DE4120751C2

DE4120751C2 - Befestigungselement zur Montage eines Bauelementes auf ein Trägerteil mit Gewindebolzen

Info

Publication number: DE4120751C2
Application number: DE19914120751
Authority: DE
Inventors: Bernhard Springholz
Original assignee: Bernhard Springholz
Current assignee: Hamberger Industriewerke GmbH
Priority date: 1991-06-24
Filing date: 1991-06-24
Publication date: 1994-09-08
Anticipated expiration: 2011-06-25
Also published as: DE4120751A1

Description

Es handelt sich bei der Erfindung um ein aus Kunststoff hergestelltes Bauteil, das sich auf ein Gewinde (nach DIN ISO 13 o. ä.) aufschieben läßt, gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Es sind neben den klassischen Schraubverbindungen (Gewinde nach DIN ISO 13 und sonstige Gewinde) Schnappverbindungen (i.d.R. aus Kunststoff) bekannt. Es sind folgende Aus führungen von Kunststoffteilen, die sich auf Gewinde aufschnappen lassen, bekannt:

- DE 28 02 465 A1; Drucknopf nach Art einer Bundmutter, mit drei symmetrischen radialen Schlitzen im Durchgangsloch. Beim Aufdrücken wird das Durchgangsloch erweitert.
- DE 29 44 748 A1; Befestigungselement, mit jeweils um 180° versetzten waagrechten Rippen, die mit dem Gewindebolzen in Kontakt kommen. Es besteht bei diesem Befestigungselement die Gefahr, daß sich beim Aufbringen Material abträgt. Die Montage- sowie Demontagekräfte sind annähernd gleich groß.
- DE 31 43 775 A1; Befestigungselement mit zylindrischer Öffnung mit einem über radial verlaufenden Rippen verbundenen dünnen Ring. Der Ring besitzt an seinem Innenumfang mehrere, in Längsrichtung verlaufende Nuten.
- DE 32 28 475 A1; Befestigungselement aus Kunststoff, welches auf Gewindebolzen aufdrück- und abschraubbar ist. In der Öffnung befinden sich mehrere Rippen, die in Anlage mit dem Gewindebolzen kommen. Ein Materialabtrag beim Montieren ist zu vermeiden.

Aus der DE 39 17 192 A1 ist ein Befestigungselement bekannt, mit dem zwei Bauteile verbunden werden können, welche von einem Gewindebolzen durchragt werden, auf welchem dieses Befestigungselement aufschraubbar ist. Dieses Befestigungsmittel ist mit einer Zentralbohrung versehen, die auf ihrer gesamten Länge ein mit dem Gewindebolzen korrespondierendes Gewinde aufweist. Dabei stellt dieses Befestigungselement alleine nicht die Befestigungsvorrichtung dar, sondern muß mindestens von einer Sicherungshülse unterstützt werden, welche das als Mutter vorliegende Befestigungselement verengt. Die Wandung des Befestigungselementes ist hierbei mittels Schlitze durchbrochen, so daß federnde Nasen gebildet werden.

Ein großer Nachteil dieser Befestigungsvorrichtung ist darin zu sehen, daß das als Mutter ausgebildete Befestigungselement die Sicherung der zu verbindenden Teile nicht alleine übernehmen kann, sondern mit einer Art Überwurfhülse verengt wird. Die Handhabung dieser Befestigungsvorrichtung wird darüber hinaus dadurch erschwert, daß die Mutter über die ganze Gewindebolzenlänge aufgeschraubt werden muß.

Ein Befestigungselement annähernd gleicher Bauart wie das in der DE 39 17 192 A1 beschriebene Element ist aus der US 2 314 780 bekannt. Auch hier weist das als Mutter ausgebildete Befestigungselement die gleichen geschilderten Nachteile auf. Auch hier muß das Befestigungselement über das ganze Bolzengewinde gedreht werden, bis es letztendlich eine Vorspannkraft erzeugen kann.

Reine Schnappverbindungen werden auf eine fest definierte Haltelänge ausgelegt, und sind für andere Haltelängen unbrauchbar.

Schnappverbindungen mit einem variablen Haltebereich sind nicht nachspann- bzw. anziehbar (es kann somit keine Vorspannkraft, wie in einer üblichen Schraubverbindung aufgebracht werden).

Bei herkömmlichen Schraubverbindungen muß eine Mutter (z. B. nach DIN 555) angesetzt werden und bis zum Anliegen an das Werkstück (und Vorspannen) über das Gewinde gedreht werden. Es ist also notwendig, daß die Mutter eine größere Zahl von Umdrehungen vollführt, bis die Verbindung den gewünschten Zustand erreicht.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung u. a. die Aufgabe zugrunde, ein Befestigungselement zu schaffen, das über den weitestgehenden Längenbereich des Gewindebolzens einfach "ratschend" übergestülpt werden kann und erst im Endbereich die Vorspannkraft erzeugbar ist, was zu einer wesentlichen Montageerleichterung führt. Es sollen also die Vorteile einer Schraub- und einer Schnappverbindung vereinigt werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Befestigungselement nach dem vorgeschlagenen Anspruch 1 gelöst. Besondere Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der Vorteil der Erfindung (im weiteren Text als Schnappmutter bezeichnet) gegenüber einer gewöhnlichen Schraubverbindung ist, daß die Schnappmutter bis auf die letzten 1 bis max. 2 Gewindgänge auf den Gewindebolzen geschoben wird. Bei den letzten 1-2 Umdrehungen läßt sich die Schnappmutter wie eine herkömmliche Schraubverbindung anziehen und es ist möglich, eine Vorspannkraft aufzubringen.

Die Verbindung ist aufgrund der kegeligen Ausführung ohne Anziehen der Mutter (d. h. ohne Aufbringen einer Vorspannkraft) belastbar. Nach dem Aufschnappen über fast die ganze Länge des Bolzens kann die Mutter mit den üblichen Anzugsverfahren angezogen werden, um eine geforderte Vorspannkraft aufzubringen. Desweiteren ist es möglich Sollbruchstellen bei der Herstellung in die Schnappmutter zu integrieren, so daß eine geforderte Vorspannkraft mit sehr großer Genauigkeit und geringem Streubereich erreicht wird.

Durch die kegelige Ausführung an der Anlageseite wird die Schnappmutter bei steigender axialer Belastung stärker auf das Gewinde gepreßt. Diese Pressung hat zur Folge,

- daß die Auszugskräfte (belasteter Verbindungen) größer sind als die der üblichen Kunststoffmuttern (bzw. Schnappverbindungen),
- daß die Schnappmutter gegen selbsttätiges Lösen gesichert ist,
- daß die Verbindung aus Form- und Kraftschluß besteht, wobei der Kraftschlußanteil mit steigender axialer Belastung steigt.

Weiterhin folgt aus der Pressung, daß wenn keine axiale Belastung vorhanden ist (also auch keine Pressung auf den Kegel), daß die Demontagekräfte gleich groß wie die Montagekräfte sind.

Es ist außerdem möglich, die Schnappmutter an schwer zugänglichen Stellen in Bauteile zu integrieren (befestigen), so daß eine Verbindung zweier Bauteile weitestgehend durch das Aufeinandersetzen der Bauteile erfolgt. Trotzdem ist die Verbindung je nach Anforderung

- anziehbar (um eine größere Vorspannkraft zu erhalten),
- lösbar (abschraubbar),
- hat die Verbindung eine sehr große Haltekraft.

Der Einsatz einer derart ausgeführten Verbindung ist dort von großem Vorteil, wenn ein Bauteil während der Lebensdauer einer Anlage nicht zum Austausch vorgesehen ist, die Befestigung nur schwer zugänglich ist (bzw. eine kundendienstfreundliche Lösung unverhältnismäßig viel teurer wäre), und der Austausch des Bauteils trotzdem ohne größere Reparaturen oder Beschädigung der Anlage möglich sein soll.

Anhand den beigefügten Zeichnungen, die besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, wird diese nun näher beschrieben. Zur Wahrung der Übersichtlichkeit wurde auf die Darstellung von Details weitestgehend verzichtet. Dabei zeigt

Fig. 1 Darstellung des Befestigungselementes im Halbschnitt;

Fig. 2 Befestigungselement Fig. 1 von vorne gesehen;

Fig. 3 Befestigungselement Außenansicht von Fig. 1;

Fig. 4 Befestigungselement Außenansicht (Fig. 1) 90° um seine Achse gedreht;

Fig. 5 Arbeitslage des Befestigungselementes mit Trägerteil und zu befestigendes Bauteil;

Fig. 6 Arbeitslage des Befestigungselementes mit Trägerteil und zu befestigendes Bauteil mit Scheibe;

Fig. 7 Arbeitslage des Befestigungselementes mit Trägerteil und zu befestigendes Bauteil mit Halteblech für die vereinfachte Montage;

Fig. 8 Befestigungselement mit Sechskantkopf (mit und ohne Sackloch möglich);

Fig. 9 Befestigungselement mit geschlitztem Kopf;

Fig. 10 Befestigungselement mit Kreuzschlitz;

Fig. 11 Befestigungselement mit Rändelkopf;

Fig. 12 Befestigungselement mit Zweilochkopf;

Fig. 13 Befestigungselement mit Kreuzlochkopf;

Fig. 14 Befestigungselement mit Flügelkopf;

Fig. 15 verschiedene Positionen bei der Montage (hier mit Scheibe 14);

Fig. 16 Befestigungselement mit Sollbruchstelle 17.

Zu Fig. 1:
Ist eine Schnittdarstellung der Schnappmutter 1. Die Fig. 2 bis 4 sind andere Ansichten der Schnappmutter 1 und können zum besseren Verständnis herangezogen werden.

Maßgeblich an der Schnappmutter 1 ist, daß das Gewinde 4 auf mehrere senkrecht zur Mittelachse beweglichen federnden Flügeln 3, aufgebracht ist. Die federnden Flügel 3 sind mit dem Grundkörper 2 verbunden. Auf dem Grundkörper 2 sind die verschiedenen Kopfausführungen für die Anzugs- und Lösewerkzeuge aufgebracht, in der Fig. 1 ist es ein Sechskant 9. Für weitere Kopfausführungen siehe Fig. 8 bis 14. Die federnden Flügel 3 sind durch Schlitze 6 voneinander getrennt, um ein ungehindertes Federn (nach außen und innen (wie in Fig. 7)) zu gewährleisten. Das Durchgangsloch ermöglicht es, die Schnappmutter 1 auf Gewindebolzen verschiedenster Länge zu verwenden (Ausführungen mit Sackloch sind auch möglich (siehe Fig. 9 bis 14). Der Kegel 5 an der Anlageseite bewirkt ein um so stärkeres Anpressen der federnden Flügel 3 bzw. des Gewindes 4 auf das Gewinde des Bolzens 13. Die Haltekraft der Verbindung unter Belastung ist also von der Belastung selber abhängig und setzt sich aus Form- und Kraftschluß zusammen. Eine derartige Verbindung weist bessere Verbindungseigenschaften auf als solche, die nur Form- oder Kraftschluß aufweisen.

Die Montage zeichnet sich dadurch aus, daß die Schnappmutter 1 über den größten Teil des Bolzens 13 axial geschoben werden kann (Fig. 15, Pos. 19). Die Schnappmutter 1 kann bis auf die letzten 1 bis 2 Gewindegänge über den Bolzen 13 geschoben werden. Wegen dem Kegel 5 ist die Verbindung sofort (ohne eine Vorspannung aufgebracht zu haben) belastbar. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Schnappmutter 1 nachzuziehen (Fig. 15, Pos. 20), um eine gewünschte Vorspannung aufzubringen. Für die Belastbarkeit ist der Zusammenhalt von den federnden Flügeln 3 und dem Grundkörper 2 unerheblich. D.h., daß eine Verbindung nach der Art der Schnappmutter 1 in ihren Eigenschaften nur durch die Gestaltung des Kegels 5, des Gewindes 4 und der federnden Flügel 3 bestimmt wird.

Eine besondere Eigenschaft weist die Haltekante 7 auf. In Fig. 7 wird darauf näher eingegangen.

Zu Fig. 2:
Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Schnappmutter 1 und dient der Verdeutlichung des Aufbaus.

Zu Fig. 3:
Fig. 3 ist die gleiche Ansicht wie Fig. 1 nur ohne Schnitt.

Zu Fig. 4:
Fig. 4 ist die Draufsicht (ohne Schnitt) von Fig. 1.

Zu Fig. 5:
Die Schnappmutter 1 ist entsprechend den Fig. 1 bis 4 und 15 ausgebildet.

Fig. 5 zeigt eine Verbindung, bei der ein zu befestigendes Bauteil 11 über den Bolzen 13 und der Schnappmutter 1 an dem Trägerteil 12 befestigt ist. Das Bauteil 11 weist die nötige kegelige Senkung 15 (siehe Fig. 15) auf. Bei Verbindungen dieser Art sind keine weiteren Teile nötig.

Zu Fig. 6:
Die Schnappmutter 1 ist entsprechend den Fig. 1 bis 4 und 15 ausgebildet.

Fig. 6 zeigt eine Verbindung, wobei das Bauteil 11 ein zylindrisches Durchgangsloch besitzt. Die notwendige kegelige Senkung 15 (siehe Fig. 15) wird durch eine entsprechend geformte Scheibe 14 (siehe Fig. 15) erzielt. Es wird darauf hingewiesen, daß es möglich ist, die Scheibe direkt mit der Schnappmutter 1 herzustellen und beide Teile mit einem biegbaren Kanal zu verbinden.

Zu Fig. 7:
Die Schnappmutter 1 ist entsprechend den Fig. 1 bis 4 und 15 ausgebildet.

Fig. 7 zeigt eine weitere Variante, bei der die Schnappmutter 1 zuerst in das am Bauteil 11 befestigte Trägerblech 10 eingeschnappt wird. Zur Erleichterung des Einschnappens dient die Senkung 18 am Trägerblech 10. Die Haltekante 7 verhindert, daß sich die Schnappmutter 1 aus dem Trägerblech 10 lösen kann (unlösbare Schnappverbindung). Diese Verbindung ist eine herkömmliche nicht lösbare Schnappverbindung und läßt sich auch mit anderen Teilen als einem Trägerblech 10 gestalten. Die Schnappmutter 1 ist mit dem Bauteil 11 über die Schnappverbindung und Trägerblech 10 verbunden. Bei der anschließenden Montage des Bauteils 11 auf das Trägerteil 12 muß nicht mehr die Schnappmutter 1 angesetzt und aufgeschoben werden, sondern nur noch das Bauteil 11. Diese Art der Verbindung ist besonders dann von Vorteil,

- wenn das Bauteil 11 über eine größere Zahl von Schnappmuttern 1 und Bolzen 13 mit dem Trägerteil 12 verbunden wird;
- wenn die Zugänglichkeit der Schnappmuttern 1 nach der Montage sehr schlecht ist und auf ein Nachspannen verzichtet werden kann.

Zu Fig. 8:
Die Schnappmutter 1 ist entsprechend den Fig. 1 bis 4 und 15 ausgebildet. Lediglich die Form des Durchgangsloch ist unterschiedlich.

Fig. 8 zeigt verschieden gestaltete Durchgangslochformen 8 bzw. Grundkörperformen 2 für Schnappmuttern 1 mit Sechskant 9. Die Form, wie sie links beschrieben ist, kann nicht zur Montage wie in Fig. 7 verwendet werden.

Zu Fig. 9:
Die Schnappmutter 1 ist bis auf die Gestaltung des Kopfes entsprechend den Fig. 1 bis 4 ausgebildet. Die Montage ist genauso wie in Fig. 5 bis 7 und 15 (für eine Schnappmutter 1 nach Fig. 1 bis 4) beschrieben.

Fig. 9 zeigt eine Schnappmutter 1 mit Sackloch und geschlitzter Kopfform.

Zu Fig. 10:
Die Schnappmutter 1 ist bis auf die Gestaltung des Kopfes entsprechend den Fig. 1 bis 4 ausgebildet. Die Montage ist genauso wie in Fig. 5 bis 7 und 15 (für eine Schnappmutter 1 nach Fig. 1 bis 4) beschrieben.

Fig. 10 zeigt eine Schnappmutter 1 mit Sackloch und Kreuzschlitzkopf.

Zu Fig. 11:
Die Schnappmutter 1 ist bis auf die Gestaltung des Kopfes entsprechend den Fig. 1 bis 4 ausgebildet. Die Montage ist genauso wie in Fig. 5 bis 7 und 15 (für eine Schnappmutter 1 nach Fig. 1 bis 4) beschrieben.

Fig. 11 zeigt eine Schnappmutter mit als Rändel ausgeführtem Kopf. Eine derartige Schnappmutter kann mit oder ohne Sackloch ausgeführt sein.

Zu Fig. 12:
Die Schnappmutter 1 ist bis auf die Gestaltung des Kopfes entsprechend den Fig. 1 bis 4 ausgebildet. Die Montage ist genauso wie in Fig. 5 bis 7 und 15 (für eine Schnappmutter 1 nach Fig. 1 bis 4) beschrieben.

Fig. 12 zeigt eine Schnappmutter 1 mit Zweilochkopf.

Zu Fig. 13:
Die Schnappmutter 1 ist bis auf die Gestaltung des Kopfes entsprechend den Fig. 1 bis 4 ausgebildet. Die Montage ist genauso wie in Fig. 5 bis 7 und 15 (für eine Schnappmutter 1 nach Fig. 1 bis 4) beschrieben.

Fig. 13 zeigt eine Schnappmutter 1 mit Kreuzlochkopf. Diese Ausführung kann mit oder ohne Sackloch gestaltet sein.

Zu Fig. 14:
Die Schnappmutter 1 ist bis auf die Gestaltung des Kopfes entsprechend den Fig. 1 bis 4 ausgebildet. Die Montage ist genauso wie in Fig. 5 bis 7 und 15 (für eine Schnappmutter 1 nach Fig. 1 bis 4) beschrieben.

Fig. 14 zeigt eine Schnappmutter mit Flügelkopf (kann mit oder ohne Sackloch gestaltet sein).

Zu Fig. 15:
Die Schnappmutter 1 ist entsprechend den Figurer 1 bis 4 ausgebildet.

Fig. 15 zeigt die verschiedenen Positionen bei der Montage der Schnappmutter vom Ansetzen (oben) über das Aufschieben (mittleren Bilder) bis zur fertigen Verbindung. Deutlich wurde das federnde Aufbiegen der federnden Flügel 3 gezeigt. Die dargestellte Verbindungsform ist mit zusätzlicher Scheibe 14, die die kegelige Senkung 15 trägt, gezeigt. Die Verbindungen nach Fig. 5 und Fig. 7 verhalten sich beim Montieren entsprechend.

In den oberen drei Bildern wird die Schnappmutter nur in axialer Richtung 19 bewegt. Im untersten Bild geht die axiale Bewegung in eine rotierende Bewegung über. In diesem Bereich verhält sich die Schnappmutter 1 wie eine herkömmliche Mutter und kann angezogen werden.

Zu Fig. 16:
Die Schnappmutter 1 ist entsprechend den Fig. 1 bis 4 ausgebildet.

Fig. 16 zeigt eine mögliche Lage einer Sollbruchstelle (der Grundkörper ist etwas verlängert, um Raum für die Sollbruchstelle zu schaffen). Die Sollbruchstelle soll es ermöglichen, das Anzugsmoment (= die Vorspannkraft) innerhalb sehr geringen Schwankungsbreiten zu halten (Verwiesen wird in diesem Punkt auf die Probleme mit großen Vorspannkraftschwankungen aufgrund großer Schwankungen des Anzugsdrehmomentes bei herkömmlichen Schraubverbindungen). Da (wie in Fig. 1 darauf hingewiesen wurde) der Grundkörper 2 für die Verbindung ohne Bedeutung ist, kann auf ihn nach dem Abscheren der Sollbruchstelle verzichtet werden. Es muß lediglich in Kauf genommen werden, daß die Verbindung nur noch durch Zerstören der Schnappmutter lösbar ist (was in Bezug auf Diebstahlschutz von Vorteil ist). Durch eine bestimmte Gestaltung des Kopfes ist es aber möglich, den an den federnden Flügeln 3 verbleibenden Teil so zu gestalten, daß die Verbindung nach dem Abscheren des Grundkörpers 2 weiterhin lösbar ist.

Bei nicht extra aufgeführten Elementen der Fig. 1 bis 16 wird bezüglich der Bezeichnungen auf die jeweils angegebenen Zeichnungen bzw. Bezugszeichenliste verwiesen.

Bezugszeichenliste

1 Befestigungselement
2 Grundkörper mit Kopf
3 federnde Flügel
4 Gewinde
5 Kegel
6 Schlitz
7 Haltekante
8 Durchgangsloch für den Gewindebolzen 13
9 Sechskant
10 Halteblech
11 zu befestigendes Bauteil
12 Trägerteil (mit Gewindebolzen 13)
13 Gewindebolzen (mit dem gleichen Gewinde wie im Gewindeteil 4)
14 Scheibe mit kegelig geformter Senkung 15
15 kegelige Senkung, die das Gegenstück zum Kegel 5 bildet
16 federnde Wandungen
17 Sollbruchstelle
18 Senkung am Halteblech 10
19 axiale Bewegungsrichtung
20 rotierende Bewegung

Claims

1. Befestigungselement aus Kunststoff, mit dem ein Bauteil auf einem Trägerteil mit Gewindebolzen befestigt ist, wobei das Befestigungselement von einem Durchgangsloch für den Gewindebolzen durchsetzt ist, in welchem ein Innengewinde zum Erfassen des Bolzengewindes angeordnet ist und dieser Gewindebereich mittels die Befestigungselementwand durchdringenden Schlitzungen biegeelastisch in Form von federnden Flügeln ausgebildet ist, über welche die Kraftübertragung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das das Bolzengewinde erfassende Innengewinde (4) lediglich in dem durch die federnden Flügel (3) gebildeten biegeelastischen, zu den zu befestigenden Teilen weisenden Bereich des Befestigungselementes (1) angeordnet ist, wobei das Befestigungselement (1) durch eine Axialbewegung über den Gewindebolzen in die Eindrehposition versetzbar ist, in welcher eine Durchmesserverengung der im Umfang verteilten federnden Flügel (3) über eine konische Ausbildung (5) des Außenumfanges der federnden Flügel (3) beim Einführen in eine entsprechend konische Montagebohrung oder -senkung (15) des zu befestigenden Bauteiles (11) und/oder einer Montagescheibe (14) erfolgt und dort unter weiterer Durchmesserverringerung der federnden Flügel (3), eine Vorspannkraft erzeugende Radialbewegung des Befestigungselementes (1) durchführbar ist.

2. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Flügel (3) mit einem Grundkörper (2) als Einheit verbunden sind.

3. Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Flügel (3) mit einer Haltekante (7) ausgeführt sind, wobei das Befestigungselement (1) in dem zu befestigenden Bauteil (11) durch Einschnappen in ein Halteblech (10), das auf dem zu befestigenden Bauteil (11) angebracht ist, befestigt wird.

4. Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Schlitze sich danach richtet, daß der Außendurchmesser der zusammengerückten federnden Flügel kleiner als die Bohrung im Halteblech (10) ist.

5. Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Grundkörper (2) eine Sollbruchstelle (17) eingearbeitet ist.

6. Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfform auf dem Grundkörper (2) nach Art des Anzugs- bzw. Lösewerkzeuges gestaltet ist, wobei Kopfformen, wie z. B. Sechskant-, Vierkant-, Innensechskant-, Schlitz-, Kreuzschlitz-, Haken-, Rändel-, Nut-, Flügel-, Kreuzloch-, Zweiloch-, Hutmutterform möglich sind.

7. Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2) je nach Anforderung und Kopfform mit einem Durchgangsloch oder Sackloch ausgeführt sein kann.