DE19842173A1

DE19842173A1 - Befestigungselement mit selbstfurchender Schraubverbindung

Info

Publication number: DE19842173A1
Application number: DE1998142173
Authority: DE
Inventors: Heinrich Lysen
Original assignee: Prueftechnik Dieter Busch AG
Current assignee: Prueftechnik Dieter Busch AG
Priority date: 1998-09-15
Filing date: 1998-09-15
Publication date: 2000-03-16

Abstract

Das Befestigungselement mit selbstfurchender Schraubverbindung wird bevorzugt als Koppelglied zwischen einem Beschleunigungsaufnehmer und einem Maschinengehäuse verwendet. Mit diesem können große Kräfte in axialer Richtung übertragen werden, und es gelangt eine zuverlässige Übertragung von Körperschallsignalen. Die Schall-Übertragungseigenschaften der Schraubverbindung bleiben langfristig konstant.

Description

Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement mit selbstfur chender Schraubverbindung, insbesondere eine zugehörige selbstfurchende Spezialschraube. Die erfindungsgemässe Schraubverbindung ist insbesondere dazu vorgesehen, als Koppelglied zwischen einem Maschinengehäuse und einem Schwin gungsaufnehmer (Accelerometer) zu dienen.

Stand der Technik

Ein vergleichbarer Stand der Technik erscheint derzeit unbe kannt. Im Umfeld der Erfindung sind folgende Bereiche der Verbindungstechnik von technisch allgemeiner Bedeutung:

- Schrauben und zugehörige Gewindebohrungen mit konischer Form, z. B. standardisiert für sog. Drahtauslöser bei Fotoap paraten
- Holz- und Blechschrauben mit konisch geformtem Kern.

Als nächstkommender Stand der Technik wird die Klebeverbin dung nach WO 96/36855 angesehen, bei welcher unter anderem ein gewindefurchender Stift zu Hilfe genommen wird, der jedoch keine eigentliche Schraubverbindung darstellt und im wesentlichen nur dazu dient, die für eine Verklebung erfor derlichen Anpresskräfte bereitzustellen.

Problemstellung

Die genannten schraubenförmigen oder -ähnlichen Verbindungselemente zeichnen sich dadurch aus, dass sie entweder

- bis zu einem vordefinierten Anschlag geschraubt werden müssen, damit eine stabile mechanische Verbindung erreicht wird, oder
- nur mit einer zugehörigen Gewindebohrung verwendet werden können, oder
- ein bleibendes Gewinde in eine Bohrung oder in ein Sackloch schneiden, oder
- nur geringe Kraftübertragungen in axialer Richtung der Verschraubung zulassen.

Diese Randbedingungen sind für verschiedene Anwendungen von praktischem Nachteil. Dies gilt insbesondere dann, wenn ein Koppelglied zwischen einem Maschinengehäuse und einem Schwin gungsaufnehmer bereitgestellt werden soll. Entweder ist die Vorbehandlung einer Gegenfläche zu aufwendig, z. B. bei der Erstellung einer Gewindebohrung, oder die gewünschte Funkti on, die zum Beispiel dazu dient, auftretenden Körperschall definiert weiterzuleiten, muss mittels einer Klebeverbindung abgesichert oder überhaupt bereitgestellt werden. In einem weiteren Falle kann es unerwünscht sein, dass ein späterer Austausch eines Sensors oder Gegenstandes durch ein bereits vorhandenes Gewinde mit unbekannten mechanischen Eigenschaf ten erschwert wird. Bei einem solchen ist nämlich nicht sichergestellt, dass dessen akustische Übertragungseigen schaften für die entsprechende Schraubverbindung als dauer haft angesehen werden könnten.

Aufgabe der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schraubverbin dung bereitzustellen, welche

- eine hohe Kraftübertragung in axiale Richtung zulässt
- eine zuverlässige Übertragung von Körperschallsignalen mit langfristiger Konstanz der Übertragungseigenschaften ermög licht
- keine bleibende Verformung grösseren Ausmasses an einem Bohrloch verursacht, welches für die Befestigung eines Gegen standes oder Sensors herangezogen wird
- mit einfachen Mitteln bereitgestellt und montiert werden kann und die
- kostengünstig ist.

Diese Aufgabe wird mit den Mitteln des Anspruches 1 gelöst. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird speziell darauf abgestellt, dass die Schraube einen Oberteil aufweist, wel cher einen Schwingungsaufnehmer beinhaltet, so dass die Schraube an eine auf Körperschall zu untersuchende Maschine angeschraubt werden kann. Weiterhin kann die Schraube auch als Adapter ausgestaltet sein. Insbesondere kann sie einen Adapter darstellen, an welchen ein Schwingungsaufnehmer ansetzbar oder anschliessbar ist. Von besonderem Vorteil gemäss der Erfindung ist es, wenn die äussere Form der Schraube eine helikale Struktur ähnlich der eines Gewindes aufweist, welche sich konisch verjüngt und am Ende der Schraube den kleinsten Durchmesser aufweist. Bevorzugt ist der Konuswinkel dabei kleiner als 10°. Die helikale Struktur wird vorteilhafterweise mit einem Profil ausgestattet, wel ches im Querschnitt der erfindungsgemässen Schraube eine sägezahnähnliche Form aufweist. Die helikale Struktur wird mit Vorteil durch eine oder mehrere Aussparungen auf der Schraube unterbrochen. Bei der Montage der erfindungsgemä ssen Schraubverbindung wird mit Vorteil ein Gleitmittel auf die helikale Struktur gegeben. Von praktischem Vorteil ist es dabei, wenn das Gleitmittel aus einer Substanz besteht, welche zunächst flüssig oder pulverförmig ist und später eine feste Konsistenz einnimmt. Weiterhin kann die benötigte Bohrtiefe für ein für die Schraubverbindung vorgesehenes Bohrloch kleiner sein als der zugehörige Bohrungsdurchmesser. Die Schraube kann teilweise mit einem weichen Material umman telt werden, welches diese vor Korrosion schützt. Von beson derer Bedeutung ist es, wenn die Schraube selbst mit einer axial verlaufenden Bohrung versehen ist, so dass ihre Kompressibilitäts-Eigenschaften in radialer Richtung modifi ziert werden. Anstelle einer solchen Bohrung können auch ein oder mehrere schlitzförmige Ausnehmungen vorgesehen sein.

Beispiele

Ein bevorzugtes Beispiel der Erfindung wird in Fig. 1 ge zeigt, welche zur besseren Darstellung der Wirkungsweise der Erfindung überhöhte Winkelwerte ausweist. In der zugehörigen Einzelheit Z, welche in vergrösserter Darstellung wiedergege ben ist, werden jedoch die Winkelwerte im wesentlichen mass stäblich wiedergegeben.

Die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung kann insbesondere dazu verwendet werden, bolzenartige Gegenstände direkt, fest und dauerhaft mit einem Grundkörper 1 zu verbinden.

Dazu weist der Grundkörper 1, der z. B. durch eine Maschine, ein Bauwerk oder eine Gesteinsfläche konkretisiert wird, eine im wesentlichen zylinderförmige Ausnehmung, Bohrung oder Sackloch 11 auf. Die Bohrungen 11 können auch per Hand, d. h. bevorzugt mittels einer Handbohrmaschine hergestellt werden und weisen dann typischerweise merkliche Abweichungen von einer zylindrischen Idealform ab. So können solche Bohrungen 11 bereits leicht konisch sein, oder aber Rüttel marken aufweisen usw. Abweichungen dieser Art sind für einen erfolgreichen Befestigungsvorgang gemäss der Erfindung im allgemeinen nicht schädlich. Das dargestellte Befestigungse lement in schraubenähnlicher Form ist beispielsweise mit einem Sechskant 21 ausgestattet, so dass es vermittels eines Werkzeuges in Drehung um seine Längsachse versetzt werden kann. Der konusförmige Kern 22 der Schraube weist eine helikale Struktur auf, welche sich über mehrere Windungen erstreckt, wie gezeichnet. Gemäss der dargestellten Einzel heit Z wird die helikale Struktur aus Riefen 23 gebildet, welche bevorzugt einen etwa halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen, sowie aus an die Riefen anschliessende Anpressflä chen 24, welche im Querschnitt bevorzugt von sägezahnähnli cher Gestalt sind. Dadurch wird einerseits beim Einschrauben der Schraube eine erhöhte Vortriebskraft erzeugt, da der Anpressdruck der Schraube an ein Bohrloch 11 im Bereich der scharfkantigen und gegebenenfalls gehärteten Zahn-Kante 25 besonders hoch ist, andererseits kann durch diese Massnahme die Schraube verstärkt auf Zug belastet werden.

Die Anpressfläche 24 weist gegenüber der Schraubenachse einen Winkel von etwa 1° bis 5° auf. Dieser Winkel ist bevorzugt grösser als derjenige halbe Kegelwinkel, der zu einem einhül lenden Kegel gehört, welcher auf den Zahnkanten 25 aufliegt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, kann die helikale Struktur mittels eines weichen Materials 4, z. B. in Form eines O-Ringes oder eines Kupferringes, gegen korrosive Einflüsse geschützt werden.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Schraubverbindungen, auch solchen mit selbstschneidenden Eigenschaften, ist für das Einschrauben der hier vorgestellten Schraube bis zu einem festen Sitz kein Anschlag in axialer oder winkelmässiger Richtung vorgesehen. Vielmehr steigt beim Befestigen der Schraube das erforderliche Einschraub-Drehmoment stetig an. Im Extremfall kann daher ein übermässig angewendetes Schraubdrehmoment dazu führen, dass entweder der Sechskant 21 ver schlissen wird oder die Schraube durch torsionsmässige Über beanspruchung zerstört wird. Dies gilt insbesondere für Schrauben mit harter Oberfläche, wie z. B. aus Stahl oder rostfreiem Stahl.

Eine wichtige Abwandlung der Schraube besteht darin, in diese eine axiale Bohrung 32 einzubringen, welche auch durchgän gig sein kann. Anstelle dieser Bohrung kann auch ein Längs schlitz durch die Schraube vorgesehen sein, welcher deren Elastizität ähnlich vorteilhaft ändert.

Eine Aussparung 31, welche auch mehrfach in die Oberfläche der helikalen Struktur eingebracht werden kann, wird bevor zugt durch Fräsen oder Sägen hergestellt. Mit einer solchen Aussparung werden die elastischen Eigenschaften der Schraube verbessert, so dass ein fester Sitz auch bei geringfügigem Zurückschrauben der Schraube gegeben ist. Darüberhinaus ergibt sich mit der gezeichneten Kontur der Aussparung der Vorteil, dass eine progressive Zunahme des Einschraubdrehmomentes mit zunehmender Einschraubtiefe bereitgestellt wird. Auf diese Weise wird es vereinfacht, ein vorgegebenes Einschraub-Drehmoment einzuhalten. Durch diese Eigenschaft unterscheidet sich die erfindungsgemässe Schraubvorrichtung in vorteilhafter Weise von normalen Schraubverbindungen. Durch die spezielle Konstruktion der gewindeähnlichen helika len Struktur wird erreicht, dass kein eigentlicher Gewindeschneidvorgang stattfindet, sondern dass sich die benötigten Klemmkräfte bevorzugt durch elastische Verformungen an Schraube 2 und Bohrloch 11 einstellen, so dass keine markante bleibende Verformung des Bohrloches erfolgt.

Bezugszeichenliste

1

Grundkörper

2

Befestigungselement, Schraube

3

Sensor oder Adapter

4

Ring

11

Bohrung

21

Sechskant

22

Kern der Schraube

23

Riefe

24

Anpressfläche

25

Zahn-Kante

31

Aussparung

32

Bohrung
Z siehe vergrösserte Einzelheit Z

Claims

1. Befestigungselement mit einer selbstfurchenden Schraubverbin dung zum Einbringen in ein Bohrloch oder in eine Ausnehmung eines Grundkörpers (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (2) mit im wesentlichen rein kraftschlüs sig wirkenden Oberflächenbereichen versehen ist, mit welchen in vorrangiger Weise die mechanische Verbindung zwischen Befestigungselement (2) und Grundkörper (1) bewirkt wird, und wobei formschlüssig wirkende Oberflächen des- Befestigungsele mentes (2) entweder nicht vorhanden sind oder nur nachrangige Funktionen ausführen.

2. Befestigungselement (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass ein sich konisch verjüngender End-Bereich vorhanden ist, welcher mit einer helixartigen Oberflächenstruktur (23, 24, 25) versehen ist.

3. Befestigungselement (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass der Konuswinkel des End-Bereiches kleiner als 10° ist.

4. Befestigungselement (2) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die helixartige Oberflä chenstruktur (23, 24, 25) einen sägezahnförmigen Querschnitt aufweist.

5. Befestigungselement (2) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass in die helixartige Oberflä chenstruktur (23, 24, 25) eine oder mehrere Aussparungen (31) eingearbeitet sind.

6. Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine in seiner Längsrichtung verlaufende Bohrung (32) aufweist oder ge schlitzt ist.

7. Befestigungselement und Schraubverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zugehöri ges gewindeloses Bohrloch (11), dessen Tiefe kleiner als sein Durchmesser ist.

8. Schraubverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, gekennzeichnet durch einen Korrosionsschutz, insbesonde re in Form eines komprimierbaren Ringes einem plastisch oder elastisch verformbaren Material.

9. Kombination eines Befestigungselementes (2) gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem an diesem angebrachten Schwingungsaufnehmer (3).

10. Kombination einer Schraubverbindung, die ein Befesti gungselement (2) und ein zugehöriges Bohrloch (11) gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, und eines aus härtbaren, in seinem Grundzustande flüssigen und als Gleit mittel einsetzbaren Klebstoffes.

11. Adapter zur Befestigung oder Aufnahme eines ersten Gegenstandes an einem zweiten Gegenstand, dadurch gekenn zeichnet, dass der Adapter mit einem Befestigungselement (2) gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche versehen ist.

12. Adapter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gegenstand ein Schwingungsaufnehmer (Accelerometer) ist oder einen solchen enthält.