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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen, mit einer Verbindungsschraube, die durch ein erstes der zu verbindenden Bauteile hindurchgesteckt und in eine mit dem zweiten Bauteil verbundene Gewindestruktur einschraubbar ist, und mit einem Abstandshalter, der mittels Gewinde axial verstellbar ist, um den Abstand zwischen den beiden Bauteilen zu überbrücken.
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Aus
EP 1 180 605 B1 ist eine Verbindungsvorrichtung dieser Art bekannt, bei der die Verbindungsschraube ein Rechtsgewinde aufweist und in eine Gewindebohrung des zweiten Bauteils einschraubbar ist. Der Abstandshalter weist eine die Verbindungsschraube umgebende Hülse auf, die über ein als Linksgewinde ausgebildetes Außengewinde mit einem Außenring in Eingriff steht, der sich seinerseits an dem zweiten Bauteil abstützt. Über ein Federelement ist die Hülse reibschlüssig mit dem Gewindeschaft der Verbindungsschraube verbunden, so dass beim Einschrauben der Verbindungsschraube die Hülse in Drehrichtung mitgeschleppt wird und sich dadurch aufgrund des Linksgewindes aus dem Außenring herausschraubt und somit dem ersten Bauteil entgegenkommt, bis der Abstand zwischen den beiden Bauteilen überbrückt ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative Verbindungsvorrichtung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Abstandshalter über ein Innengwinde mit der Verbindungsschraube und über ein gegensinniges Außengewinde mit dem zweiten Bauteil in Eingriff steht.
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Bei dieser Vorrichtung ist die Verbindungsschraube nur mittelbar über den Abstandshalter mit dem zweiten Bauteil verbunden. Das erlaubt eine kompaktere Gestaltung der Verbindungsvorrichtung und insbesondere eine Verringerung der Länge der Verbindungsschraube im Verhältnis zu dem zu überbrückenden Abstandsmaß.
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Wenn die Verbindungsschraube in den Abstandshalter eingeschraubt wird, so wirkt aufgrund der am Innengewinde des Abstandshalters auftretenden Reibung ein Drehmoment, das die Tendenz hat, den Abstandshalter zusammen mit der Verbindungsschraube zu drehen. Andererseits führt jedoch die Reibung am Außengewinde des Abstandshalters zu einem Drehmoment, das die Tendenz hat, den Abstandshalter festzuhalten. Wenn die axiale Position der Verbindungsschraube relativ zu dem zweiten Bauteil unverändert bleibt, stellt sich ein Drehmomentgleichgewicht ein, bei dem der Abstandshalter gerade in dem Maß gedreht wird, dass die Einschraubbewegung der Verbindungsschraube in den Abstandshalter durch die Ausschraubbewegung des Abstandshalters aus dem zweiten Bauteil kompensiert wird. Wenn der Abstandshalter an dem ersten Bauteil anstößt und somit nicht weiter ausgeschraubt werden kann, verhalten sich der Abstandshalter und das zweite Bauteil wie eine starre Einheit, die beim weiteren Anziehen der Verbindungsschraube mit dem ersten Bauteil verspannt wird.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 bis 3 axiale Schnitte durch eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung in verschiedenen Stadien während der Herstellung der Verbindung;
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4 einen Teil der Verbindungsvorrichtung nach 3 in einer Ansicht von unten; und
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5 einen axialen Schnitt durch eine Verbindungsvorrichtung gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel.
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Die in 1 gezeigte Verbindungsvorrichtung dient dazu, ein erstes Bauteil 10 mit einem zweiten Bauteil 12 zu verbinden, und weist eine Verbindungsschraube 14 auf, die durch eine Unterlegscheibe 16 und durch eine Bohrung 18 des ersten Bauteils 10 hindurchgesteckt ist, so dass ihr Kopf sich über die Unterlegscheibe 16 auf dem ersten Bauteil 10 abstützen kann. An das zweite Bauteil 12 ist auf der von dem ersten Bauteil 10 abgewandten Seite eine Mutter 20 angeschweißt, die ein als Linksgewinde ausgebildetes Innengewinde 22 aufweist, beispielsweise ein Maschinengewinde M12 × 1,25 oder M12 × 1,5. Ein hülsenförmiger Abstandshalter 24 weist ein zu dem Innengewinde 22 komplementäres Außengewinde 26 auf und ist so weit in die Mutter 20 eingeschraubt, dass ein Flansch 28 des Abstandshalters annähernd bündig in einer Öffnung 30 des zweiten Bauteils 12 liegt.
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Der Abstandshalter 24 weist außerdem ein als Rechtsgewinde ausgebildetes Innengewinde 32 auf, beispielsweise ein Maschinengewinde M8, in das die Verbindungsschraube 14 einschraubbar ist.
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Im gezeigten Beispiel ist der hülsenförmige Abstandshalter 24 an seinem Ende, das den erstem Bauteil 10 zugewandt ist, mit einem Futter 34 aus Kunststoff ausgekleidet, in welches das Außengewinde der Verbindungsschraube 14 selbstschneidend eingedreht werden kann und das dazu dient, die Reibung zwischen der Verbindungsschraube 14 und dem Abstandshalter zu erhöhen.
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Als Beispiel soll angenommen werden, dass die Bauteile 10 und 12 auf eine hier nicht dargestellte Weise derart vormontiert sind, dass sie einen bestimmten Abstand zueinander aufweisen, wobei das Abstandsmaß jedoch gewissen Toleranzen unterliegen kann.
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In dem in 1 gezeigten Zustand ist die Verbindungsschraube 14 so weit eingesteckt worden, dass ihr Außengewinde beginnt, sich in das Futter 34 einzuschneiden, während der Kopf der Verbindungsschraube noch einen gewissen Abstand zu der Unterlegscheibe 16 hat. Wenn nun die Verbindungsschraube 14 mit einem Schraubwerkzeug rechtsdrehend eingeschraubt wird und dabei ein gewisser Druck (abwärts in 1) auf die Verbindungsschraube ausgeübt wird, so wirkt aufgrund der von dem Futter 34 erzeugten Reibung ein gewisses Drehmoment auf den Abstandshalter 24. Dieses Drehmoment hat die Tendenz, den Abstandshalter 24 mitzudrehen, so dass er sich aufgrund des Linksgewindes aus der Mutter 20 herausschrauben würde. Dem wirkt jedoch der über die Verbindungsschraube 14 ausgeübte axiale Druck entgegen, so dass es zu einer erhöhten Reibung zwischen dem Außengewinde 26 und der Mutter 20 kommt. Diese Reibung führt zu einem Gegendrehmoment, das die Tendenz hat, den Abstandshalter 24 drehfest zu halten. Aufgrund des größeren Radius des Außengewindes 26 im Vergleich zu dem Innengewinde 30 wirkt die Reibungskraft der Mutter 20 über einen größeren Hebelarm auf den Abstandshalter als die Reibungskraft der Verbindungsschraube 14, und folglich überwiegt in dem in 1 gezeigten Zustand das Gegendrehmoment. Der Abstandshalter 24 dreht sich folglich nicht, und die Verbindungsschraube 14 wird tiefer in den Abstandshalter eingeschraubt, bis ihr Kopf an der Unterlegscheibe 16 anliegt, wie in 2 gezeigt ist.
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Da nun die Verbindungsschraube 14 nicht weiter nach unten gedrückt werden kann, lässt die axiale Kraft nach, die über die Verbindungsschraube 14 auf den Abstandshalter 24 ausgeübt wird. Dadurch vermindert sich die Reibung zwischen dem Außengewinde 26 des Abstandshaltes und dem Innengewinde 22 der Mutter 20. Die Folge ist, dass sich der Abstandshalter 24 mitdreht und aus der Mutter 20 herausgeschraubt wird und sich somit auf das erste Bauteil 10 zu bewegt.
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Wenn jedoch die Verbindungsschraube 14 mit dem Schraubwerkzeug fest gegen die Unterlegscheibe 16 gedrückt wird, so kann sich der Abstandshalter 24 nicht mit der gleichen Geschwindigkeit drehen wie die Verbindungsschraube, da die Verbindungsschraube um den Weg in den Abstandshalter eingeschraubt werden muss, um den sich der Abstandshalter aus der Mutter 20 heraus bewegt. Wenn, wie in dem hier angenommenen Beispiel, das Innengewinde 30 und das Außengewinde 26 des Abstandshalters die gleiche Steigung haben, so dreht sich der Abstandshalter 24 mit der halben Geschwindigkeit der Verbindungsschraube, so dass die Verdrehung der Verbindungsschraube 14 relativ zum Abstandshalter 24 gleich der Verdrehung des Abstandshalters 24 relativ zur Mutter 20 ist.
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Im allgemeinen brauchen die Steigungen des Innengewindes 30 und des Außengewindes 26 jedoch nicht überein zu stimmen. Wenn diese Steigungen voneinander verschieden sind, dreht sich der Abstandshalter 24 so, dass die Verdrehungen relativ zur Verbindungsschraube und relativ zur Mutter sich wie die Gewindesteigungen verhalten.
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Das Futter 34 sorgt dafür, dass von der Verbindungsschraube 14 auch dann ein gewisses Drehmoment auf den Abstandshalter 24 übertragen wird, wenn keine axialen Kräfte auf die Verbindungsschraube und den Abstandshalter wirken. Aufgrund der Linkssteigung des Außengewindes 26 hat dieses Drehmoment die Tendenz, den Abstandshalter 24 nach oben aus der Mutter 20 herauszuschrauben. Dem entspricht eine abwärts gerichtete Reaktionskraft, die vom Abstandshalter 24 auf die Mutter 20 ausgeübt wird und die die Reibung zwischen den Gewindegängen des Außengewindes 26 und des Innengewindes 22 verursacht, die die Drehung des Abstandshalters bremst. Wenn diese Reibung aus irgendeinem Grund nachlässt, dreht sich der Abstandshalter schneller, wodurch die Reibung wieder erhöht wird. Wenn umgekehrt die Reibung aus irgendeinem Grund zunimmt, dreht sich der Abstandhalter relativ zur Mutter 20 langsamer, und dementsprechend dreht sich die Verbindungsschraube 14 schneller relativ zum Abstandshalter, so dass die Verbindungsschraube schneller in den Abstandshalter eingeschraubt wird und dieser nach oben gezogen wird. Dadurch wird die Reibung am Außengewinde wieder vermindert. Auf diese Weise werden die Reibungskräfte und Drehmomente selbstregelnd im Gleichgewicht gehalten.
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Während die Verbindungsschraube 14 mit ihrem Kopf an der Unterlegscheibe 16 in Anlage bleibt, bewegt sich somit der Abstandshalter 24 relativ zur Verbindungsschraube und relativ zur Mutter 20 nach oben.
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In 3 ist der Endzustand gezeigt, in dem der Abstandshalter 24 mit seinem Flansch 28 an dem ersten Bauteil 10 anstößt und folglich nicht weiter aus der Mutter 20 herausgeschraubt werden kann. Wenn die Verbindungsschraube 14 fester angezogen wird, so wird der Abstandshalter 24 gegen das erste Bauteil 10 gespannt. Da der Abstandshalter in diesem Zustand drehfest gehalten ist, wird durch den Gewindeeingriff zwischen dem Innengewinde 22 und dem Außengewinde 26 auch die Mutter 20 in ihrer axialen Position gehalten. Da diese mit dem zweiten Bauteil 12 verschweißt ist, werden die Bauteile 10 und 12 mit dem durch den Abstandshalter 24 bestimmten Abstand fest zusammengehalten.
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Wie in der Ansicht in 4 zu erkennen ist, hat die Öffnung 30 des zweiten Bauteils 12 einen quadratischen Grundriss, und die Mutter 20 ist eine Vierkantmutter, deren Grundriss zu dem der Öffnung 30 komplementär ist. Die Mutter ist jedoch gegenüber der Öffnung um 45° verdreht, so dass an den Ecken der Mutter 20, die mit der Fläche des zweiten Bauteils 12 außerhalb der Öffnung 30 überlappen, Schweißpunkte 36 gesetzt werden können, die die Mutter 20 fest mit dem zweiten Bauteil 12 verbinden.
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Wahlweise kann die Mutter 20 jedoch auf jede beliebige andere Weise an dem zweiten Bauteil 12 befestigt werden, beispielsweise mit Hilfe eines Bajonettverschlusses. Alternativ ist es auch möglich, ein Links-Innengewinde, das dem Innengewinde 22 entspricht, direkt in eine entsprechende Bohrung des zweiten Bauteils 12 zu schneiden.
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5 zeigt eine Verbindungsvorrichtung gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel, bei dem die Mutter 20 eine flachere, scheibenförmige Gestalt hat und lediglich in der Mitte einen Kragen 38 bildet, auf den eine Schutzkappe 40 aus Kunststoff aufgeclipst ist. Die Schutzkappe deckt den zylindrischen Teil des Abstandshalters 24 ab. Auf diese Weise lässt sich verhindern, dass der Abstandshalter 24, der in dem in 1 gezeigten Zustand verhältnismäßig weit nach unten aus der Mutter 20 herausragt, bereits vorzeitig, bevor die Verbindung mit dem ersten Bauteil 10 hergestellt wird, aus der Mutter 20 herausgedreht oder in seiner axialen Position verstellt wird.
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Wahlweise kann zu dem gleichen Zweck auch ein gummielastischer Sicherungsring 42 vorgesehen sein, wie in 1 strichpunktiert angedeutet ist. Im gezeigten Beispiel ist der Sicherungsring 42 ein O-Ring. Wahlweise kann es sich jedoch auch um einen Flachring handeln.
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Weiterhin ist bei dem in 5 gezeigten Beispiel aus dem Flansch 28 des Abstandshalters am Rand (links in 5) eine Nase 44 herausgeprägt, die zusammen mit einer nach oben aus der Mutter 20 herausgeprägten Nase 46 einen Drehanschlag für den Abstandshalter 24 bildet. Bei der Vormontage lässt sich dann der Abstandshalter 24 links herum in die Mutter 20 einschrauben, bis die Einschraubbewegung durch die Nasen 44 und 46 begrenzt wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich der Abstandshalter beim Herstellen der Verbindung mit dem ersten Bauteil 10 in einer definierten Ausgangsposition befindet, in der er dann durch die Schutzkappe 40 und/oder den Sicherungsring 42 gesichert wird.
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Wenn es erforderlich ist, die Reibung zwischen dem Außengewinde der Verbindungsschraube 14 und dem Innengewinde 32 des Abstandshalters zu erhöhen, kann zu diesem Zweck anstelle des in 1 bis 3 gezeigten Futters 34 auch ein anderes reibungserhöhendes Element vorgesehen sein, beispielsweise eine elastische Feder, die in einer Ringnut des Abstandshalters 24 aufgenommen ist und auf das Außengewinde der Verbindungsschraube drückt. Ebenso ist es möglich, die gewünschten Reibungsverhältnisse durch geeignete Wahl der Materialpaarungen und/oder unterschiedliche Schmierung herzustellen.
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Während in den gezeigten Ausführungsbeispielen davon ausgegangen wurde, dass die Bauteile 10 und 12 bereits in einem festen Abstand zueinander angeordnet sind, bevor die Verbindung mit Hilfe der Verbindungsschraube 14 hergestellt wird, sind wahlweise auch Anwendungen möglich, bei denen das erste Bauteil 10 zunächst lose auf dem Flansch des Abstandshalters 24 aufliegt und erst beim Eindrehen der Verbindungsschraube 14 zusammen mit dem Abstandshalter in die endgültige Position gebracht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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