer Gehäusetasche o.ä. vorgesehen,
sondern übt
auf eine einzudrehende Schraube eine Klemmwirkung aus, was durch
eine Deformation der Gewindegänge
erreicht wird.
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Es
erweist sich als vorteilhaft, wenn die Vorsprünge der erfindungsgemäßen Mutter
an der zur Einführung
in die Ausnehmung bestimmten Seite abgerundet sind. Hierdurch wird
die Einführung
der Einlegemuttern in die Ausnehmungen erleichtert.
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Durch
einen geringeren Abrundungsradius auf der gegenüberliegenden 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 halbkreisförmig und im Querschnitt etwa
viertelkreisförmig
vorspringend ausgebildet sein. Vorsprünge mit dieser Gestalt sind
in der angegebenen Weise durch plastische Verformung mittels eines
Kegeldornes herstellbar.
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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 Einlegemutter
unter Berührung
diagonal gegenüberliegender
Kanten mit gegenüberliegenden
Wandflächen
der Ausnehmung, d.h. verkantet, 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 gegenüberliegenden 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 Unterschied 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.
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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.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Die 1 und 2 zeigen
ein erstes Beispiel einer Einlegemutter mit je zwei Vorsprüngen an gegenüberliegenden
Kanten in einer Seitenansicht und in der Draufsicht.
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In
gleicher Darstellung zeigen die 3 und 4 eine
Einlegemutter, die auf gegenüberliegenden
Seiten eine unsymmetrische Anordnung von Vorsprüngen aufweist.
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In
der 5 ist in einer vergrößerten Darstellung die Form
eines Vorsprunges und ein zur Herstellung des Vorsprunges geeignetes
Herstellungsverfahren veranschaulicht.
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Die 6 zeigt
den Vorsprung gemäß der 5 in
der Draufsicht.
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Die 7 und 8 veranschaulichen
die Verbindung von zwei Bauteilen mittels einer Schraube und einer
Einlegemutter, wobei die beiden Bauteile abgebrochen und im Schnitt
dargestellt sind.
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Die 9 und 10 zeigen
in einer den 7 und 8 ähnlichen
Darstellung die Verbindung von zwei Bauteilen, wobei eine zur Aufnahme einer
Einlegemutter dienende Ausnehmung in der Richtung eines Schraubenkanals
offen ist.
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Die 11 veranschaulicht
das Einsetzen einer Einlegemutter in eine in Richtung eines Schraubenkanals
offene Ausnehmung eines Bauteils.
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Die 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.
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Die
in den 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 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 1 mit 8 und 9 bezeichnet.
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Das
weitere Beispiel für
eine Einlegemutter 10 gemäß den 3 und 4 stimmt
hinsichtlich der quaderförmigen
Grundform, der Anordnung der Gewindeöffnung und der Gestalt der
Vorsprünge 5 mit
dem Ausführungsbeipiel
gemäß den 1 und 2 überein.
Für die
betreffenden Merkmale enthalten daher die 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.
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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 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 5 eine
etwa viertelkreisförmige
Kontur, während
in der Draufsicht gemäß der 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.
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Im
folgenden wird anhand der 7 und 8 ein
erstes Beispiel für
die Benutzung einer Einlegemutter 1 gemäß den 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 7 bezeichnete Richtung zum Einführen der Einlegemutter 1 in
die Ausnehmung 15 verläuft
daher quer zur Längsachse
des Kanals 17. Wie die 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 Einlegemutter 1 in die Ausnehmung 15 in der
Richtung des Pfeiles 20 (7) in das
Material des Bauteiles 13 unter örtllicher plastischer und elastischer
Verformung ein. Hierdurch wird ein zuverlässiger Halt der Einlegemutter 1 in
der Ausnehmung 15 gewährleistet,
obwohl die sich hieraus ergebende Beanspruchung 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.
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Anhand
der 9 und 10 ist veranschaulicht, wie
gleichfalls 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 Ausführungsbeispiel
gemäß den 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 Einlegemutter 1 nur geringfügig tiefer gestaltet. Zur Einbringung
der Einlegemutter 1 wird vorzugsweise eine horizontale
Lage des Bauteiles 25 gemäß der 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. Anschließend 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 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 (10) in
einer gegenüber
der 11 um 180° gedrehten Stellung
der Teile durch einen Schraubendreher bzw. einen kraftbetriebenen
Schrauber auf die Einlegemutter ausgeübt wird.
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Für erhöhte Beanspruchungen
einer Einlegemutter bei der Handhabung vor und während des Eindrehens einer
Schraube eignet sich das anhand der 12 und 13 veranschaulichte
Verfahren zum Einbringen einer Einlegemutter 1. Wesentlich hierfür ist eine
gegenüber
dem Ausführungsbeipiel gemäß den 9 und 10 bzw. 11 veränderte Bemessung
einer Ausnehmung 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 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 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 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.
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Das
Einlegen einer Einlegemutter in eine Ausnehmung entsprechend den 12 und 13 ist
auch dann vorteilhaft anwendbar, wenn die Ausnehmung wesentlich
tiefer ist, als dies in den genannten Figuren gezeigt ist. Die Ausgangsstellung
gemäß der 12 ergibt
sich nämlich
auch bei schachtartig vertieften Ausnehmungen, wobei lediglich ein
geeigneter Stößel als
zusätzliches
Werkzeug benötigt wird,
um eine der 10 entsprechende Endlage der Einlegemutter 1 bzw. 10 zu
herbeiführen.
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Vorstehend
wurde die Erfindung jeweils anhand der Verwendung einer Einlegemutter
und einer zugehörigen
Schraube erläutert.
Hiermit soll lediglich das prinzipielle Zusammenwirken von Bauteilen
beschrieben werden. Daher ist klar, daß größere Bauteile, z. B. Kunststofformteile
des Tragwerkes eines Niederspannungs-Leistungsschalters, jeweils
mehrere Verbindungsstellen aufweisen können, wie sie vorstehend beschrieben
wurden.