DE4442075C1 - Schraubverbindung - Google Patents
SchraubverbindungInfo
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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.
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