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Die
vorliegende Neuerung betrifft ein Befestigungsmittel mit einer Schraube,
die eine Durchmessererweiterung im Bereich des Schaftes aufweist,
einer Hülse,
welche die Schraube in Bereichen des Schaftes und/oder des Gewindes
umgibt und einem axial auf dem Schaft verschieb- und/oder drehbaren Hülsenhalter,
dessen lichter Innendurchmesser den Schaftdurchmesser der Schraube überschreitet
und den Außendurchmesser
der Durchmessererweiterung unterschreitet.
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In
der Montage von Industrie- und Verbrauchsgütern werden heute vermehrt
Befestigungsmittel verwendet, die eine vormontierte Baugruppe einzelner
Bauteile der klassischen Verbindungstechnik darstellen. Hierdurch
wird eine höhere
Rationalität
erzielt.
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Ein
häufiges
konstruktives Problem bei der Gestaltung solcher Befestigungsmittel
besteht darin, eine Schraube innerhalb einer Hülse unverlierbar zu sichern,
ohne dabei die notwendige Montagefreiheit der Schraube einzuschränken.
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Der
Stand der Technik löst
dieses Problem im Allgemeinen durch Engstellen an oder in der Hülse. Die
Schraube schlägt
in kopfwärtiger
Richtung mit der Durchmessererweiterung ihres Schaftes gegen die
Engstelle an und kann so nicht verloren gehen. Die Durchmessererweiterung
des Schaftes bildet entweder eine eigens zu diesem Zwecke angeformte Verdickung
oder schlicht das Gewinde, dessen Außendurchmesser durch das Gewindewalzen
stets den Schaftdurchmesser überschreitet.
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Der
Stand der Technik wird unter anderem durch die deutsche Offenlegungsschrift
199 24 502 A1 dokumentiert. Die Engstelle des Befestigungsmittels
wird hier entweder durch Verformung der Hülse erreicht oder durch eine
Unterlegscheibe gebildet, die stoffschlüssig mit der Hülse verbunden
ist.
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Die
in der Offenlegungsschrift beschriebene Lösung ist verbesserungsbedürfig. Probleme
bereiten vor allem Einkerbungen, Einkörnungen oder anderweitige Verformungen
der Hülse,
bei deren Anformung die Oberflächenbeschichtung
der Hülse
verletzt wird. An den verletzten Stellen ist Korrosion zu erwarten.
Um diese zu vermeiden, muß die
Beschichtung der Hülse
nach der Verformung, also mit eingesetzter Schraube, erfolgen. Daß dies mit
prozesstechnischen Umständen
und Schwierigkeiten einhergeht, liegt auf der Hand.
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Andere
Schwierigkeiten erwachsen aus der bekannten stoffschlüssigen Verbindung
zwischen der Unterlegscheibe und der Hülse. Durch Kleben und Löten erhält die Verbindung
nicht die Festigkeit, die in machen Montagesituationen erforderlich
ist. Es müsste
demnach eine Schweißverbindung
gewählt werden,
die wiederum Gefügeveränderungen
hervorruft und ebenso den prozesstechnischen Aufwand steigert.
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Der
Neuerung liegt die daher Aufgabe zugrunde, ein Befestigungsmittel
mit einer Schraube und einer Hülse
zu schaffen, bei welchem die Schraube selbst in kritischen Montagesituationen
in der Hülse
gehalten wird und welches in Vergleich zu bekannten Befestigungsmitteln
wirtschaftlicher zu fertigen ist.
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Diese
Aufgabe wird von der vorliegenden Neuerung eingangs genannter Art
dadurch gelöst, der
Hülsenhalter
als axial in die Hülse
eingepresster Ring ausgebildet ist, der die Hülse mittels Kraftschluß hält.
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Die
kraftschlüssige
Verbindung zwischen dem Ring und der Hülse löst die Beschichtungsprobleme
und erzielt weitere, überraschende
Vorteile. Die Hülse
kann nunmehr aus einem preisgünstigen, fertig
oberflächenbeschichtetem
Rohrabschnitt bestehen. Zudem ist ein Preßsitz eine „berechenbare" Verbindung. Die
axiale Kraft, mit der die Schraube den Ring aus der Hülse treiben
würde,
lässt sich
mit elementar-mechanischen Mitteln bestimmen. Grundlagewerte für eine Berechnung
sind die Oberflächenrauheiten
von Hülse
und Ring sowie die Paßmaße von Hülseinnen-
und Ringaußendurchmesser.
Alle diese Werte sind innerhalb enger Toleranzgrenzen bekannt und
die Einhaltung ihrer Qualität
ist auch in der Großserie
einfach zu prüfen.
Hierdurch wird der Hersteller des neuen Befestigungsmittels in die
Lage versetzt, seinen Kunden Angaben über mögliche Auslösekräfte der Schraube aus der Hülse machen zu
können.
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Ein
weiterer, wichtiger Vorteil des Befestigungsmittels besteht in seiner
günstigen
Fertigungsfolge. Diese kann so erfolgen, daß zunächst der Ring auf den noch
gewindefreien Schraubenrohling geschoben und anschließend das
Gewinde aufgerollt wird. Durch das Gewinderollen wird die Maßhinterschneidung
erzeugt, die den Ring unverlierbar auf dem Schaft hält. Danach
werden die Hülse
und etwaige weitere Beistellelemente aufgeschoben, die allesamt über den
Ring unverlierbar an der Schraube gehalten werden.
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Alternativ
wird die Aufgabe der Neuerung dadurch gelöst, daß der Hülsenhalter als eine auf dem schraubenkopfseitigen
Ende der Hülse
aufliegende Ringscheibe ausgebildet ist, die mit mindestens einem
Halteelement versehen ist, welches an der Außenseite der Hülse zumindest
teilweise anliegt, wodurch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Hülse und
der Ringscheibe besteht.
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Eine
solche Lösung
hat den Vorteil, daß eine Verbindung
zwischen der Ringscheibe und der Hülse geschaffen wird, die bereits
bei nicht angezogener Schraube besteht. Eine solche Verbindung kann
vor allem dann hilfreich sein, wenn die Ringsscheibe ein Widerlager
für ein
Kompressionselement bildet, welches innerhalb des Schraubverbandes
eingespannt wird.
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Als
weitere Lösungsalternative
schlägt
die Neuerung vor, den Hülsenhalter
als eine auf dem schraubenkopfseitigen Ende der Hülse aufliegende Ringscheibe
auszubilden, die mit Schnappelementen versehen ist, welche in Vertiefungen
an der Außenseite
der Hülse
eingreifen.
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Hierdurch
wird ebenfalls eine Verbindung zwischen Ringscheibe und Hülse geschaffen,
die geeignet ist, das Ringscheibe als Widerlager zu verwenden. Nach
dieser Ausführung
besteht jedoch eine besonders stabile, formschlüssige Verbindung zwischen der
Ringscheibe und der Hülse.
Die Schnappverbindung vermeidet wie auch die kraftschlüssige Verbindung
von vorne herein problematische Gefügeveränderungen durch Schweißungen und
ist stabiler auszuführen
als Löt-
oder Klebverbindungen. Darüber
hinaus ist diese Schnappverbindung noch einfach zu fügen. Die
Schnappelemente der Ringscheibe werden hierzu mit geringer Kraft
auf die Hülse
aufgeschoben; sie dienen hierbei als Führung und Zentrierhilfe. Seine
korrekte Endposition an der Hülse
erreicht die Ringscheibe, sobald die Schnappelemente in die für sie bestimmten
Vertiefungen einrasten.
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Zweckmäßigerweise
werden die einzelnen Vertiefungen an der Außenseite der Hülse zu einer die
Hülse an
ihrer Außenseite
umlaufenden Nut zusammengefaßt.
Dies erschließt
weitere Vorteile sowohl in der Fertigung der Hülse als auch in der Montage
des gesamten Befestigungsmittels. Beim Aufschieben der Ringscheibe
auf die Hülse
muß keine bestimmte
Winkelausrichtung eingehalten werden.
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Für einige
Anwendungsfälle
ist wichtiger, das Befestigungsmittel besonders kostengünstig herzustellen
als Hülse
und Ring mit einer definierten und reproduzierbaren Kraft zu fügen. Dies
kann dadurch erreicht werden, daß der der als Ring ausgebildete Hülsenhalter
an seiner Außenseite
mit einer Rändelung
versehen wird. Die Rändelung
kann während des
Fügevorgang
in einem gewissen Maße
plastisch verformt werden, so daß Ringaußen- und Hülseinnendurchmesser ohne weiteres
mit einem hohen Grundtoleranzgrad, sprich einer geringen IT-Qualität, gefertigt
werden können.
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Kostspielige
Toleranzen können
auch vermeiden werden, indem der als Ring ausgebildete Hülsenhalter
geschlitzt wird. Der Ring kann im unmontierten Zustand einen erweiterten
Außendurchmesser
erhalten, der sich erst beim Aufschieben der Hülse auf das endgültige Maß elastisch
einstellt.
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Das
Gewinde einer Schraube wird heute im Allgemeinen durch Rollen oder
Walzen gefertigt. Dieser Umformvorgang führt dazu, daß der Außendurchmesser
des Gewindes den Schaftdurchmesser übersteigt. In diesem Fall kann
auf eine eigens angeformte Durchmessererweiterung verzichtet werden.
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Ein
bei bekannten Befestigungsmitteln häufig anzutreffender Übelstand
besteht darin, daß sich der
Gewindeauslauf in dem Hülsenhalter
verfängt statt
gegen diesen anzuschlagen. Schlimmstenfalls lässt sich die Schraube aus dem
Befestigungsmittel herausdrehen; dies ist vor allem dann möglich, wenn das
Gewinde eine große
Steigung hat. Um diesen Nachteilen abzuhelfen, schlägt eine
Weiterbildung der Neuerung vor, die Höhe h des als Ring ausgebildeten
Hülsenhalters
größer als
die Steigung des als Durchmessererweiterung genutzten Gewindes zu wählen. Hierdurch
wird eine Gewindegängigkeit
des Ringes ausgeschlossen. In dem Befestigungsmittel können somit
auch Schrauben mit großer
Steigung, wie beispielsweise Blechschrauben oder gewindefurchende
Schrauben für
Kunststoff verwendet werden.
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Das
Befestigungsmittel läßt sich
durch Integration weiterer Komponenten vorteilhaft erweitern. Grundlage
einer solcher Erweiterung kann bei dem Befestigungsmittel nach Anspruch
1 ein Anlageelement bilden, welches am schraubenkopfseitigen Ende
der Hülse
angeordnet ist. Insbesondere für
Anwendungen in der Automobilindustrie ist es nämlich interessant, weitere
Bauteile z. B. aus Stahl oder Kunststoff mit in das Befestigungsmittel
zu integrieren. Auf diese Weise entstehen hochintegrierte Montagegruppen,
die eine besonders wirtschaftliche Fertigung gestatten. Die Zusammenstellung
derartiger Montagegruppen wird durch die bereits angesprochene,
günstige
Fertigungsfolge des Befestigungsmittels erheblich erleichtert.
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Das
Befestigungsmittel wird sinnvoll durch ein die Hülse umgebendes Kompressionselement
erweitert. Das Kompressionselement wird bei angezogener Schraubverbindung
zwischen Anlageelement und Werkstück bzw. zwischen Ringscheibe
und Werkstück
verpreßt
und dient dazu, die Elastizität
der Verbindung zu definieren.
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Als
Kompressionselement eignet sich insbesondere ein Ring aus einem
gummielastischen Werkstoff, dessen dynamische Eigenschaften sich
innerhalb eines großen
Bereichs mittels Variation der Gestalt und/oder der Werkstoffeigenschaften
einstellen lassen. Somit kann genausogut eine vom Anzugsmoment der
Schraube unabhängige
Vorspannung der Verbindung oder zwecks Schallentkopplung eine bestimmte
Dämpfung
erreicht werden.
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Zusätzliche
Weiterbildungen der Neuerung sehen vor, das Anlageelement bzw. die
Ringscheibe im wesentlichen in Gestalt einer Spannscheibe auszuführen. Eine
solche Anordnung ist beispielsweise dafür geeignet, ein Werkstück aus einem
harten Kunststoff auf einem metallischen Werkstück zu befestigen. Die Haltekraft,
die auf das Kunststoff-Bauteil einwirkt, ergibt sich aus dem Federweg
des spannscheibenartigen Elementes, nicht jedoch aus dem Anzugsmoment
der Schraube. Auf diese Weise läuft das
Kunststoff-Bauteil nicht Gefahr, beschädigt zu werden, wenn das vorgesehene
Anzugsmoment der Schraubverbindung überschritten wird.
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Um
eine günstige
Krafteinleitung von der Hülse
in das Basiswerkstück
zu gewährleisten,
ohne dabei dessen zulässige
Flächenpressung
zu überschreiten,
schlägt
eine weitere Ausführung
der Neuerung vor, an dem, dem Schraubenkopf abgewandten Ende der
Hülse einen
Aufstandfuß vorzusehen.
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Fertigungstechnisch
vorteilhaft kann es sein, aus Hülse
und Aufstandfuß ein
einziges, integriertes Bauteil zu bilden.
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Anhand
der Figuren sollen nun mögliche Ausführungsformen
des neuen Befestigungsmittels vorgestellt werden. Es zeigen:
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1: Befestigungsmittel mit
als Ring ausgebildetem Hülsenhalter
und bei welchem das Gewinde die Durchmessererweiterung ist;
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2: Befestigungsmittel mit
als Ring ausgebildetem Hülsenhalter,
Aufstandfuß,
Anlage- und Kompressionselement und bei welchem das Gewinde die
Durchmessererweiterung ist, vormontiert, unverspannt;
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3: Befestigungsmittel aus 2, zwei Werkstücke fügend;
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4: Befestigungsmittel, bei
welchem das Gewinde die Durchmessererweiterung ist mit als Ring
ausgebildetem Hülsenhalter
und spannscheibenartigen Anlageelement;
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5: Befestigungsmittel, bei
welchem das Gewinde die Durchmessererweiterung ist mit als Ring
ausgebildetem Hülsenhalter,
Anlage- und Kompressionselement, Zusatzbauteil, Aufstandfuß und Hülse integriert,
vormontiert, unverspannt;
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6: Ring mit Rändelung
gemäß Anspruch 5,
in Seitenansicht;
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7: Ring gemäß Anspruch
6, geschlitzt, in Draufsicht;
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8: Befestigungsmittel, bei
welchem das Gewinde die Durchmessererweiterung ist mit als Ringscheibe
ausgebildetem Hülsenhalter
und Halteelement gemäß Anspruch
2, vormontiert, unverspannt;
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9: Befestigungsmittel, bei
welchem das Gewinde die Durchmessererweiterung ist mit als Ringscheibe
ausgebildetem Hülsenhalter
und Schnappelementen gemäß Anspruch 4,
vormontiert, unverspannt.
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Das
Befestigungsmittel ist in seiner Gesamtheit mit der Ziffer 0 bezeichnet. 1 zeigt es in einem minimalen
Aufbau. In diesem Aufbau setzt es sich aus einer Schraube 1,
einer Hülse 2 und
einem als Ring 3 ausgebildeten Hülsenhalter zusammen. Der Gewindeaußendurchmesser
der Schraube 1 übersteigt
ihren Schaftdurchmesser. Deswegen kann auf eine eigens angeformte
Durchmessererweiterung im Bereich des Schaftes verzichtet werden.
Der Ring 3 wird mittels Kraftschluß in der Hülse 2 gehalten. Sein
lichter Innendurchmesser überschreitet
den Schaftdurchmesser der Schraube 1, unterschreitet jedoch
ihren Gewindeaußendurchmesser.
Auf diese Weise bildet der Ring 3 einen Anschlag für den schraubenkopfseitigen
Gewindeauslauf, so daß die Schraube 1 in
der Hülse 2 unverlierbar
gehalten wird.
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2 zeigt ein um ein Anlageelement 4,
ein Kompressionselement 5 und um einen Aufstandfuß 6 erweitertes
Befestigungsmittel 0 im in sich vormontierten, jedoch unverspannten
Zustand. Der Aufstandfuß 6 ist
an dem Ende der Hülse 2 angeordnet, welches
dem Schraubenkopf abgewandt ist. Der Aufstandfuß 6 ist mittels eines
Preßsitzes
mit der Hülse 2 verbunden.
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3 zeigt dasselbe Befestigungsmittel 0 im montierten
Zustand, zwei Werkstücke 7, 8 fügend. Das
Kompressionselement 5 wird innerhalb dieses Schraubverbandes
gestaucht und bestimmt maßgeblich
die Haltekraft, die auf das Werkstück 7 wirkt. Eine solche
Anordnung wird verwendet, um eine schallentkoppelnde Verbindung
zwischen den Werkstücken 7, 8 zu
schaffen. Der Aufstandfuß 6 dient
dazu, die Aufstandfläche
des Befestigungselements 0 zu vergrößern und so die Flächenpressung
auf das Werkstück 8 zu
verringern.
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4 zeigt ein Befestigungsmittel 0 gemäß Anspruch
12, bei dem das Anlageelement 3 im wesentlichen die Gestalt
einer Spannscheibe aufweist.
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5 zeigt ein Befestigungsmittel 0,
bei welchem das Gewinde als Durchmessererweiterung im Bereich des
Schaftes dient, mit einem als Ring 3 ausgebildeten Hülsenhalter,
einem Anlageelement 4, einem Kompressionselement 5,
einem Aufstandfuß 6, der
zusammen mit der Hülse 2 gemäß Anspruch
16 ein Bauteil bildet und mit einem Zusatzbauteil 9, welches
als Teilelement des Befestigungsmittels 0 zusammen mit
diesem der Montage zugeführt
wird. Ein solches hochintegriertes Befestigungsmittel 0 wird wie
folgt hergestellt: Zunächst
wird das Anlageelement 4 und der Ring 3 auf den
noch gewindefreien Schraubenrohling aufgeschoben und danach das Gewinde
aufgerollt oder gewalzt. Der Außendurchmesser
eines auf diese Weise angeformten Gewindes übersteigt den Schaftdurchmesser,
so daß Anlageelement 4 und
Ring 3 unverlierbar auf der Schraube 1 gehalten
werden. Auf das aus Hülse 2 und
Aufstandfuß 6 gebildete
Bauteil wird das Zusatzbauteil 9 und das Kompressionselement 5 aufgesteckt.
Die letztgenannte Anordnung wird abschließend auf die Schraube 1 aufgeschoben,
die Hülse 2 dabei über den
Ring 3 gepreßt.
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6 zeigt den Ring 3 in
einer Ausführung gemäß Anspruch
5 in Seitenansicht. In die Außenseite
des Ringes 3 ist eine Rändelung 10 eingedrückt. Die
Höhe des
Ringes 3 wird mit h bezeichnet.
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7 zeigt Ring 3 in
einer Ausführung
gemäß Anspruch
6 in Draufsicht. Der Ring 3 ist hier geschlitzt.
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Das
in 8 gezeigte Befestigungsmittel 0 setzt
sich aus einer Schraube 1, einer Hülse 2 und aus einem
als Ringscheibe 11 ausgebildeten Hülsenhalter zusammen. Das Gewinde
wird als Durchmesserweiterung genutzt. Die Ringscheibe 11 ist
mit einer Öffnung 12 versehen,
deren lichter Innendurchmesser den Schaftdurchmesser der Schraube 1 überschreitet,
deren Gewindeaußendurchmesser aber
unterschreitet. Die Ringscheibe 11 ist mittels eines Halteelementes 15 kraftschlüssig der
Hülse 2 verbunden.
Auf diese Weise bildet die Ringscheibe 11 einen Anschlag
für den
schraubenkopfseitigen Gewindeauslauf, so daß die Schraube 1 in
der Hülse 2 unverlierbar
gehalten wird.
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Auch
in 9 setzt sich das
Befestigungsmittel 0 aus einer Schraube 1, einer
Hülse 2 und
aus einem als Ringscheibe 11 ausgebildeten Hülsenhalter
zusammen. Die Ringscheibe 11 ist mit einer Öffnung 12 versehen,
deren lichter Innendurchmesser den Schaftdurchmesser der Schraube 1 überschreitet,
deren Gewindeaußendurchmesser
aber unterschreitet. Auf diese Weise bildet die Ringscheibe 11 einen
Anschlag für
den schraubenkopfseitigen Gewindeauslauf, so daß die Schraube 1 in
der Hülse 2 unverlierbar
gehalten wird. Die Ringscheibe 11 ist mittels einer Schnappverbindung
mit der Hülse 2 verbunden.
Die Schnappverbindung entsteht dadurch, daß die Ringscheibe 11 mit
federnden Schnappelementen 13 versehen ist, die in eine
die Hülse 2 an
ihrer Außenseite
umlaufenden Nut 14 eingreifen. Hierdurch entsteht zwischen
Hülse 2 und
Ringscheibe 11 eine formschlüssige Verbindung.