DE2656832A1 - Sicherheitsscheibe - Google Patents

Sicherheitsscheibe

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DE2656832A1
DE2656832A1 DE19762656832 DE2656832A DE2656832A1 DE 2656832 A1 DE2656832 A1 DE 2656832A1 DE 19762656832 DE19762656832 DE 19762656832 DE 2656832 A DE2656832 A DE 2656832A DE 2656832 A1 DE2656832 A1 DE 2656832A1
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Germany
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washer
fastening part
safety
torque
frictional
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DE19762656832
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English (en)
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Albert Dipl Ing Busler
Martin Dr Richter
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Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
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Priority to FR7720304A priority patent/FR2359313A1/fr
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Priority to AT516377A priority patent/AT359780B/de
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B31/00Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts
    • F16B31/02Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts for indicating the attainment of a particular tensile load or limiting tensile load
    • F16B31/028Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts for indicating the attainment of a particular tensile load or limiting tensile load with a load-indicating washer or washer assembly
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16B13/04Dowels or other devices fastened in walls or the like by inserting them in holes made therein for that purpose with parts gripping in the hole or behind the reverse side of the wall after inserting from the front
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    • F16B13/063Dowels or other devices fastened in walls or the like by inserting them in holes made therein for that purpose with parts gripping in the hole or behind the reverse side of the wall after inserting from the front combined with expanding sleeve by the use of an expander
    • F16B13/066Dowels or other devices fastened in walls or the like by inserting them in holes made therein for that purpose with parts gripping in the hole or behind the reverse side of the wall after inserting from the front combined with expanding sleeve by the use of an expander fastened by extracting a separate expander-part, actuated by the screw, nail or the like
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Description

  • Sicherheitsscheibe
  • Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsscheibe für ein gegen einen Untergrund anziehbares Befestigungsteil, wie eine Schraube oder eine Mutter.
  • Beim Anziehen von Schrauben und Muttern soll, insbesondere bei Dübeln, das Befestigungsteil häufig nur mit einer bestimmten Kraft, aber auch mit mindestens dieser Kraft, axial gegen den Untergrund angezogen werden.
  • Bei klar definierten Verhältnissen, bei denen ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Drehmoment, mit dem die Schraube angezogen wird, und der Kraft, mit dem sie axial gegen den Untergrund wirkt, besteht, werden dementsprechend Drehmomentschlüssel verwandt, so daß die Schraube bis zum Erreichen eines bestimmten Drehmomentes angezogen werden kann, das dann einer bestimmten gewünschten Anzugskraft entspricht.
  • Selbst hier ist es aber erwünscht, ohne ein solches, relativ teures Instrument auszukommen, das bei einer Verwendung z.B.
  • auf Baustellen zu leicht beschädigt werden kann. Vor allem wird es in der Praxis häufig vorkommen, daß das Anziehen entweder vergessen oder böswillig unterlassen wird, was dann nicht auf einfache Weise nachgeprüft werden kann. Ein Drehmomentschlüssel muß aber von vornherein bei einer Bestimmung der Anzugskraft dort versagen, wo kein solches eindeutiges Verhältnis zwischen Drehmoment und Anzugskraft besteht.
  • Um zu erkennen, wann eine bestimmte Mindestanzugskraft erreicht ist, werden zerstörbare oder axial stauchbare Elemente vorgeschlagen, Ferner gibt es Vorschläge, die Mutter oder den Schraubenkopf zerstörbar auszugestalten.
  • Dabei entstehen scharfe Kanten und Grate, die eine bedeutende Verletzungsgefahr darstellen. Außerdem weisen die Bruchstellen keinen Korrosionsschutz mehr auf, so daß die Verbindung mit der Zeit zerstört werden kann.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einfache und sichere Kontrolleinrichtung zu schaffen, die anzeigt, wenn die Anzugskraft des Befestigungsteils an den Untergrund (und damit die Auszugsfestigkeit) einen bestimmten Wert erreicht bzw. überschritten hat.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem Befestigungsteil und dem Untergrund zwei axial aufeinanderliegende Ringscheiben in der Art von Unterlagsscheiben angeordnet sind, die über eine Sollbrucheinrichtung formschlüssig oder stofschlüssig drehfest miteinander verbunden sind, daß die erste Ringscheibe zwischen dem Befestigungsteil und der zweiten Ringscheibe und die zweite Ringscheibe zwischen der ersten Ringscheibe und dem Untergrund angeordnet ist, und daß die Reibmomente zwischen dem Befestigungsteil, der ersten Ringseheibe, der zweiten Ringscheibe und dem Untergrund durch Bemessung der Reibbeiwerte rid der wirksamen Reibradien so gewShlt sind, daß bei Erreichen einer vorbestimmten, vom Befestigungsteil auf die Sicherheitsscheibe ausgeübten Anzugskraft die Sollbrucheinrichtungdurch ein Drehmoment zwischen beiden Ringscheiben überlastet wird und damit die beiden Ringscheiben zur Drehung relativ zueinander freigegeben werden, und daß eine die Verdrehung der beiden Ringscheiben gegeneinander sichtbarmachende Anzeigeeinrichtung vorgesehen ist.
  • Es werden also zwischen das Befestigungsteil und den Untergrund im wesentlichen zwei Ringscheiben angeordnet, bei denen es wesentlich ist, daß sie die ganze Kraft, die das Befestigungsteil axial auf den Untergrund ausübt, übertragen.
  • Die Ringscheiben sind zweckmäßig aus Metall, z.B. verzinktem Stahl, oder einem anderen geeigneten Werkstoff. Durch die zwischen den einzelnen Bestandteilen der Einrichtung herrschenden Kraft wird, wenn man die Bestandteile gegeneinander zu verdrehen versucht, ein Widerstand entgegengesetzt.
  • Dieser Widerstand entsteht durch Reibung, ist also bis zu einem Maximalwert gleich dem ausgeübten Drellmoment, dem er ariderstellt.
  • Dieser Widerstand ist eine Größe der Größenart Drehmoment.
  • Der Maximalwert des Wi(lerstnIldes werde daher Reibmoment, MII bei lIaitreiblIng, Ut bei Gleitreibung, genannt. Die Reibmomente sind damit analog zu den Reibungskräften definiert.
  • Sind Reibungskräfte die Produkte aus den Kräften K, unter denen je zwei Teile berührend aneinanderliegen und den Reibungsbeiwerten /uH (bei der Haftreibung) und zur (bei der Gleitreibung)> so sind die Reibmomente die Produkte aus den Kräften K, in unserem Falle also der Anzugskraft, den Reibungsbeiwerten /uH bzw. /uG und den Radien R, an denen diese Kräfte angreifen.
  • Sind in einem Fall mehrere oder sogar unendlich viele Radien zu berficksichtigen, d.h. muß über die Radien und die an ihnen angreifenden Kräfte integriert werden, so kann man das Ergebnis durch Verwendung eines "wirksamen Reibradius" R ausdrücken, der hier der Einfachheit halber immer benutzt wird und im folgenden in diesem Sinne zu verstehen ist. Es gilt also: MH K /UH R MG = Bei dem Haftreibungsmoment MH ist wie gesagt zu beachten, daß es sich bei dieser Definition um den Maximalwert (selbstverständlich bei festem K!) des Drehmomentes handelt, das einem äußeren Drehmoment entgegengesetzt werden kann. Auch "die Haftreibung" ist ja als der Maximalwert definiert, bei dessen Überschreiten die Verbindung gelöst wird.
  • Bei geringeren äußeren Momenten als diesem Maximalwert wird immer nur gerade der Widerstand erzeugt, der eine Bewegung, hier also Drehung, verhindert. Dieser Widerstand werde im Unterschied zu dem (maximalen) (Haft-) Reibungsmoment "wirkendes Reibmoment" genannt. Sein Maximum ist das Reibmoment schlechthin. Gleitreibungsmomente sind in diesem Sinne natürlich immer maximal (bei ebenfalls festem K).
  • Wird im folgenden einfach davon gesprochen, daß das Reibmoment zwischen zwei ersten Teilen größer sei als das Reibmoment" zwischen zwei anderen Teilen, so soll das bedeuten, daß sowohl das Haft- als auch das Gleitreibungsmoment zwischen den ersten Teilen größer ist als sowohl das Haft- als auch das Oleitreibungsmoment zwischen den anderen Teilen.
  • Unter "dem Moment" MST schlechthin, das eine Sollbrucheinrichtung ausübt, sei wieder das maximale Drehmoment verstanden, das sie einer Verdrehung der durch die verbundenen Teile gegeneinander entgegensetzen kann. Es ist selbstverständlich, daß bei äußeren Drehmomenten, deren Betrag kleiner ist als der des maximalen Momentes MST, von der Sollbrucheinrichtung auch nur ein kleineres, entgegengesetzt gleiches, Moment aufgebracht wird. Dies heiße entsprechend "wirkendes Drehmoment" der Sollbrucheinrichtung.
  • Wird ein (Haft-) Reibmoment vom äußeren Drehmoment überschritten, so fangen sich die Teile gegeneinander zu verdrehen an. Dabei werden sich die Teile gegeneinander verdrehen, für die das Produkt XuH R am kleinsten ist, da K für alle voraussetzungsgemäß gleich ist. Dem ist durch passende Dimensionierung von 1u R Rechnung zu tragen, worauf anhand eines Diagramms noch näher eingegangen werden wird.
  • Bei der vorliegenden Anordnung wird dem Reibmoment zwischen den Ringscheiben noch ein Moment MST mit konstantem, also nicht durch K veränderlichen, (Maximal-) Wert hinzugefügt.
  • Das geschieht durch eine Verbindung mit Sollbrucheinrichtung zwischen den Ringscheiben. Sei B die (Bruch-) Kraft, die zur Zerstörung der Sollbrucheinrichtung benötigt wird. Dann ist das zur Zerstörung nötige Drehmoment gleich B x RST, wobei RST der Abstand der Sollbrucheinrichtung von der Drehachse ist. B x RST ist das (maximale) Moment, das die Sollbrucheinrichtung einer relativen Verdrehung zwischen den Ringscheiben entgegenzusetzen vermag, also B x R = M .
  • ST ST Durch passende Dimensionierung der Reibbeiwerte µ und der wirksamen Reibradien R sowie der I3ruclikraft 13 und des Radius RST läßt sich eine vorherbestimmbare Anzugskraft K' einstellen, bei der die auf die Soilbrucheinriciitung durch ein Drehmom@nt ausgeübte Kraft gleich der Bruchkraft 13 wird und somit ausweicht, die Sollbrucheinrichtung zu zerstiren. Dann werden sich, immer bei entsprechender Wahl der Reibbeiwerte und der wirksamen Reibradien, die Ringscheiben gegeneinander verdrehen, was auf irgendeine Weise, z.B. durch farbige Markierungen oder durch andere Elemente der Sicherheitsscheibe, deren Lageänderung eine Verdrehung sichtbar macht, angezeigt werdenkann.
  • Es ist also ein einfach und billig herzustellendes und einfach anwendbares Sicherheitsteil geschaffen, das, ohne größeren Raum zu benötigen und ohne daß zu seiner Anbringung oder Benutzung zusätzliche Werkzeuge notwendig sind, und ohne die Anbringung oder Anziehung des Befestigungsteils zu hindern, anzeigt, wann eine bestimmte, eingestellte Kraft erreicht oder überschritten ist. Dieses Teil dient nach Abschluß des Befestigungsvorganges als gewöhnliche Beilagscheibe und stört so auch dann nicht, wenn es seinen eigentlichen Zweck erfüllt hat.
  • Die Bedingungen für eine geeignete Anzeige der Sicherheitsscheibe durch geeignete Wahl der Reibbeiwerte und Reibradien werden vorteilhaft dadurch erfüllt, daß beim Anziehen des Befestigungsteiles gegen die Sicherheitsscheibe das Reibmoment M2 zwischen der ersten und der zweiten Ringscheibe kleiner ist als sowohl das Reibmoment M1 zwischen dem Befestigungsteil und der ersten Ringscheibe als auch das Reibmoment N3 zwischen der zweiten Ringscheibe und dem Untergrund und daß die Sollbrucheinrichtung- so ausgebildet zeit, daß beim Anziehen des Befestigung9tE-ils bei der vorbestimmten Anzugskraft das Differenz-Reibmonent aus dern kleineren der Reibmomente M1 bzw. M3 und dem Reibmoment M2 ausreicht, um die Sollbrucheinrichtung brechen zu lassen.
  • Dies wird im Folgenden anhand des in Fig. 1 dargestellten Diagramms näher erläutert. Dabei ist, ohne Beschränkung der Allgemeinheit der Betrachtungen, angenommen, daß das Reib-M1 also das Reibmoment moment # zwischen dem Befestigungsteil und der ersten Ringscheibe, kleiner ist als das Reibmoment M3, also das Reibmoment zwischen der zweiten Ringscheibe und dem Untergrund.
  • Dies ist nicht in allen Fällen notwendig. Es ist aber dort zweckmäßig, wo die Beschaffenheit des Untergrundes nicht von vornherein feststeht, also für M3 keine definierten Verhältnisse vorliegen.
  • In dem Diagramm der Fig. 1 sind die Reibmomente beliebig, aber unter Einhaltung der obigen Bedingungen, über der Anzugs kraft K aufgetragen. Dies ist durch durchgehende Kurven, die an der Seite bezeichnet sind, geschehen. Auf der Momentachse ist das konstante (d.h. K-unabhängige) Moment MST abgetragen. Die gestrichtelte Kurve stellt die Summe aus M2H und MST dar, also das maximale wirkende Moment zwischen den Ringscheiben bis zum Bruch der Sollbrucheinrichtung.
  • Beim Anlegen eines äußeren Drehmoments, z.B. durch Anziehen des Befestigungsteils, wird sich ein Bestandteil der Anordnung gegen einen anderen verdrehen. Das wird dort geschehen, wo das HaStreibungsmoment zuerst vom äußeren Drehmoment überschritten wird. An sich gälte das für die Kurve M2,H Die Ringscheiben können sich aber wegen der zwischen ihnen angebrachten Sollbrucheinrichtung nicht gegeneinander verdrehen. Hier wird sich also das Befestigungsteil gegen die erste Ringscheibe zu verdrehen begingen, da ja das Reibmoment zwischen dem Befestigungsteil und der ersten Ringscheibe'M1, kleiner angenommen ist als das Reibmoment zwischen der zweiten Ringscheibe und dem Untergrund M. Bei einer Bewegung ist dann natürlich es die Kurve der Gleitreibung MirG bestimmend, denni/wcird immer nur soviel äußeres Moment nötig sein und angewendet werden, wie gerade zum Beginn oder zum Weiterführen der Bewegung nötig ist. Bei einer Drehung des Befestigungsteiles wird normalerweise gleichzeitig die Kraft verstärkt werden, mit der das Befestigungsteil gegen den Untergrund und damit auch gegen die Sicherheitsscheibe gepreßt wird. Das Gleitreibmoment M1,G wird, wie die anderen Reibmomente auch, proportional zu K wachsen und ein entsprechend größeres äußeres Moment wird nötig sein, um eine Drehung aufrechtzuerhalten.
  • Es sei angemerkt, daß die Drehung und die Steigerung der Kraft K nicht in einem Zusammenhang stehen müssen. Die Sicherheitsscheibe ist auch dort einsetzbar, wo K etwa auf eine andere Weise erzeugt wird. Die Drehung ist zur eventuellen Auslösung der Sicherheitsscheibe nötig.
  • Der Verlauf des äußeren Drehmomentes ist durch die gepunktete Kurve dargestellt. Setzt die Bedienungsperson, die das äußere Drehmoment aufbringt, während dieses Vorganges ab, z.B. bei den Kräften K1, K2, K3, dann kommt die Bewegung zum Stillstand. Das äußere Drehmoment springt auf die Haftreibungskurve M1,H und fällt beim Neuansetzen und Weiterbewegung wieder auf M1>G ab. Nun sind zwei Fälle zu unterscheiden. Zuerst werde angenommen, daß nach dem vom Schnittpunkt der gestrichtelten Kurve M2,H + MST mit der durchgezogenen Kurve M gefällten, gestrichtelt-gekreuzten Lot, 1,H dessen Fußpunkt K4 genannt werde, die Drehung des Befestigungst-eiles nicht mehr abgesetzt werde, das äußere Drehmoment sich also immer auf der Kurve M1,G bewege. Beim Schnittpunkt dieser Kurve mit der gestrichtelten Kurve M,,H + MST wird die Sollbrucheinrichtung brechen, denn der Schnittpunkt bedeutet ja gerade, daß das Gleitreibmoment M1,G, das zwischen Befestigungsteil und erster Ringscheibe wirkt und entsprechend auch zwischen erster und zweiter Ringscheibe, größer geworden ist als das Moment M + M , das die 2,H ST Reibung zwischen der ersten und der zweiten Ringscheibe vereint mit dem Moment, das der Stift aust, ausüben kann.
  • Beim Bruch der Sollbrucheinrichtung wird das äußere Drehmoment nun auf die liaft- bzw. Gleitreibkurve M2 abfallen, je nachdem angehalten wird oder nicht. Der Fußpunkt des Lots zu diesem Vorgang werde Kg genannt.
  • Jetzt sei angenommen, die Drehbewegung werde nach dem Lot auf Kq noch einmal angehalten und zwar bei K5. Beim Wiederansetzen gilt aber die Kurve M1 H für das vor einer erneuten 1,H Bewegung wirkende Drehmoment. Diese Kurve hatte aber die Kurve M2>H + MST schon geschnitten. Beim Wiederansetzen wird die Sollbrucheinrichtung also breichen, und nun bei K 5 Das äußere Drehmoment wird also entsprechend bei K5 auf das Haft- bzw. Gleitreibmoment M2 abfallen können. Diese Vorgänge werden durch die gepunktet-gekreuzte Linie dargestellt. Die gepunktete kurze Fortsetzung soll, wie bei andeuten, das das Befestigungsteil noch bis zu einem Anschlag weitergedreht werden kann, der ev. ausgebildet ist.
  • Aus dem Diagramm lassen sich für die zweckmäßige Ausgestaltung der Sicherheitsscheibe unmittelbar einige Schlüsse ziehen.
  • Die Streuung zwischen K4 und K6 wird um so geringer sein, je näher der Haft- und der Gleitreibbeiwert 1u1,11 und 1u1>G beieinanderliegen.
  • Die Genauigkeit des K, bei dem die Sicherheitsscheibe ausgelöst wird, wird, bei praktisch unvermeidlichen Streuungen von MST bei der Fertigung, desto größer sein, je größer der Winkel 4 , also der Winkel zwischen den Kurven der Reibmomente M2 und M1 ist. Dies ljßt sich z.B. zuerst einmal dadurch erreichen, daß M2 möglichst klein gemacht wird.
  • Auf die Größe anderer Reibmomente kommt es nicht an, so bald sie nur größer sind als die in Betracht stehenden (s. hier z.B.M3, das größer ist als M1 und M2). Daraus folgt auch, daß, z.B. zur besseren Verteilung der Kraft oder zur Erzielung definierterer Werte für die Reibmomente, weitere Elemente, z.B. weitere Scheiben, zur Sicherheitsscheibe hinzugefügt werden können, sofern obige Bedingungen erfüllt bleiben.
  • Durch entsprechende Ausbildung der Elemente bzw. von deren Reibbeiwerten und wirksamen Reibradien> können diese allerdings zwischen sich auch die Funktion des Kleineren der Reibmomente M1 und M3 übernehmen.
  • Bei gegebenem M1 (bei M1< M3, bzw. bei gegebenem M bei 3 M3 c M1) und M2 läßt sich aus dem Diagramm nun auch einfach angeben, wie die Sollbrucheinrichtung ausgebildet sein muß, um bei einem vorbestimmten K zu brechen: ihr Moment MST muß gerade gleich der Differenz von M (bzw. M ) und M bei die-1 3 2 sem K sein.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Bedingungen für die Reibmomente dadurch besser erfüllt, daß zwischen der ersten und der zweiten Ringscheibe eine dünne Schicht mit niedrigen Reibungsbeiwerten, z.B. aus Teflon, angeordnet ist.
  • Dadurch, daß /u2 besonders niedrig gehalten wird, kann M1 in weiteren Bereichen variiert werden, je nach den Erfordernissen des Anwendungsbereiches Auch kann M2 gegenüber den anderen Größen u.U. ganz vernachlässigt werden, wodurch zwischen diesen anderen Größen einfachere rechnerische Beziehungen bestehen.
  • Statt der Teflonschicht könnten z.B. auch übliche Schmierstoffe verwendet werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Sollbrucheinrichtung zwischen der ersten und der zweiten Ringscheibe durch Formschluß und der Formschluß durch mindestens ein Scherelement gebildet. Hierbei bildet das Produkt aus Abscherkraft und Anbringungsradius das Moment MST, das das Scherelement einer Verdrehung zwischen der ersten und der zweiten Ringscheibe entgegen zu setzen vermag. Der besondere Vorteil der Verwendung von Scherelementen liegt darin, daß sich die Kraft B, die zur Abscherung nötig ist, gut festlegen läßt. Auch der Anbringungsradius RST läßt sich ohne großen Aufwand mit großer Genauigkeit herstellen. Die Genauigkeit der Faktoren macht aber auch ihr Produkt, das Moment MST , genau und trägt damit wieder zur Genauigkeit der Anzugs kraft K bei, bei der die Sollbrucheinrichtung bricht.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das mindestens eine Scherelement als Scherstift ausgebildet. Dies hat den Vorteil, daß für diesen Zweck ein anderes, geeigneteres Material z.B.
  • Aluminium, als für die Ringscheiben verwandt werden kann.
  • Dadurch können beispielsweise Korrosionsprobleme im Bruchbereich vermieden werden. Um einen sauberen Bruch der Scherstifte zu erreichen und ein Quetschen der Scherstifte zu vermeiden, können diese im Durchmesser abgesetzt, also z.B, als Stufenstifte ausgebildet werden. Damit wird die abzuscherende Bruchfläche genau definiert.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Sollbrucheinrichtung zwischen der ersten und der zweiten Ringscheibe durch Stoffschluß gebildet sein. Dies kann z.B, durch eine Punktschweißung, die sich sehr genau durchführen läßt, oder durch das Eingießen von Lot in vorgefertigte Löcher bzw.
  • Ausnehmungen geschehen.
  • Die Erfindung läßt sich dadurch weiter vorteilhaft ausgestalten, daß eine Anschlageinrichtung zur Begrenzung der relativen Verdrehung zwischen der ersten und der zweiten Ringscheibe an den Scheiben ausgebildet ist. Der Bereich der möglichen Verdrehung der beiden Scheiben gegeneinander wird beispielsweise 60 oder 900 gewählt, so daß keine Verchselungen möglich sind. Durch entsprechende äußere Form der beiden Scheiben, wie beispielsweise segmentartige Abschnitte oder Markierungen, ist die erfolgte Verdrehung von außen deutlich sichtbar.
  • Die Anschlageinrichtung läßt sich dadurch besonders vorteil-Kraft ausbilden, daß sie durch das Ende einer konzentrischen Nut in einer der Ringscheiben~in der ein der anderen Ringscheibe befestigter Laufstift läuft, gebildet wird. Der Laufstift kann gegebenenfalls wiederum als Scherstift ausgebJl<det sein, der in der oben geschilderten Weise bei einer zweiten, rnäßigöheren höheren Anzugskraft abgeschwert wird, wodurch diese zweite Kraft, die z.B. einen Toleranzbereich nach oben abgrenzt, angezeigt wird.
  • Vorteilhafterweise kann die zur Unterlage gerichtete Seite der zweiten Ringscheibe gerieft sein. Dadurch können die jeweiligen Bedingungen für die Reibmomente besser erfüllt werden und es ist weitgehend unabhängig von der Beschaffenheit des Untergrundes sichergestellt, daß M3 größer ist als M1, was in der Mehrzahl der Fälle zweckmäßig sein wird.
  • In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Befestigungsteil und der ersten Ringscheibe eine gewölbte Ringscheibe angeordnet, wobei das kleinere der Reibmomente zwischen dem Befestigungsteil und der gewölbten Ringscheibe bzw. der gewölbten Ringscheibe und der ersten Ringscheibe das nächstgrößere Reibmoment nach M2 sein kann, aber nicht kleiner oder gleich M2 ist.
  • Es wurde oben schon darauf hingewiesen, daß noch weitere Elemente zu den Ringscheiben hinzugefügt werden können, ohne die Funktion der Sicherheitsscheibe zu beeinträchtigen. Um die Kraft, bei der die Sicherheitsscheibe auslöst, berechnen bzw.
  • festlegen zu können, müssen nur im Bereich des kleinsten auftretenden Reibmomentes (und natürlich (und natürlich zwischen den Ringscheiben) definierte Verhältnisse herrschen. Die gewölbte Scheibe hat den Vorteil, auftretenden, ja recht großen Kräfte besser zu verteilen und somit zu verhindern, daß sich der (bei den bisherigen Betrachtungen als konstant angenommene) wirksame Reibradius- 1? bei größeren Kräften ändert und dadurch die Definiertheit der Verhältnisse zerstbrt.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen an bevorzugten Ausführungsformen im einzelnen erläutert.
  • Fig. 1 zeigt in einem Diagramm schematisch den Verlauf der Momente bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Sicherheitsscheibe, Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht im Schnitt einer bevorzugten Ausführungsform der Sieherheitsscheibe, zwischen einer Schraube und dem Untergrund.
  • Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform der Sicherheitsscheibe, vor dem Auslösen.
  • Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform der Sicherheitsscheibe, nach dem Auslösen.
  • Fig. 5 zeigt in Seitenansicht im Schnitt die Anwendung der Sicherheitsscheibe bei einem Dübel.
  • Fig. 1 wurde schon in der Beschreibungseinleitung aus führlich erläutert.
  • z 1 Fig 2 ist die Slcherheitsscheibe insgesamt mit 1 bezeichnet. Sie weist eine erste Ringscheibe 11 und eine zweite Ringscheibe 12 auf. Die Ringscheiben sind zweck«,ERig aus Metall, z.B. verzinktem Stahls. Edelstahl oder ähnlichem Maserial. Sie können aber z.B. auch aus geeignetem Kunststoff sein. Die beiden Ringscheiben sind durch einen Scherstift 13 verbunden. Der Scherstift ist im Durchmesser abgesetzt, so daß ein genau definierter Scherbruch ohne Biegungsbeeinflussung entsteht. Der Scherstift 13 kann beispielsweise aus Aluminium oder einer Leichtmetallegierung hergestellt werden, so daß nach dem Abscheren keine Korrosionsprobleme auftreten.
  • In der zweiten Ringscheibe ist konzentrisch zur Drehachse der Scheiben eine Nut 14 eingeschnitten, an deren einem Ende ein Laufstift 15 steht. Bei einer Verdrehung der Scheiben gegeneinander läuft der Stift 15 in der Nut 14 zu deren anderem Ende, wo er anschlägt und bei entsprechender Ausbildung gegebenenfalls ebenfalls abgeschert wird, wenn ein noch höherer Wert der Anzugskraft überschritten wird Die untere Seite der zweiten Ringscheibe ist gerieft, 16, um zwischen der zweiten Ringscheibe und dem Untergrund 3 auf jeden Fall einen hinreichend hohen Reibungskoeffizienten zu haben, damit sich die zweite Scheibe weder allein noch mit der ersten Ringscheibe zusammen gegen den Untergrund verdreht. Hingegen ist zwischen der ersten undderzu3eiten Ringscheibe eine Gleitschicht 17, z.B. ein ringscheibenförmiges Gebilde aus Teflon, angeordnet, um die Reibung zwischen den Scheiben auch bei großer Kraft K gering zu halten bzw. gegenüber den Reibùr zuischePl-den anderen Elementen vernachlässigen zu können.
  • In Fig. 3 wird die in Fig. 2 im Schnitt-- gezeigte bevorzugte Ausführungsform der Sicherheitssscheibe 1 in der Draufsicht gezeigt, und zwar in der ersten Stellung, vor dem Abscheren.
  • Die beiden Ringscheiben 11, 12 weisen je zwei zueinander parallele, in der ersten Stellung übereinanderliegende, gerade Kanten 20 durch Abschneiden von Kreisabschnitten auf. Die konzentrische Nut 14 in der zweiten Ringscheibe erstreckt sich über einen Winkel von 900, und der in ihr laufende Laufstift 15 an der ersten Ringscheibe ist in der ersten Stellung an ihrem ersten Ende angeordnet. Nach dem Abscheren des Scher-Stiftes 13 läuft der Laufstift 15 bis zum Anschlag der Nut am zweiten Ende, während sich die erste Ringscheibe gegen die zweite Ringscheibe um 900 verdreht.
  • Fig. 4 zeigt eine Draufsicht der Sicherheitsscheibe 1 nach dem Abscheren des Scherstiftes 13 und der Drehung um 900.
  • Die Abflachungen 20 an den Ringscheiben 11 und 12 liegen nun nicht mehr übereinander, so daß die Verdrehung und damit das Abscheren des Stiftes 13 von außen sofort erkennbar ist.
  • Der Laufstift 15 kann seinerseits wiederum als Scherstift ausgebildet sein und bei einer Erhöhung der Kraft K über einen zweiten Grenzwert beim weiteren Anziehen des Befestigungsteils 2 ebenfalls abgeschert werden, wodurch ein gewisser Sicherheitsbereich für die Kraft K bzw. das über schreiten dieses Sicherheitsbereiches angezeigt werden kann.
  • In Fig. 4 ist auch der in das maximale Moment, das der Scherstift 13 einer Verdrehung entgegensetzen kann, eingehende Radius RST eingezeichnet.
  • In Fig. 5 ist die Anwendung der Sicherheitsscheibe bei einem Dübel gezeigt. Wegen der hier auftretenden besonders großen Kräfte ist zur definierteren Verteilung dieser Kräfte eine gewölbte Beilagscheibe 18 zwischen dem Befestigungsteil 2, in diesem Falle einer Mutter, und der ersten Ringscheibe 11 angeorndet. Der Dübel selbst ist mit 4 bezeichnet. Der Dübel muß sich so fest im Untergrund verankert haben, daß die Spreizhülse 41 des Dübels nicht mit nennenswerter Kraft gegen die gewölbte Scheibe 18 drückt, da sonst die Anzeige der Sicherheitsscheibe verfälscht werden könnte. Damit die Spreizhülse 41 nicht schon gegen die Sicherheitsscheibe 1 stößt, ist das Ringloch 19 der Sicherheitsscheibe etwas größer ausgebildet.
  • - Ansprüche -

Claims (12)

  1. Ansprücfae Sicherheitsscheibe für ein gegen einen Untergrund unter Drehung anziehbares Befestigungsteil, wie eine Schraube oder eine Mutter, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen dem Befestigungsteil (2) und dem Untergrund (3) zwei axial aufeinanderliegende Ringscheiben (11, 12) in der Art von Unterlagsscheiben angeordnet sind, die über eine Sollbrucheinrichtung forinschlüssig oder stoffschlüssig drehfest miteinander verbunden sind, daß die erste Ringscheibe (11) zwischen dem Befestigungsteil ( 2) und der zweiten Ringscheibe (12) und die zweite Ringscheibe (12) zwischen der ersten Ringscheibe (11) und dem Untergrund (3) angeordnet ist, und daß die Reibmomente zwischen dem Befestigungsteil (2), der ersten Ringscheibe (11), der zweiten Ringscheibe (12) und dem Untergrund (3) durch Bemessung der Reibbeiwerte und der wirksamen Reibradien so gewählt sind, daß bei Erreichen einer vorbestimmten, vom Befestigungsteil (2) auf die Sicherheitsscheibe ausgeübten Anzugskraft die Sollbrucheinrichtung durch ein Drehmoment zwischen beiden Ringscheiben (11,12) überlastet wird und damit die beiden Ringscheiben (11, 12) zur Drehung relativ zueinander freigegeben werden, und daß eine die Verdrehung der beiden Ringscheiben gegeneinander sichtbarmachende Anzeigeeinrichtung (20) vorgesehen ist.
  2. 2. Sicherheitsscheibe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß beim Anziehen des Befestigungsteils (2) gegen die Sicherheitsschejbe (1) das Reibmoment M2 zwischen der ersten (11) und der zweiten (12) Ringscheibe kleiner ist als sowohl das Reibmoment M1 zwischen dem Befestigungsteil (2) und der ersten Ringscheibe (11) als auch das Reibmoment M3 zwischen der zweiten Ringscheibe (12) und dem Untergrund (3) und daß die Sollbrucheinrichtung so ausgebildet ist, daß beim Anziehen des Befestigungsteils (2) bei der vorbestimmten Anzugskraft das Differenz-Reibmoment aus dem kleineren der Reibmomente Mt bzw. M3 und dem Reibmoment M2 ausreicht, um die Sollbrucheinrichtung brechen zu lassen.
  3. 3. Sicherheitsscheibe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen der ersten (li) und der zweiten (12) Ringscheibe eine dünne Schicht (17) mit niedrigen Reibungsbeiwerten z.B. aus Teflon, vorgesehen ist.
  4. 4. Sicherheitsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Sollbrucheinrichtung zwischen der ersten (11) und der zweiten (12) Ringscheibe durch Formschluß und der Formschluß durch mindestens ein Scherelement (13) gebildet wird.
  5. 5. Sicherheitsscheibe nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n £ e i c h n e t, daß das mindestens eine Scherelement als Scherstift (13) ausgebildet ist.
  6. 6. Sicherheitsscheibe nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Scherstift (13) als Stufenstift, also scharfkantig abgesetzt, ausgebildet ist.
  7. 7. Sicherheitsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Sollbrucheinrichtung zwischen der ersten (11) und der zweiten (12) Ringscheibe durch Stoffschluß, beispielsweise Punktschweißung, gebildet ist.
  8. 8. Sicherheitsscheibe nach einem der Ansprüche 2 bis 7, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß eine Anschlageinrichtung zur Begrenzung der relativen Verdrehung zwischen der ersten und der zweiten Ringscheibe an den Scheiben ausgebildet ist.
  9. 9. Sicherheitsscheibe nach Anspruch'8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Anschlageinrichtung durch das Ende einer konzentrischen Nut (14) in einer der Ringscheiben in der ein an der anderen Ringscheibe befestigter Laufstift (15) läuft, gebildet wird.
  10. 10. Sicherheitsscheibe nach einem der Ansprüche 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Anschlag bzw. der Laufstift (15) als zweite Sollbrucheinrichtung so ausgebildet ist, daß beim weiteren Anziehen des Befestigungsteils (2) bei einer zweiten vorbestimmten Anzugs kraft das Differenz-Reibmoment aus dem kleineren der Reibmomente M1 bzw.
    und dem Reibmoment M2 ausreicht, um die zweite Sollbrucheinrichtung brechen zu lassen.
  11. 11. Sicherheitsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r ch g e k e n n z e i c h n e t, daß die zur Unterlage gerichtete Seite (16) der zweiten Ringscheibe (12) gerieft ist.
  12. 12. Sicherheitsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t, daß zwischen dem Befestigungsteil (2) und der ersten Ringscheibe (11) eine gewölbte flingscheibe (18) angeordnet ist, wobei das kleinere der Reibmomente zwischen dem Befestigungsteil (2) und der gewölbten Ringscheibe (18) bzw. der gewölbten Ringscheibe (18) und der ersten Ringscheibe (11) das nächstgrößere Reibmoment nach M2 sein kann, aber nicht kleiner oder gleich M2 ist.
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EP2865903A1 (de) * 2013-10-22 2015-04-29 HILTI Aktiengesellschaft Spreizanker mit Federelement

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