DE4227274A1 - Befestigungselement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement, insbeson­ dere Schraube, Gewindestift oder Gewindebuchse, das mit­ tels eines Gewindes in die Bohrung eines Bauteils einge­ schraubt wird, oder auf dessen Schaft eine Mutter ge­ schraubt wird.

Um das Lösen einer Verschraubung bei veränderlicher Bela­ stung oder Erschütterungen infolge Temperaturänderung, Rostbildung oder Nachgeben der Unterlage zu vermeiden, gibt es Sicherungen aus kraftschlüssigen oder formschlüs­ sigen Elementen. Kraftschlüssige Sicherungen bestehen aus Gegenmuttern, längsverspannten quergeschlitzten Muttern, querverspannten Muttern mit Tangential- oder Radial­ schraube sowie Federringen, Zahnscheiben, Kunststoffein­ lagen in der Mutter, oder sie bedienen sich einer erhöh­ ten Reibung durch einen kegeligen Ansatz an der Mutter. Formschlüssige Sicherungen können aus Quersplinten mit Kronenmuttern, Nasenblechen, Sicherungsfedern oder Ver­ kleben des Gewindes mit Kunstharz bestehen. Es liegt auf der Hand, daß alle diese Sicherungen wegen der zusätzli­ chen Bauteile aufwendig und umständlich zu handhaben sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Aus­ drehsperre an einem Befestigungselement zu schaffen, für die keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind und das einfach zu handhaben ist.

Ausgehend von dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorge­ schlagen, daß das Gewinde der Schraube, des Gewindestifts oder der Gewindebuchse eine in Eindrehrichtung von einem Kleinstwert bis zu einem Größtwert vorzugsweise stetig zunehmende Gewindehöhe und wenigstens einen, eine Aus­ drehsperre bildenden Absatz beim Größtwert der Gewinde­ höhe aufweist. Ein einziger, etwa in der Mitte der Ein­ drehlänge befindlicher Absatz kann bereits eine ausrei­ chende Ausdrehsperre bilden, da durch die zunehmende Ge­ windehöhe beim Eindrehen des Befestigungselements ein Bauteil oder beim Aufschrauben einer Mutter Material ver­ drängt wird und sich aufgrund der Materialelastizität hinter dem Absatz beim Größtwert der Gewindehöhe ver­ krallt.

Die Gewindehöhe kann vorzugsweise über einen halben Ge­ windegang von dem Kleinstwert auf den Größtwert zunehmen, so daß sich einander diametral gegenüberliegende Absätze nach jeweils einem halben Gewindegang bilden. Dies hat den Vorteil, daß sich das Befestigungselement, wenn es aus Kunststoff besteht, in einer zweiteiligen Spritzguß­ form mit einer in die Ebene der Absätze gelegten Trennebene herstellen läßt.

Der Anfang eines Gewindeganges mit dem Kleinstwert und das Ende eines Gewindeganges mit dem Größtwert können miteinander fluchten, so daß das Gewinde von Anfang bis Ende kontinuierlich durchläuft und sich Absätze nur am Übergang vom Größtwert zum Kleinstwert bilden. Es ist je­ doch auch möglich, die Gewindegänge um eine Ganghöhe axial zu versetzen, wobei sie einen Abstand voneinander aufweisen, der mindestens dem Zweifachen der Ganghöhe entspricht, so daß der Beginn eines Gewindegangs mit dem Kleinstwert und das Ende eines Gewindegangs mit dem Größtwert jeweils um eine Ganghöhe gegeneinander versetzt sind. Hierdurch wird erreicht, daß die Gewinderillen breit sind und sich mit großem Radius ausrunden lassen, wodurch sich eine Kerbwirkung dieses Teils des Gewinde­ profils vermeiden läßt. Trotzdem lassen sich eine normale Mutter oder eine Gewindebohrung mit kontinuierlichen Gewindegängen zur Aufnahme des erfindungsgemäßen Befesti­ gungselements verwenden.

Bei dem Gewinde des Befestigungselements kann es sich um ein selbstfurchendes Gewinde mit wenigstens einer Schneidnut am Gewindeanfang handeln.

In diesem Fall können der axiale Versatz der Gewindegänge und/oder die veränderliche Gewindehöhe für die Ausdreh­ sperre am Ende der Schneidnut beginnen.

Bestehen das Befestigungselement und das zugehörige Bau­ teil aus bei einer gemeinsamen Verwertung kompatiblen Kunststoffen, lassen sich die Befestigungselemente mit dem Bauteil direkt durch Regranulieren verwerten, ohne daß es hierzu einer vorherigen Demontage und eines Sor­ tierens bedarf.

In diesem Zusammenhang bedeutet kompatibel, daß sich das Kunststoffmaterial des Befestigungselements mit dem des Bauteils beim Einschmelzen oder Regranulieren vollständig mischt und darin homogen verteilt, ohne daß eine thermi­ sche Schädigung des einen oder anderen Kunststoffmateri­ als eintritt und ohne daß Verstopfungen von Spritzdüsen, Angußkanälen oder schädliche Einlagerungen im daraus ge­ fertigten Spritzgußteil auftreten. Die Werkstoffpaarung kann auch so sein, daß sich bei der gemeinsamen Verwer­ tung eine synergistische Wirkung ergibt.

Die Kompatibilität wird gefördert, wenn der Schmelzpunkt des Kunststoffs für das Befestigungselement etwa gleich dem des für das Bauteil verwendeten Kunststoffs ist und die Kunststoffe insbesondere artgleich sind. Artgleich sind z. B. Polyolefine sowie Polyamide. Dabei kann der Kunststoff für das Befestigungselement härter und/oder schlagzäher als der Kunststoff für das Bauteil sein und insbesondere festigkeitserhöhende Füllstoffe wie Glasfa­ sern, Glaskugeln, Kohlefasern oder Mineralstoffe enthal­ ten.

Für das Befestigungselement eignet sich z. B. ein schlag­ zäh modifiziertes Polyamid (PA) mit 50% Glasfaseranteil, das sich gemischt mit anderen, einfachen Polyamiden für das Bauteil wiederverwerten läßt. In der gleichen Weise läßt sich ein Polypropylen (PP), das chemisch mit Poly­ äthylen (PE) gekoppelt ist und 40% Glasfaseranteil ent­ hält, als Material für das Befestigungselement mit allen Polyolefinen als Material für das Bauteil wiederverwen­ den. Des weiteren ist ein Homopolymerisat des Polyoxymethylens (POM) mit 40% Glasfaseranteil für das Be­ festigungselement und das gleiche Homopolymerisat ohne Glasfaseranteil für das Bauteil geeignet. Auch ein Copolymerisat von POM mit 40% Glasfaser läßt sich mit einem entsprechenden Copolymerisat kombinieren. Eine wei­ tere Materialkombination ist mit einem schlagzäh modifi­ zierten Polybuthylenterephthalat (PBTP) mit 40% Glasfa­ seranteil und einem einfachen PBTP oder einem schlagzäh modifizierten Polyäthylenterephthalat (PETB) mit 40% Glasfaseranteil und einem einfachen PETB gegeben, wobei der Glasfasergehalt durchaus variieren kann.

Werden solche Bauteile mit ihren Befestigungselementen aufgeschmolzen und regranuliert, mischen sich die Mate­ rialien der Befestigungselemente und des Bauteils pro­ blemlos, und die Füllstoffe, z. B. Glasfasern, verteilen sich gleichmäßig in der Schmelze. Das regranulierte Mate­ rial läßt sich zu Gegenständen verarbeiten, bei denen es auf einen geringen Stoffanteil, der von den Befestigungs­ elementen herrührt, nicht ankommt. Nur für die Befesti­ gungselemente selber sollte aus Festigkeitsgründen stets jungfräuliches Material verwendet werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht eines Gewindeeinsatzes mit Ausdrehsicherung,

Fig. 2 eine Axialansicht des Gewindeeinsatzes der Fig. 1 und

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Gewindeeinsatzes mit Ausdrehsicherung und axialem Versatz der Gewin­ degänge.

Der Gewindeeinsatz 1 ist mit Gewindegängen 2 versehen, deren Höhe in Umfangsrichtung über 180° von einem Kleinstwert bis zu einem Größtwert stetig zunimmt und sich nach jedem halben Gewindegang 2 über einen Absatz 3 wieder auf den Kleinstwert vermindert. Der Absatz 3 wirkt als Ausdrehsperre. Wird die Gewindebuchse 1 nämlich im Uhrzeigersinn in die Bohrung eines nicht dargestellten Bauteils eingeschraubt - zu diesem Zweck läßt sich ein Einschraubwerkzeug mit Zapfen in Axialnuten 4 einsetzen - wird das Material des Bauteils in der Bohrung teilweise verdrängt und weicht teilweise elastisch aus, so daß es sich nach Beendigung des Einschraubens hinter den Absät­ zen 3 verkrallt, so daß ein Ausdrehen der Gewindebuchse 1 nur unter großem Kraftaufwand möglich ist.

Grundsätzlich kann die Gewindehöhe vom Kleinstwert zum Größtwert auch über mehr als 180°, auch über mehrere vollständige Gewindegänge 2 anwachsen, so daß sich im Ex­ tremfall nur ein Absatz 3 als Ausdrehsperrer über die Einschraublänge ergibt.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführung besitzt jede Gewinderille die doppelte Breite der Ganghöhe eines nor­ malen Gewindes. Jeweils ein halber Gewindegang 2 läuft über 180° um den Gewindeeinsatz herum. Nach 180° ist der nächste halbe Gewindegang 2 um den Betrag einer Ganghöhe axial versetzt. Die Gewindebuchse 1 erhält dadurch bei jedem halben Gewindegang 2 einen Sprung, dessen größerer am Ende des halben Gewindegangs 2 den Absatz 3 und damit die Ausdrehsperre bildet.

Die Gewindebuchse gemäß Fig. 3 ist mit einem selbstfur­ chendem Gewinde versehen, so daß sie sich in eine Bohrung eindrehen läßt, ohne daß die Bohrung vorher mit einem Ge­ winde versehen werden muß. Zu diesem Zweck weist die Ge­ windebuchse 1 am Einschraubende einander diametral gegen­ überliegende Schneidnuten 5 auf. Im Bereich der Schneid­ nuten 5 besitzt die Gewindebuchse 1 normale Gewindegänge mit gleichmäßiger Gewindehöhe und ohne axialen Versatz. Die veränderliche Gewindehöhe und/oder der axiale Versatz der Gewindegänge beginnen erst im Anschluß an die Schneidnuten 5 am Einschraubende.

In den Fig. 1 bis 3 ist jeweils eine Gewindebuchse darge­ stellt, deren Innenbohrung zur Aufnahme einer Schraube oder eines Gewindestifts dient. Selbstverständlich kann der Gewindeschaft einer Schraube oder eines Gewindestifts in entsprechender Weise ein Gewinde mit der erfindungsge­ mäßen Ausdrehsperre aufweisen, das ebenfalls selbstfur­ chend sein kann. Damit die erfindungsgemäße Ausdrehsperre wirksam werden kann, muß das Material des damit verse­ henen Befestigungselements eine höhere Festigkeit und Härte als das Material aufweisen, in das das Befesti­ gungselement eingeschraubt wird.

Das erfindungsgemäße Befestigungselement läßt sich mit Vorteil besonders in Verbindung mit weichen Kunststoffen wie Polyurethan oder Elastomere verwenden. In Anpassung an die verwendeten Materialien kann die Zunahme der Gewin­ dehöhe vom Kleinstwert zum Größtwert unterschiedlich groß sein, bei weichen Kunststoffen wie Polyurethan oder Gummi ist die Höhenzunahme groß, während die Höhenzunahme in Verbindung mit Bauteilen aus festem Kunststoff oder Me­ tall geringer ist.

Durch die Verwendung eines Kunststoffs für die Gewinde­ buchse bzw. den Gewindestift, der mit dem für das Bauteil verwendeten Kunststoff kompatibel ist, brauchen die Ge­ windebuchsen bzw. die Gewindestifte und das Bauteil bei einer Verwertung nicht voneinander getrennt zu werden. Vielmehr läßt sich das Bauteil zusammen mit seinen Gewin­ debuchsen bzw. Gewindestiften in üblicher Weise regranu­ lieren, aufarbeiten und wiederverarbeiten.

Claims (13)

1. Befestigungselement, insbesondere Schraube, Gewinde­ stift oder Gewindebuchse (1), mit

• - einem Gewinde (2),
• - einer in Eindrehrichtung von einem Kleinstwert bis zu einem Größtwert zunehmenden Gewindehöhe und
• - wenigstens einem, eine Ausdrehsperre bildenden Absatz (3) beim Größtwert der Gewindehöhe.

2. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gewindehöhe über einen halben Ge­ windegang (2) von dem Kleinstwert auf den Größtwert zunimmt.

3. Befestigungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfang eines Gewindegangs (2) beim Kleinstwert und das Ende eines Gewindeganges beim Größtwert miteinander fluchten.

4. Befestigungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindegänge (2) am Absatz axial gegeneinander versetzt sind.

5. Befestigungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindegänge (2) am Absatz um eine halbe Ganghöhe gegeneinander axial versetzt sind und einen Abstand voneinander besitzen, der minde­ stens dem Zweifachen der Ganghöhe entspricht.

6. Befestigungselement nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein selbstfur­ chendes Gewinde (2).

7. Befestigungselement nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch wenigstens eine Schneidnut (5) am Gewindean­ fang.

8. Befestigungselement nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der axiale Versatz der Gewindegänge (2) und/oder die veränderliche Gewindehöhe für die Aus­ drehsperre am Ende der Schneidnut (5) beginnen.

9. Verwendung eines Befestigungselementes nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aus Kunststoff an oder in einem Bauteil aus einem mit dem Kunststoff des Befesti­ gungselements bei der gemeinsamen Verwertung kompati­ blen Kunststoff.

10. Befestigungselement zur Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sein Schmelzpunkt etwa gleich dem des für das Bauteil verwendeten Kunst­ stoffs ist.

11. Befestigungselement zur Verwendung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffe artgleich sind.

12. Befestigungselement zur Verwendung nach einem der An­ sprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch einen Kunst­ stoff, der härter und/oder schlagzäher als der Kunst­ stoff für das Bauteil ist.

13. Befestigungselement zur Verwendung nach einem der An­ sprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch einen Kunst­ stoff mit festigkeitserhöhenden Füllstoffen wie Glas­ fasern, Glaskugeln, Kohlefasern oder Mineralstoffe.