DE4442075C1 - Schraubverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betritt eine Schraubverbindung, insbeson­ dere für einen Steckverbinder, mit einem Gewinde und einer auf das Gehäuse aufschraubbaren Mutter.

Herkömmliche Steckverbinder weisen eine Schraubverbindung mit einer Überwurfmutter auf, die an einem Steckerteil drehbar gelagert ist und auf ein Gewinde des anderen Steckerteils aufgeschraubt wird. Zwischen entsprechenden Dichtring-Auflageflächen der beiden Steckverbinderteile befindet sich ein Dichtring, der bei Aufschrauben der Überwurfmutter des einen Steckverbinderteils auf das Gewinde des anderen Steckverbinderteils zum Zwecke der Abdichtung des Innenbereichs des Steckverbinders zusam­ mengedrückt wird, bis eine entsprechende Anschlagfläche des einen Steckverbinderteils auf eine Gegenanschlagflä­ che des anderen Steckverbinderteils trifft, so daß da­ durch die Überwurfmutter nicht weiter aufschraubbar ist und der Dichtring nicht weiter zusammengedrückt werden kann. Die Dichtheit des Steckverbinders wird dabei im wesentlichen durch das Einhalten eines Mindestdrehmoments und der dadurch hervorgerufenen elastischen Verformung der Dichtung bestimmt. Wird dabei die Überwurfmutter mit einem zu geringen Drehmoment angezogen, so ist der Steck­ verbinder undicht. Der Benutzer kann beim Aufschrauben der Überwurfmutter nicht feststellen, wann der Festan­ schlag und damit die erforderliche Dichtheit erreicht ist, so daß der Benutzer nicht sicher sein kann, daß der Steckverbinder in der richtigen Weise abgedichtet ist. Wird dagegen beim Aufschrauben der Überwurfmutter des einen Steckverbinderteils auf das Gewinde des anderen Steckverbinderteils ein zu großes Anzugsdrehmoment aus­ geübt, können Zerstörungen am Steckverbinder auftreten. Nicht selten wird die Überwurfmutter bei Steckverbindern mit der Zange angezogen und damit ein sehr hohes Anzugs­ drehmoment auf den Verbinder ausgeübt, so daß der Steck­ verbinder zerstört wird, etwa dadurch, daß die Überwurfmutter aus ihrer Verankerung gezogen wird.

Aus der DE 89 10 365 ist eine Schraubverbindung, insbesondere für einen Steckverbinder, mit einem Gewinde und einer auf das Gewinde aufschraubbaren Mutter bekannt. Die Mutter ist um­ fangsseitig von einer Hülse umgeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraubverbin­ dung zu schaffen, bei der unabhängig vom ausgeübten Drehmoment immer nur eine vorgegebene Kraft auf die Schraubverbindung ausgeübt wird.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Beim Drehen der Hülse in Aufschraub-Drehrichtung gleitet der Nocken auf dem einen zunehmend größeren Außenradius aufweisenden Umfangsbereich der Mutter, also auf die dadurch gebildete "schiefe Ebene", so daß auf Grund des dadurch auf die Mutter übertragenen, zunehmenden Drehmoments die Mutter mitgedreht und auf das das Gewinde aufweisende Gegenstück aufgeschraubt wird. Ist umfangsmäßig gesehen das Ende des Umfangsbereichs mit zunehmend größerem Außenradius erreicht, steigt das auf die Mutter übertragene Drehmoment nicht weiter an bzw. vermindert sich, so daß die Mutter nicht weiter auf das Gegenstück aufgeschraubt wird. Auf diese Weise ist das gewünschte, optimale Drehmoment, welches an der Mutter angreift, erreicht, und die Mutter kann nicht über dieses gewählte Drehmoment hinweg weiter mit zunehmendem Drehmoment auf das Gewinde aufgeschraubt werden. Auf diese Weise wird ein Überdrehen der Mutter oder eine Zerstörung der Schraubverbindung vermieden, und dennoch ist die Dichtheit eines Dichtelements sichergestellt, da ein vorgegebenes Drehmoment auf die Mutter ausgeübt wird.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nimmt der Radius der Mutter-Umfangsfläche von einem kleinsten Radius bis zu einem größten Radius zu, und danach über eine im wesentlichen radiale Anschlag­ fläche auf einen kleineren, vorzugsweise den kleinsten Radius ab. Auf diese Weise ergibt sich eine ratschen­ artige Ausbildung der Außenumfangsfläche der Mutter, die den Vorteil hat, daß der Benutzer beim Aufdrehen der Hülse auf das Gegenstück der Schraubverbindung das nach­ lassende Drehmoment bemerkt und das damit erreichte, richtige, abgeschlossene Verschrauben der Schraubver­ bindung feststellt. Auch akustisch erkennt er dies durch das Ratschgeräusch.

Gemäß einer in diesem Zusammenhang besonders vorteilhaf­ ten Ausführungsform der Erfindung greift der Nocken formschlüssig an der im wesentlichen radialen Anschlags­ fläche an, wenn die Hülse in Abschraub-Drehrichtung ge­ dreht wird, so daß damit automatisch auch die Mutter in Abschraubrichtung gedreht und vom Gewinde abgeschraubt wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Umfangswandung der Hülse wenigstens im Bereich des Nockens elastisch ausgebildet. Der Nocken kann daher bei Auflaufen auf den einen zunehmend größeren Außenra­ dius aufweisenden Außenumfangsbereich der Mutter ela­ stisch nachgeben, so daß er in Abhängigkeit von der ge­ wählten Elastizität ein vorgegebenes Drehmoment auf die Mutter überträgt.

Die Hülse ist dabei vorzugsweise aus einem Kunststoff mit vorgegebenen Elastizitätseigenschaften hergestellt. Zur Schaffung einer gewünschten Elastizität des Nockens bei Aufschrauben auf einen Umfangsbereich der Mutter mit zunehmend größerem Außenradius ist vorzugsweise auch vorgesehen, die Umfangswandung wenigstens im Nockenbe­ reich mit Durchbrechungen zu versehen, um dadurch die Elastizität und Federeigenschaften der Hülse bzw. des Nockens optimal einstellen bzw. wählen zu können.

Zusätzlich oder alternativ dazu ist es auch möglich, im Nockenbereich und im Bereich um den Nocken herum eine andere Wandstärke der Umfangswandung, vorteilhafterweise eine geringere Wandstärke vorzusehen, um damit auch wiederum die Federeigenschaften des Nockens festzulegen und einstellen zu können.

Der elastische Nockenbereich der Umfangswandung der Hülse ist bezüglich der Drehmoment-Angriffsfläche, beispiels­ weise bei Drehen der Hülse mit der Hand oder mit Werk­ zeugen, zurückgesetzt ausgebildet. Dadurch wird vermie­ den, daß auf Grund des Hand- oder Werkzeug-Preßdrucks auf den Nocken ein nicht definierter Anpreßdruck des Nockens auf den einen zunehmend größeren Außenradius aufweisenden Umfangsreich ausgeübt wird, und damit das auf den einen zunehmend größeren Außenradius aufweisenden Umfangsbe­ reich ausgeübtes Drehmoment unbestimmt wird.

Vorzugsweise ist die Hülse auf die Mutter aufklipsbar, was inbesondere dann auf einfache Weise möglich ist, wenn die Hülse aus einem Kunststoff besteht.

Insbesondere bei Verwendung der erfindungsgemäßen Schraubverbindung im Zusammenhang mit einem Steckver­ binder ist die Mutter vorzugsweise eine Überwurfmutter. Die erfindungsgemäße Schraubverbindung ist insbesondere auch vorteilhaft, wenn zwischen der Überwurfmutter und einer Dichtring-Auflagefläche des das Gewinde aufweisen­ den Schraubverbindungsteils ein Dichtelement, vorzugs­ weise ein Dichtring oder eine Flachdichtung, vorgesehen ist. Die integrierte Drehmomentsbegrenzung in der Über­ wurfmutter der erfindungsgemäßen Schraubverbindung gewährleistet ein Drehmoment innerhalb vorgegebener Grenzen unabhängig von dem durch den Bediener oder das Aufschraubwerkzeug aufgebrachten Drehmoment, wenn die Hülse bis zum Durchrutschen angezogen wird. Der Benutzer ist damit sicher, daß die Schraubverbindung dicht ist, ohne daß die Gefahr einer zu großen Drehmomentausübung auf die Hülse mit der Zerstörung der Schraubverbindung und/oder des Dichtelements besteht.

Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten, Ausgestaltungen und Vorteile derselben wird bzw. werden nachfolgend an­ hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezug­ nahme auf die Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schraubverbindung im Zusammenhang mit einem Steckverbinder, teilweise in Querschnittsdar­ stellung,

Fig. 2 Mutter und Hülse in einem Längsschnitt,

Fig. 3 Mutter und Hülse in einer Schnittdarstellung entlang der in Fig. 2 eingezeichneten Schnittlinie III-III, und

Fig. 4 eine Darstellung der Mutter und der Hülse in einer Stellung zueinander zum Lösen der Verbindung.

Fig. 1 zeigt einen Steckverbinder 1 mit einem ersten Steckverbinderteil 2 und einem zweiten Steckverbinderteil 3 im zusammengesteckten Zustand. Der zweite Steckverbin­ derteil weist ein Gewinde 4 auf, auf das eine Überwurf­ mutter 5 aufgeschraubt ist. Zwischen einer Auflagefläche 6 der Überwurfmutter 5 und einer Auflagefläche 7 des zweiten Steckverbinderteils 3 befindet sich ein Dichtring 8, der in verbundenem Zustand der beiden Steckverbinder­ teile 2 und 3 zwischen diesen Auflageflächen 6, 7 zur Abdichtung des Innenbereichs des Steckverbinders in einem gewissen Maß zusammengepreßt ist. Über der Überwurfmutter 5 ist eine Hülse 9 vorgesehen, die von oben über die Überwurfmutter 5 eingeklipst ist und bezüglich der Über­ wurfmutter 5 drehbar ist.

Die Überwurfmutter 5 und die Hülse 9 sind in Fig. 2 nochmals getrennt und in den Fig. 3 und 4 - jeweils in einer anderen Stellung zueinander - in einer Schnittdar­ stellung entlang der in Fig. 2 eingezeichneten Schnitt­ linie III-III dargestellt.

Wie am besten aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, sind auf der Innenumfangsfläche 10 der Hülse 9 Nocken 11 aus­ gebildet, die nach innen abstehen. Die Nocken 11 sind äquidistant in einem Winkelabstand von 90° vorgesehen.

Wie am besten aus Fig. 2 zu ersehen ist, befinden sich die Nocken 11 axial gesehen im Mittelbereich der Hülse 9.

Wie am besten aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, weist die Außenumfangsfläche 16 der Mutter 5 zwei Umfangsbe­ reiche von im wesentlichen 180° auf, in denen die Außen­ umfangsfläche einen in Aufschraub-Drehrichtung bzw. im Uhrzeigersinn zunehmend größeren Außenradius aufweist. Die dadurch gebildete "schiefe Ebene" beginnt jeweils an einem Punkt 12 mit kleinstem Radius und endet an einem Punkt 13 mit größtem Radius. Danach geht die Außenum­ fangsfläche jeweils wieder auf den kleinsten Außenradius (Punkt 12) zurück, wodurch eine im wesentlichen radiale Anschlagfläche 14 gebildet wird.

Die erfindungsgemäße Schraubverbindung in der darge­ stellten Ausführungsform funktioniert folgendermaßen:

Bei Drehung der Hülse 9 per Hand in Aufschraub-Drehrich­ tung, in den Figuren also im Uhrzeigersinn, gleitet je­ weils eine Nocke 11 auf dem einen zunehmend größeren Außenradius aufweisenden Umfangsbereich der Mutter 5 bis zu dem Punkt 13 mit größtem Außenradius. Dabei üben die Nocken auf die Außenumfangsfläche ein Drehmoment auf die Überwurfmutter 5 aus, die dadurch mitgedreht wird. Im Endstadium des Aufschraubens der Überwurfmutter, wenn also die Auflagefläche 6 der Überwurfmutter 5, die den Dichtring 8 auf die Auflagefläche 7 des zweiten Steck­ verbinderteils 3 drückt, nimmt das auf zuwendende Dreh­ moment zu, so daß die Nocken 11 auf der eine schiefe Ebene bildende Außenumfangsfläche mit zunehmend größerem Außenradius gleiten. Die Nocken 11 bzw. der die Nocken umgebende Bereich der Hülse 9 ist auf Grund der Mate­ rialwahl, beispielsweise der Verwendung eines Kunststof­ fes, für die Hülse 5, elastisch verformbar und wirkt federnd, so daß sich eine Relativ-Drehbewegung zwischen der Überwurfmutter 5 und der Hülse 9 bis zu dem Punkt 13 ergibt, wo der Außenradius der Außenumfangsfläche der Überwurfmutter 5 am größten ist. Dieser Zustand ist in Fig. 3 wiedergegeben. In diesem Falle ist das von der Hülse 9 über die Nocken 11 auf die Überwurfmutter 5 übertragene Drehmoment am größten. Die in diesem Zustand resultierende Kraft auf Grund der Reibungskraft zwischen Nocken 11 und Außenumfangsfläche der Überwurfmutter 5 ist am größten und ergibt das gewünschte Nenndrehmoment mit dem die Überwurfmutter 5 auf das Gewinde 4 des zweiten Steckverbinderteils 3 aufgeschraubt werden soll. Die Reibkraft ergibt sich durch die resultierende Kraft aus tangential angreifender Drehkraft und der Normalkraft sowie dem materialpaarungsabhängigen Reibkoeffizienten zwischen den Nocken 11 einerseits und der Außenumfangs­ fläche der Überwurfmutter 5 andererseits. Das Drehmoment ist dabei so ausgelegt bzw. gewählt, daß die vorgesehene Dichtwirkung optimal erreicht wird. Eine optimale Dicht­ wirkung ergibt sich gemäß den Angaben der Dichtungsher­ steller beispielsweise dann, wenn der Dichtring maximal 30% seines Volumens bei entspanntem Dichtring zusammen­ gepreßt ist. Dies ist ein Kompromiß zwischen einer mög­ lichst hohen Dichtwirkung und einer möglichst geringen Zusammenpressung der Dichtung im Hinblick auf eine hohe Lebensdauer.

Wird die Hülse weitergedreht, nachdem die Nocken 11 den Punkt 13 mit größtem Außenradius erreicht haben, ent­ spannt sich die Hülse auf Grund der Möglichkeit, daß die Nocken 11 von der Außenumfangsfläche der Überwurfmutter freikommen. Wird die Hülse 9 weitergedreht, so wird da­ durch kein höheres Drehmoment auf die Mutter ausgeübt als beim vorausgegangenen Erreichen der Nocken 11 des Punktes 13. Das auf die Mutter 5 ausgeübte Drehmoment ist daher auf das genannte Nenndrehmoment begrenzt. Ein Zerstören der Steckverbindung durch zu starkes Aufschrauben der Mutter ist daher mit der erfindungsgemäßen Schraub­ verbindung nicht möglich, weil die Hülse bei einem wei­ teren Schraubvorgang jeweils nur durchrutscht. Wird die Hülse 9 in Aufschraubrichtung, also im Gegenuhrzeigersinn gedreht, greifen die Nocken 11 mit ihren auf dieser Seite geraden Flächen an den Anschlagflächen 14 der Überwurf­ mutter 5 zwischen den Punkten 12 und 13 an und nehmen auf Grund des dadurch erfolgten Formschlusses die Überwurf­ mutter 5 im Gegenuhrzeigersinn mit, so daß sie abge­ schraubt und die Schraubverbindung auf einfache Weise gelöst wird.

Wie bereits ausgeführt wurde, ist das Nenndrehmoment, mit der die Überwurfmutter 5 maximal auf den zweiten Steck­ verbinder 3 aufgeschraubt werden kann, abhängig von der geometrischen Gestaltung der Nocke und der Außenum­ fangsfläche der Überwurfmutter 5 und/oder der Werkstoff­ paarung aus Hülse 9 und Überwurfmutter 5. Das Drehmoment wird dabei besonders von der Federwirkung oder Elastizi­ tät der Hülse 9 im Bereich oder im Nachbarbereich der Nocken 11 bestimmt. Diese Elastizität läßt sich durch die Wahl des Werkstoffes für die Hülse 9 festlegen. Es ist jedoch alternativ oder auch zusätzlich möglich, in der Umgebung der Nocken 11 Fenster oder Durchbrechungen vor­ zusehen, so daß definierte Verbindungsbereiche zwischen dem Nockenbereich und der Hülse 9 bestehen, durch die die Elastizität und Federwirkung der Nocke 11 festgelegt werden kann. Auch ist es möglich, im Nachbarbereich der Nocken 11 die Wandstärke der Umfangsfläche der Hülse 9 unterschiedlich, vorzugsweise geringer auszubilden, um die Elastizität im Nockenbereich zu erhöhen.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird die Hülse 9 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel von oben auf die Überwurfmutter 5 gebracht, wobei die Nocken axial gesehen im Mittelbereich der Hülse 9 bzw. der Über­ wurfmutter 5 einrasten, so daß die Hülse 9 auf die Mutter 5 aufklipsbar ist. Zum einfacheren Aufklipsen der Hülse 9 ist auf der Unterseite der Hülse 9 im Innenumfangsbereich eine Schräge 15 vorgesehen.

Wie weiterhin insbesondere aus Fig. 2 zu ersichtlich ist, ist der Bereich der Hülse 9, der die Nocken 11 aufweist, etwas nach innen versetzt angeordnet, so daß auch die Außenumfangsfläche in diesem Bereich bezüglich der übri­ gen Außenumfangsfläche der Hülse 9 nach innen versetzt ist. Dadurch wird sichergestellt, daß beim Ergreifen und Drehen der Hülse 9 mit der Hand der Nockenbereich nicht undefiniert auf die Außenumfangsfläche der Überwurfmutter 5 gedrückt wird, wodurch sich ein undefiniertes Drehmo­ ment auf die Überwurfmutter 5 ergeben würde.

Die Erfindung wurde zuvor anhand eines bevorzugten Aus­ führungsbeispiels erläutert. Dem Fachmann sind zahlreiche Ausgestaltungen und Abwandlungen möglich, ohne daß da­ durch der Erfindungsgedanke verlassen wird. Beispiels­ weise kann - wie dies bei herkömmlichen Steckverbindern üblich ist - auch im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung am zweiten Steckverbinderteil 3 für die Über­ wurfmutter 5 ein Anschlag vorgesehen sein. Die Gefahr des Überdrehens oder Zerstörung der Schraubverbindung ist mit der vorliegenden Erfindung jedoch auch in diesem Falle gebannt. Darüber hinaus können auch mehr als zwei Um­ fangsbereiche mit jeweils zunehmend größerem Außenradius für die Überwurfmutter 5 vorgesehen sein, oder es ist auch möglich, pro Innenumfangsfläche 10 der Hülse 9 mehr als vier Nocken 11 vorzusehen.

Claims (13)

1. Schraubverbindung, insbesondere für einen Steckver­ binder, mit einem Gewinde (4) und einer auf das Ge­ winde (4) aufschraubbaren Mutter (5), die umfangsmäßig von einer Hülse (9) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (9) wenigstens einen Nocken (11) auf ihrer Innenumfangsfläche (10) und die Außenumfangsfläche (16) der Mutter (5) über we­ nigstens einen Umfangsbereich hinweg einen in Auf­ schraub-Drehrichtung zunehmend größeren Außenradius aufweist.

2. Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Radius der Mutter-Umfangsfläche (16) von einem kleinsten Radius (12) bis zu einem größten Radius (13) zunimmt und danach über eine im wesentlichen radiale Anschlagfläche (14) auf einem kleineren Radius abnimmt.

3. Schraubverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Nocken (11) bei Drehung der Hülse (9) in Abschraub-Drehrichtung an der Anschlagfläche (14) angreift.

4. Schraubverbindung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangs­ wandung der Hülse (9) wenigstens im Bereich des Nockens (11) in radialer Richtung elastisch ist.

5. Schraubverbindung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hülse (9) aus einem Kunststoff gefertigt ist.

6. Schraubverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswandung der Hülse (9) wenigstens im Nockenbereich Durchbrechungen aufweist.

7. Schraubverbindung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Umfangswandung der Hülse (9) wenigstens im Nockenbereich eine geringere Wand­ stärke aufweist.

8. Schraubverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ela­ stische Nockenbereich der Umfangswandung der Hülse (9) bezüglich der Drehmoment-Angriffsfläche zu­ rückgesetzt ausgebildet ist.

9. Schraubverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (9) auf die Mutter (5) aufklipsbar ist.

10. Schraubverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (11) im Angriffsbereich mit der Außenumfangsfläche (16) der Mutter (5) abgeschrägte Kanten aufweist.

11. Schraubverbindung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (11) eine im wesentlichen radiale Anschlagfläche aufweist, die an der Anschlagfläche (14) der Mutter (5) bei Drehung der Hülse (9) in Abschraub-Dreh­ richtung formschlüssig angreift.

12. Schraubverbindung nach den Ansprüchen 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Mutter (5) eine Über­ wurfmutter ist.

13. Schraubverbindung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Dichtelement (8) zwischen der Überwurfmutter (5) und einer Dichtungs-Auflagefläche (7) des das Gewinde (4) aufweisenden Schraubverbin­ dungs-Teils vorgesehen ist.