DE3917192C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine selbstsichernde Befestigungs­ vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ange­ gebenen Gattung.

Aus der US 25 62 376 ist eine Befestigungsvorrichtung bekannt, bei der eine radial zusammendrückbare Mutter in einer Hülse angeordnet ist, welche die Mutter beim Fest­ schrauben gegen den Gewindebolzen preßt. Der radiale An­ druck wird von mehreren kleinen Vorsprüngen erzeugt, die von der Hülse nach innen bis zur Anlage an der Mutter vor­ stehen. Beim anfänglichen Einschrauben des Gewindebolzens in die Mutter ragen die Vorsprünge in eine in der Außen­ fläche der Mutter gebildete Umfangsnut. Beim weiteren Ein­ schrauben des Gewindebolzens gelangen die Vorsprünge aus der Nut heraus und legen sich mit einem gewissen Andruck an die nutfreie Außenfläche der Mutter an. Dadurch wird die Mutter in Radialrichtung auf den Bolzen gepreßt und in ihrer Lage gesichert. Ein Nachteil dieser selbstsichernden Befestigungsvorrichtung besteht in der Schwierigkeit, die vorgegebenen Größen dieser Vorsprünge genau einzuhalten, was zu einer veränderlichen Druckkraft führen kann. Darü­ ber hinaus unterliegen die Vorsprünge nach wiederholtem Gebrauch einem erheblichen Verschleiß, wodurch sich die Druckkraft verringern kann.

Aus der US 28 82 948 ist eine Befestigungsvorrichtung mit selbstsichernden Eigenschaften bekannt, die eine längsgeschlitzte Gewindebuchse zur Verbindung mit einem Gewindebolzen sowie eine auf der Gewindebuchse drehfest und längsverschiebbar angeordnete starre Hülse aufweist. An der Innenwand der Hülse ist ein den Innendurchmesser beschränkender ringförmiger Bund mit einer zylindrischen Innenfläche angeordnet. Auf einer daran anschließenden Schulter liegt ein Übergangsabschnitt der Hülse im festge­ zogenen Betriebszustand auf. Die Hülse und die Gewinde­ buchse werden gemeinsam auf den Gewindebolzen aufge­ schraubt, bis die Hülse stirnseitig an einem Haltebauteil anliegt. Durch weiteres Anziehen der Hülse wird die Gewin­ debuchse innerhalb der Hülse axial verschoben, wobei ein äußerer verdickter Klemmabschnitt der Gewindebuchse durch die schmale zylindrische Innenfläche des ringförmigen Bunds gegen den Gewindebolzen gedrückt wird. Ein wesent­ licher Nachteil dieser Befestigungsvorrichtung besteht darin, daß die von der Hülse auf die Gewindebuchse ausge­ übte Radialkraft nur an einem relativ schmalen Bereich der Gewindebuchse angreift. Damit ist eine wirksame Selbstsi­ cherung auch nur auf wenige Gewindegänge beschränkt, so daß die Klemmwirkung nicht ausreicht, wenn hohe stoßartige Belastungswechsel oder Vibrationen auf die Verbindung ein­ wirken.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Befesti­ gungsvorrichtung mit verbesserten selbstsichernden Eigen­ schafen zu schaffen, die auch hohen stoßartigen Beanspru­ chungen und intensiven Vibrationen widerstehen kann, und bei der die Gewindegänge der ineinander geschraubten Bau­ teile nur einem geringen Verschleiß unterliegen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan­ spruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung werden durch die Längsschlitze in der Sicherungshülse mehrere bogenförmig verformbare Hülsenabschnitte gebildet, die eine radiale Ausweitung der Sicherungshülse zulassen und eine gleichmäßige Verteilung der radialen Druckkraft über einen größeren Bereich des zylindrischen Klemmabschnitts an der Gewindebuchse bewirken. Dadurch ergibt sich einer­ seits eine gleichmäßigere Anpressung der Hülse auf dem Schraubbolzen und andererseits wird ein ungleichmäßiger Verschleiß der ineinandergreifenden Gewindeabschnitte ver­ ringert. Da nämlich die Druckkraft auf die Mutter über eine Zylinderfläche aufgebracht wird, entsteht auch bei wiederholtem Ein- und Ausschrauben praktisch kein Ver­ schleiß an der Mutter bzw. an der Sicherungshülse, so daß der Selbstsicherungseffekt auch nach längerem Gebrauch er­ halten bleibt.

Zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfin­ dung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsdar­ stellung der selbstsichernden Be­ festigungsvorrichtung;

Fig. 2 eine Endansicht der Gewindebuchse der Befestigungsvorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 die Gewindebuchse nach Fig. 2 im Längs­ schnitt 3-3 und in Seitenansicht;

Fig. 4 eine Endansicht der Sicherungshülse;

Fig. 5 die Sicherungshülse nach Fig. 4 im Axialschnitt und in teilweiser Seiten­ ansicht;

Fig. 6A bis 6C die Befestigungsvorrichtung nach Fig. 1 in verschiedenen Montagestellungen.

Die in Fig. 1 dargestellte selbstsichernde Befestigungs­ vorrichtung 10 dient zusammen mit einem Gewindebolzen 13 zur Herstellung einer Schraubverbindung, um z. B. zwei plattenförmige Werkstücke 16, 19 aneinander zu befestigen. Die Befestigungsvorrichtung enthält eine Gewindebuchse 22, eine Sicherungshülse 25, welche die Gewindebuchse 22 um­ schließt und eine Halteklammer 28, welche die Sicherungs­ hülse in Anlage an dem Werkstück 19 hält. Diese Befesti­ gungsvorrichtung eignet sich besonders zur Verwendung auf der unzugänglichen Seite von Werkstücken. Durch Einschrau­ ben des Bolzens in die Gewindebuchse wird letztere axial im Inneren der Sicherungshülse verschoben, wobei die Ge­ windebuchse 22 und die Sicherungshülse 25 in radialer Richtung aneinandergepreßt werden. Dabei wird die Gewinde­ buchse nach radial innen verformt, so daß der Gewindebol­ zen in der Befestigungsvorrichtung gesichert wird.

Der Gewindebolzen 30 weist einen Gewindeschaft 31 und einen Kopf 34 mit einer Sechskant-Aufnahme 37 auf. Im Ge­ windeschaft 31 ist eine Längsnut 40 zur Halterung einer Beilegscheibe 46 (Fig. 6A-6C) sowie ein abgedrehter End­ abschnitt ausgebildet.

Wie aus Fig. 2, 3 ersichtlich, hat die Gewindebuchse 22 eine Bohrung 49, deren Innengewinde dem Außengewinde des Bolzens 13 entspricht. Ferner besitzt die Gewindebuchse 22 einen zylindrischen Vorderabschnitt 52, der den Werk­ stücken 16, 19 zugekehrt ist, sowie einen zylindrischen hinteren Abschnitt 55. Der Durchmesser des Vorderab­ schnitts 52 ist geringfügig kleiner als derjenige des zylindrischen Hinterabschnitts 55. Ein mittlerer Abschnitt 58 ist kegelstumpfförmig ausgebildet und verbindet den vorderen mit dem hinteren Abschnitt.

In der Gewindebuchse 22 sind ferner sechs Längsschlitze parallel und gegeneinander winkelversetzt ausgebildet, welche die Wandung der Gewindebuchse vollständig durch­ setzen und sich über die gesamte Länge des zylindrischen Hinterabschnitts 55 sowie des kegelstumpfförmigen Mitten­ abschnitts 56 bis in den zylindrischen Vorderabschnitt 52 hinein erstrecken. Diese Längsschlitze 60 begrenzen somit sechs Längszungen 61, welche durch eine auf den Hinterab­ schnitt 55 in gleichmäßiger Verteilung einwirkende Druck­ kraft nach radial innen verformt werden können. Die Zungen 61 sind durch den zylindrischen Teil 64 des Vorderab­ schnitts 52 miteinander verbunden. Um ein Verdrehen der Gewindebuchse 22 gegenüber der Sicherungshülse 27 zu ver­ hindern, ist an der Außenfläche der Gewindebuchse 22 ein Längskanal 67 ausgebildet, in den ein Steg 70 an der In­ nenfläche der Sicherungshülse 25 eingreift.

Gemäß den Fig. 4, 5 hat die Sicherungshülse 25 einen Vor­ derabschnitt 73, einen Mittenabschnitt 76 und einen Hin­ terabschnitt 79, die jeweils unterschiedliche Durchmesser haben. Der den Werkstücken 16, 19 zugekehrte Vorderab­ schnitt 73 hat einen Innendurchmesser, der größer als der des Vorderabschnitts 52 der Gewindebuchse 22, aber gering­ fügig kleiner als derjenige ihres Hinterabschnitts 55 ist. Zwischen der Gewindebuchse 22 und der Sicherungshülse 25 werden Radialkräfte erzeugt, wenn die Gewindebuchse auf den Bolzen 13 aufgeschraubt wird, wobei der Hinterab­ schnitt 55 der Gewindebuchse 22 in den Vorderabschnitt 73 der Sicherungshülse eintritt. Am Ende des Vorderabschnitts 73 ist eine Rippe 78 vorgesehen, um einen richtigen Sitz der Gewindebuchse 22 zu gewährleisten, wenn diese voll­ ständig auf den Bolzen 13 aufgeschraubt worden ist.

Der Hinterabschnitt 79 der Sicherungshülse 25 liegt von den Werkstücken 16, 19 abgekehrt und sein Innendurchmesser ist größer als der Durchmesser des Hinterabschnitts 55 der Gewindebuchse 22, so daß einer Vorwärtsbewegung der Gewin­ debuchse 22 auf dem Bolzen 13 kein Widerstand entgegenge­ setzt wird. Der Mittenabschnitt 76 der Sicherungshülse 25 befindet sich zwischen dem Vorderabschnitt 73 und dem Hin­ terabschnitt 79 und hat eine kegelstumpfförmige Innenflä­ che mit einem Durchmesser, der sich gleichmäßig zwischen dem des Vorder- und dem des Hinterabschnitts ändert. Die kegelstumpfförmige Fläche verläuft vorzugsweise unter einem Winkel von ca. 45° zur Längsachse der Sicherungshül­ se 25 und entspricht damit dem kegelstumpfförmigen Mitten­ abschnitt der Gewindebuchse 22. Auf diese Weise ergibt sich ein relativ kurzer Übergang von z. B. nur einer Um­ drehung des Bolzens 13, in den sich der Andruck der Gewin­ debuchse gegen den Bolzen aufbaut.

Der Hinterabschnitt 79 der Sicherungshülse 25 besitzt eine Verlängerung 82, die zur losen Halterung der in die Siche­ rungshülse 25 eingeschraubten Gewindebuchse 22 unter Bil­ dung eines Ringflansches (Fig. 6A bis 6C) nach radial innen verformbar ist. Die Sicherungshülse 25 hat ferner sechs durchgehende Längsschlitze 85 in ihrem Vorderab­ schnitt, die gleichmäßig gegeneinander winkelversetzt sind, um eine radiale Aufweitung des inneren verdickten Vorderabschnitts 73 der Sicherungshülse 25 beim Aufschrau­ ben der Gewindebuchse 22 zu erleichtern. Von den entgegen­ gesetzten Seiten des inneren verdickten Vorderabschnitts 73 der Sicherungshülse 25 ragen zwei Laschen 88 nach außen, die zur Halterung der Sicherungshülse 25 nahe am Werkstück 19 in Eingriff mit der Halteklammer 28 (Fig. 1) gelangen. Diese Halteklammer 28 hat einen Basisteil 91 mit einer Öffnung 94 zur Aufnahme des Gewindeschafts 31 sowie Vorsprünge 97, die Öffnungen 100 zur Aufnahme und Halte­ rung der Laschen 88 der Sicherungshülse 25 definieren. Im Basisteil der Halteklammer 28 sind Öffnungen 103 zur Auf­ nahme von - nicht dargestellten - Nieten vorgesehen, um die Halteklammer am Werkstück 19 festzulegen. Die Halte­ klammer 28 besteht vorzugsweise aus einem federelastischen Werkstoff, z. B. aus dünnem Metallblech oder Kunststoff, so daß sie elastisch verformt werden kann, um die Laschen 88 der Sicherungshülse 25 in die Öffnungen 100 einschnap­ pen zu lassen. Die Öffnungen der Halteklammer 28 sind ge­ ringfügig größer als die Querabmessungen der Laschen, so daß eine begrenzte Verschiebung der Sicherungshülse 25 re­ lativ zur Halteklammer 28 möglich ist. Durch diese Rela­ tivbewegung kann die Befestigungsvorrichtung 10 geringfü­ gige Fehlausrichtungen der Werkstücke 16 und 19 sowie eine damit einhergehende Verschiebung des Bolzenschafts 31 ge­ genüber der Befestigungsvorrichtung ausgleichen.

Die Montage bzw. Demontage der Befestigungsvorrichtung 10 ist in den Fig. 6A bis 6C in mehreren Phasen dargestellt.

Nach Fig. 6A wird zuerst die Halteklammer 28 an dem Werk­ stück 19 befestigt, und die Sicherungshülse 25 wird in ihrer vorgegebenen Lage in der Halteklammer 28 eingera­ stet. Die Gewindebuchse 22 wird in die Sicherungshülse 25 so eingeführt, daß ihr innerer zylindrischer Vorderab­ schnitt 52 in den verdickten Vorderabschnitt 73 der Siche­ rungshülse eingreift. Dann wird der Ansatz 82 nach radial innen verformt, um die Gewindebuchse 22 lose in ihrer Lage zu halten. Wenn sich die Gewindebuchse 22 in dieser losen Lage befindet, greift die Sicherungshülse nicht kompressiv an ihr an, so daß der Schraub- bzw. Gewindebolzen 13 leicht mit minimaler Drehkraft in die Gewindebuchse 22 schraubbar ist.

Durch Drehen des Schraub- bzw. Gewindebolzens 13 relativ zum Werkstück 19 wird der Schraub- bzw. Gewindebolzen in die Gewindebuchse 22 geschraubt, weil die Sicherungshülse 25 durch die Halteklammer an einer Rotation relativ zum Werkstück gehindert ist und die Gewindebuchse 22 aufgrund des Eingriffs der Rippe 70 der Sicherungshülse in den Ka­ nal 67 der Gewindebuchse 22 an einer Rotation relativ zur Sicherungshülse gehindert ist. Während der Schraub- bzw. Gewindebolzen in die Gewindebuchse geschraubt wird, wird die Gewindebuchse in Axialrichtung zum Bolzenkopf 34 ge­ zogen. Schließlich gelangt der kegelstumpfförmige Ab­ schnitt 58 der Gewindebuchse in Druckanlage an dem kegel­ stumpfförmigen Abschnitt 76 der Sicherungshülse. An diesem Punkt wird einer weiteren Drehung des Schraub- bzw. Gewin­ debolzens ein überwindbarer Widerstand durch eine radial einwärts erfolgende Verformung der Gewindebuchse und eine radial auswärts erfolgende Verformung der Sicherungshülse entgegengesetzt.

Nach Fig. 6B wird durch weiteres Einschrauben des Schraub- bzw. Gewindebolzens 13 der Hinterabschnitt 55 der Gewinde­ buchse in den durchmesserkleineren Vorderabschnitt 73 der Sicherungshülse gepreßt. Die resultierende leichte Aus­ wärtswölbung der Sicherungshülse ist in Fig. 6B ohne wei­ teres erkennbar. Die resultierende Kompressionskraft er­ höht die Reibung zwischen Gewindebuchse und Schraub- bzw. Gewindebolzen wesentlich und führt damit zu der Selbstsi­ cherungseigenschaft der Befestigungsvorrichtung. Der Mon­ tagevorgang ist beendet, wenn eine weitere Verschiebung der Gewindebuchse dadurch verhindert wird, daß der Vorder­ abschnitt 52 der Gewindebuchse an der Rippe 78 der Siche­ rungshülse anliegt.

Die Außenfläche des Hinterabschnitts 55 der Gewindebuchse und die Innenfläche des Vorderabschnitts 73 der Siche­ rungshülse sind im wesentlichen parallel mit der Bolzen­ längsachse, so daß die zwischen der Gewindebuchse 22 und der Sicherungshülse 25 wirksamen Kompressionskräfte im we­ sentlichen radial orientiert sind. Infolgedessen wird zur Aufrechterhaltung der Selbstsicherung keine Zugbelastung des Schraub- bzw. Gewindebolzens 13 benötigt. Da ferner die radialen Kompressionskräfte im wesentlichen gleich­ mäßig über eine relativ große Zylinderfläche verteilt sind, wird ein unerwünschter Verschleiß der aneinander an­ greifenden Verbindungsflächen minimiert, und die Kompres­ sionskräfte bleiben auch nach vielfach wiederholter Ver­ wendung im wesentlichen konstant.

Das Lösen des Schraub- bzw. Gewindebolzens 13 aus der Be­ festigungsvorrichtung 10 wird durch teilweises Herausdre­ hen des Schraub- bzw. Gewindebolzens eingeleitet. Während dieses anfänglichen Herausdrehens erfolgt durch die ra­ dialen Kompressionskräfte zwischen der Gewindebuchse 22 und der Sicherungshülse 25 eher eine Verschiebung des Schraub- bzw. Gewindebolzens relativ zu den Werkstücken 16 und 19 als einer Verschiebung der Gewindebuchse relativ zur Sicherungshülse. Daher bleiben während des Herausdre­ hens des Schraub- bzw. Gewindebolzens die Selbstsiche­ rungskräfte wirksam. Nachdem der Schraub- bzw. Gewindebol­ zen bis zu einem Punkt herausgedreht ist, an dem der Kopf 34 um einen vorbestimmten Betrag über das Werkstück 16 vorspringt, kann der Schraub- bzw. Gewindebolzen aller­ dings leicht in Richtung zum Werkstück angestoßen werden, um den Hinterabschnitt 55 der Gewindebuchse aus dem durch­ messerkleinen Vorderabschnitt 73 der Sicherungshülse und in den durchmessergroßen Hinterabschnitt 79 der Siche­ rungshülse zu verschieben. Diese Stellung ist in Fig. 6C gezeigt. In dieser Lage drückt die Sicherungshülse die Ge­ windebuchse nicht mehr gegen den Schraub- bzw. Gewindebol­ zen, so daß dieser mit minimaler Drehkraft weiter heraus­ gezogen werden kann.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß durch die Erfindung eine schraubbare Befestigungsvorrich­ tung angegeben wird, die sich nur während der letzten Pha­ se des Verschraubens auf einem Gewindebolzen selbst si­ chert und eine vorbestimmte Selbstsicherungskraft liefert, die bei wiederholtem Gebrauch im wesentlichen konstant bleibt. Die Befestigungsvorrichtung umfaßt eine Gewinde­ buchse, die lose in einer Sicherungshülse angeordnet ist, die in einem Werkstück befestigt ist, und durch Einschrau­ ben eines Schraub- bzw. Gewindebolzens in die Gewindebuch­ se wird der größere Hinterabschnitt der Gewindebuchse in Druckverbindung mit dem kleineren Vorderabschnitt der Si­ cherungshülse gezogen. Die resultierende, nach radial in­ nen wirkende Druckkraft auf die Gewindebuchse wird über eine relativ große Fläche verteilt, um lokale Materialver­ formungen zu vermindern und eine im wesentlichen gleich­ bleibende Sicherungskraft ungeachtet einer vielfachen Wie­ derverwendung zu bieten.

Claims (8)

1. Selbstsichernde Befestigungsvorrichtung,
mit einer längsgeschlitzten Gewindebuchse (22) zur Aufnahme eines Schraubbolzens (13), die einen äußeren verdickten Klemmabschnitt (55) und einen inneren zylindrischen Abschnitt (52) aufweist, und
mit einer auf der Gewindebuchse (22) drehfest und längs­ verschiebbar angeordneten Sicherungshülse (25), die sich mit der inneren Stirnseite an einem der zu befestigenden Bauteile abstützt und einen äußeren zylindrischen Ab­ schnitt (79) sowie einen inneren verdickten Abschnitt (73) aufweist, der im festgezogenen Betriebszustand in Druckanlage mit dem verdickten Klemmabschnitt (55) der Gewindebuchse (22) gelangt und diesen gegen das Gewinde des Schraubbolzens (13) drückt, dadurch gekennzeichnet, daß im verdickten Abschnitt (73) der Sicherungshülse (25) mehrere über den Umfang verteilte Längsschlitze (85) an­ geordnet sind, die bei Druckanlage dieses verdickten Ab­ schnitts (73) am Klemmabschnitt (55) der Gewindebuchse (22) eine radiale Aufweitung des Mittelteils der Siche­ rungshülse (25) zulassen.

2. Selbstsichernde Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindebuchse (22) sechs gleichbeabstandete Längsschlitze (60) und die Sicherungshülse (25) sechs gleichbeabstandete Längs­ schlitze (85) aufweist.

3. Selbstsichernde Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungshülse (25) zwischen dem äußeren zylind­ rischen Abschnitt (79) und dem inneren verdickten Ab­ schnitt (73) einen Mittenabschnitt (76) mit einer koni­ schen Innenfläche aufweist, und daß die Gewindebuchse (22) eine entsprechend ausgebildete konische Außenfläche auf einem Mittenabschnitt (58) zwi­ schen dem Klemmabschnitt (55) und dem inneren zylindrischen Abschnitt (52) aufweist.

4. Selbstsichernde Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Außenfläche der Gewindebuchse (22) und die konische Innenfläche der Sicherungshülse (25) um ca. 45° geneigt sind.

5. Selbstsichernde Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Innenwand der Sicherungshülse (25) eine ringförmige Rippe (78) zur Auflage der inneren Stirnseite der Gewindebuchse (22) angeordnet ist.

6. Selbstsichernde Bestigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Außenwand der Gewindebuchse (22) eine Längsnut (67) angeordnet ist, in die ein an der Innenwand der Sicherungshülse (25) befestigter Steg (70) eingreift.

7. Selbstsichernde Befestigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der inneren Stirnseite der Sicherungshülse (25) eine an dem einen Bauteil (19) befestigbare Halteklammer (28) lösbar angeordnet ist.

8. Selbstsichernde Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Halteklammer (28) einen Basisteil (91) mit einer Öffnung (94) zur Aufnahme des Gewinde­ bolzens (13) sowie abgewinkelte Laschen (97) mit Öff­ nungen (100) zur Aufnahme und Halterung von Ansätzen (88) an der Sicherungshülse (25) aufweist.