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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Befestigungselemente, wie Muttern
für Gewindebolzen
und dergleichen, die so gestaltet sind, dass sie gegen Manipulieren
resistent sind, wodurch sie Sicherheit gegen unerwünschtes
Entfernen bieten.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Bei
vielen Anwendungen ist es gebräuchlich, Gegenstände unter
Verwendung von Gewindebefestigungselementen, wie einer Kombination
von Mutter und Bolzen zu sichern, wobei beide, die Mutter und der
Bolzen, zusammenwirkende Gewinde aufweisen. Die Mutter wird unter
Verwendung eines geeigneten Werkzeugs, wie eines Schraubenschlüssels, auf
dem Bolzen befestigt. Die Verwendung einer Kombination von Mutter
und Bolzen liefert eine sehr sichere Befestigung von Gegenständen; weil
jedoch typischerweise dasselbe weithin verfügbare Werkzeug benutzt wird,
um die Mutter zu entfernen, ist es nicht möglich, ein unerwünschtes
Entfernen zu verhindern. Aus diesem Grund sind verschiedene, als
manipulationssichere Befestigungselemente bekannte Vorrichtungen
vorgeschlagen worden, die ein Sicherheitselement gegen unerwünschtes
Entfernen bieten. Ein Schlüsselmerkmal,
das gewöhnlich
in der Gestaltung solcher manipulationssicherer Befestigungselemente
enthalten ist, ist eine glatte äußere Oberfläche, die ein
Ergreifen mit weithin verfügbaren
Werkzeugen, wie Schraubenschlüsseln,
erschwert. Ein weiteres Schlüsselmerkmal
von manipulationssicheren Befestigungselementen ist es, solche Befestigungselemente
so zu gestalten, dass sie einen speziellen Schlüssel zum Festziehen und Lösen des
Befestigungselements erforderlich machen.
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Beispiele
von solchen manipulationsresistenten Befestigungselementen sind
im früheren US-Patent
5,863,166 des Anmelders sowie in anderen US-Patenten, einschließlich 5,199,838, 5,033,501,
4,674,306, 4,302,137, 4,125,051, 4,018,111, 3,134,292 sowie der
UK-Patentanmeldung Nr. 2,095,356 angegeben.
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Das
frühere
US-Patent 5,863,166 des Anmelders beschreibt eine Vorrichtung zum
Befestigen von Fahrradteilen am Fahrradrahmen. Die Vorrichtung umfasst
einen Gewindebolzen mit einer entsprechenden Mutter, die ein die äußere Oberfläche umgebendes
drehbares Gehäuse
und einen Schlüssel
zum Eingriff mit der Mutter aufweist. Der Schlüssel und die Stirnseite der
Mutter weisen mindestens einen Zapfen und mindestens eine Öffnung auf,
derart, dass die Zapfen von jedem in die Öffnungen des anderen passen.
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Das
US-Patent 5,199,838 lehrt eine Mutter für einen Gewindebolzen, die
eine sphärische
Oberseite und zylindrische Seiten aufweist. Die Mutter ist mit einer
Mehrzahl von Öffnungen
versehen, in die komplementäre
Bolzen auf einem speziell gestalteten Schlüssel passen. Auf diese Weise
kann nur der einmalig komplementäre
Schlüssel
verwendet werden, um die Mutter zu drehen. Obwohl eine solche Gestaltung
das Entfernen schwierig macht, ist es noch möglich, die Mutter unter Verwendung
von anderen Werkzeugen, wie Nadelzangen usw., zu drehen.
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Das
US-Patent 5,033,501 betrifft Feuerlöschhydrantendeckel und ringförmige Betätigungswerkzeuge
zum Herumlegen um die Außenseite
des Deckels. Auf der gewölbten
Oberfläche
des Deckels sind Werkzeugeingriffsflächen vorgesehen. Mit den Werkzeugeingriffsflächen treten
entsprechende Betätigungsflächen auf
der Innenseite einer inneren Öffnung
im Werkzeug in Eingriff, um den Deckel festzuziehen oder zu lockern.
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Das
US-Patent 4,674,306 beschreibt eine Fahrzeug- und Montage-Verriegelungs- und
Drehvorrichtung, wobei das Fahrzeugschloss mit dem Schlüssel für das manipulationssichere
Befestigungselement versehen ist. Das manipulationssichere Befestigungselement
wird von einer Mutter geliefert, die eine eingeschnittene Vorderseite
und gebogene Seiten parallel zur Vorderseite aufweist, umgeben von
einem zylindrischen ringförmigen
Ring, um das Ergreifen und Drehen der Mutter zu verhindern.
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Das
US-Patent 4,302,137 lehrt eine Mutter, die mit einer Mehrzahl von Öffnungen
versehen ist. Wie zuvor wird ein speziell gestalteter Schlüssel mit komplementären Bolzen
verwendet, um die Mutter zu drehen. Als weitere Sicherheitsmaßnahme ist
diese Vorrichtung mit einem sich drehenden Kragen versehen, der
es erschwert, die Mutter mit gebräuchlichen Werkzeugen zu ergreifen.
Eine Konstruktion dieser Art ist kompliziert, was zu höheren Herstellungskosten
beiträgt.
Weiter ist sie anfällig
für dieselbe
Art von Manipulation, wie im oben erörterten Patent mit der Endnummer
838.
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Das
US-Patent 4,125,051 lehrt ein manipulationssicheres Befestigungselement,
das einen Gewindeschaft und einen Kopf einschließt, der eine glatte kreisförmige Seitenfläche und
eine ebene Oberseite aufweist. Die Oberseite des Kopfs ist mit einer Mehrzahl
von radial verlaufenden Flanschen versehen, die mit komplementären Flanschen
auf einem spezifischen Schlüssel
zusammenwirken. Bei einer Ausführungsform
sieht die Vorrichtung aus dem Patent mit der Endnummer 051 ein entfernbares
Befestigungselement vor, jedoch ist angegeben, dass eine umgekehrte
Drehung des Befestigungselements nicht so wirkungsvoll wie in Eingriffsrichtung
ist. Wenn das Befestigungselement somit zu fest in Eingriff gebracht
wird, kann ein Entfernen unmöglich sein.
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Das
US-Patent 4,018,111 lehrt ein Befestigungselement mit einem axial
verlaufenden Gewindeschaft und einem Kopf mit einer glatten kreisförmigen Seitenwand.
Der Kopf weist ebenfalls eine flache Oberseite mit einer versetzten Öffnung zur
Aufnahme eines komplementären
Bolzens auf einem speziellen Schlüssel auf. Das Befestigungselement
ist mit einer kreisförmigen
Unterlegscheibe verbunden, die eine glatte kegelstumpfförmige Seitenwand
aufweist, welche sich über
den Kopf erstreckt, wodurch eine glatte äußere Oberfläche gebildet wird, wenn das
Befestigungselement befestigt ist. Diese Art von Anordnung verhindert
ein Manipulieren mit einem Schraubenschlüssel, Schraubenzieher oder
einem anderen derartigen Werkzeug.
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Das
US-Patent 3,134,292 beschreibt eine Schraube, die sich nicht mehr
zurückholen
lässt.
Anschlagflächen
auf dem Kopf der Schraube gestatten es, die Schraube in einer Richtung
zu drehen. Sobald jedoch die Schraube in Position gedreht worden
ist, ist es unmöglich,
sie zurückzuholen.
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Die
UK-Patentanmeldung Nr. 2,095,356 lehrt eine Diebstahlverhütungsvorrichtung,
die einen Bolzen mit einem zylindrischen Kopf aufweist, der von einem
drehbaren zylindrischen Mantel umgeben ist. Der Bolzenkopf ist mit Öffnungen
in einem vorgegebenen Muster versehen, und der komplementäre Schlüssel weist überstehende
Bolzen im selben Muster wie die Öffnungen
auf, sowie einen sechseckigen Kopf, der sich mittels eines Schraubenschlüssels ergreifen
lässt.
Einmal mehr ist diese Konstruktion teuer herzustellen.
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Obwohl
eine Reihe von manipulationssicheren Befestigungselementen entwickelt
worden ist, bleibt noch immer Bedarf an einem manipulationsresistenten
Befestigungselement oder einer manipulationsresistenten Mutter,
welche die Mängel
der bekannten Vorrichtungen überwinden.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein manipulationsresistentes Befestigungselement
bereit gestellt, umfassend einen Kopf mit einer glatten, gerundeten
Oberseite und einer mittigen Gewindebohrung mit einer Längsachse,
sowie mindestens zwei Ausschnitten, die sich bis in die Oberseite erstrecken,
dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Ausschnitte eine zu der Längsachse
parallele Seitenwand und einen zu der Längsachse senkrechten Boden
aufweist, wobei der Boden entlang von einer ersten Seite durch die
Seitenwand begrenzt wird und entlang von einer zweiten Seite unbegrenzt
ist, wobei die Seitenwand einen von der mittigen Bohrung aus in
einer allgemein radialen Richtung verlaufenden ersten Teil und einen
in einer allgemein umfänglichen Richtung
verlaufenden zweiten Teil aufweist, wobei entlang des zweiten Teils
die Entfernung von der Seitenwand bis zur mittigen Bohrung in der
Richtung weg von dem ersten Teil zunimmt, und wobei der Boden einen
ebenen Teil benachbart zum ersten Teil der Seitenwand und einen
geneigten Teil zwischen dem ebenen Teil und der Oberseite aufweist.
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Bei
einer Ausführungsform
schließt
der zweite Teil der Seitenwand von jedem der Ausschnitte einen konkaven
Teil ein.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
schließt der
zweite Teil der Seitenwand von jedem der Ausschnitte einen konvexen
Teil ein.
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Vorzugsweise
schließt
der zweite Teil der Seitenwand von jedem der Ausschnitte einen konvexen
Teil und einen konkaven Teil zwischen dem konvexen Teil und dem
ersten Teil der Seitenwand ein.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein manipulationsresistentes Befestigungselement
bereit gestellt, umfassend einen Gewindeschaft mit einer Längsachse,
einen Kopf, der mit dem Schaft verbunden ist und eine glatte gerundete
Oberseite aufweist, sowie mindestens zwei Ausschnitte, die sich
bis in die Oberseite erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass jeder
der Ausschnitte eine zu der Längsachse
parallele Seitenwand und einen zu der Längsachse senkrechten Boden aufweist,
wobei der Boden entlang von einer ersten Seite durch die Seitenwand
begrenzt ist und entlang von einer zweiten Seite unbegrenzt ist,
wobei die Seitenwand einen von der Achse aus in einer allgemein
radialen Richtung verlaufenden ersten Teil und einen in einer allgemein umfänglichen
Richtung verlaufenden zweiten Teil aufweist, wobei entlang des zweiten
Teils die Entfernung von der Seitenwand bis zur Längsachse
in der Richtung weg von dem ersten Teil zunimmt, und wobei der Boden
einen ebenen Teil benachbart zum ersten Teil der Seitenwand und
einen geneigten Teil zwischen dem ebenen Teil und der Oberseite
aufweist.
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Bei
einer Ausführungsform
ist der Kopf des Befestigungselements mit drei im Abstand um den Umfang
des Kopfs herum angeordneten Ausschnitten versehen, und der Abstand
zwischen den Ausschnitten wird von einem Befestigungselement zu
einem anderen verändert,
um verschiedene Kombinationen bereit zu stellen.
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Die
Erfindung stellt auch ein manipulationsresistentes Befestigungssystem
bereit, umfassend ein Befestigungselement gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt,
und wobei das Befestigungssystem weiter einen Schlüssel umfasst,
der einen mit dem Kopf in Eingriff tretenden Teil und mindestens
zwei herabhängende
Passelemente aufweist, von denen jedes einen Umfang aufweist, und
wobei der zweite Teil der Seitenwand eine Vertiefung enthält, die
eine Form aufweist, welche zu einem Teil des Umfangs der mindestens
zwei herabhängenden
Passelemente komplementär
ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt,
in denen:
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1 eine
auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform
eines manipulationssicheren Befestigungselements gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine
Oberseitenansicht der Mutter aus 1 ist;
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3 eine
Seitenansicht der Mutter aus 1 ist;
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4 eine
seitliche Querschnittsansicht der Mutter aus 1 ist;
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5 eine
perspektivische Ansicht eines Schlüssels der Mutter aus 1 gemäß einer
Ausführungsform
ist;
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6 eine
Oberseitenansicht der Ansicht des Schlüssels aus 5 ist;
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7 eine
geschnittene Seitenansicht des Schlüssels aus 5 ist;
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8 eine
perspektivische Ansicht einer Schlüssel- und Hebelanordnung unter
Verwendung des Schlüssels
aus 5 ist;
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9 eine
auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Schlüssel- und
Hebelanordnung aus 8 ist;
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10 eine
perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines manipulationssicheren
Befestigungselements gemäß der vorliegenden Erfindung
zur Verwendung mit einer Fahrradsattelanordnung ist;
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11 eine
perspektivische Ansicht des Befestigungselements aus 1 ist,
das verwendet wird, um eine Radnabenanordnung eines Fahrrads zu
befestigen; und
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12 eine
perspektivische Ansicht des Befestigungselements aus 11 ist,
das in einer Fahrradsattelanordnung verwendet wird.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt
eine erste bevorzugte Ausführungsform
eines manipulationssicheren Befestigungselements 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Das manipulationssichere Befestigungselement 10 schließt eine
Mutter 12 und einen geeigneten Bolzen 14 oder
einen anderen derartigen Gewindeschaft ein. Die Mutter 12 ist
mit einer Oberseite 16 versehen, die mittels gewöhnlicher
Werkzeuge, wie Schraubenschlüssel
oder Zangen, nicht leicht ergreifbar ist. Bei der dargestellten
bevorzugten Ausführungsform
weist die Oberseite 16 einen glatten, allgemein sphärischen
Querschnitt auf, obwohl eine andere Formgebung der Oberseite möglich ist,
wie unten beschrieben. Die Mutter weist vorzugsweise keine Seitenwände auf,
wobei sich die Oberseite 16 nach unten erstreckt, um mit
einer Unterseite 18 zusammenzutreffen. Wie in den 3 und 4 dargestellt,
ist die Unterseite 18 vorzugsweise mit einer Greiffläche versehen,
wie einer Mehrzahl von Rippen oder Zähnen 20. Die Mutter 12 ist
auch mit einer mittigen Bohrung 22 versehen, die sich in
axialer Richtung durch die Mutter erstreckt. Bei der bevorzugten Ausführungsform
ist die Bohrung 22 mit einem Gewinde versehen, so dass
sie mit dem in entsprechender Weise mit einem Gewinde versehenen
Bolzen 14 oder Schaft zusammenwirkt. Die Mutteroberseite 16 enthält auch
eine Mehrzahl von Ausschnitten 24, die bei der dargestellten
bevorzugten Ausführungsform drei
Ausschnitte 24 sind, welche sich in axialer Richtung durch
die Mutter 12 erstrecken, jedoch nicht notwendigerweise
ganz durch diese hindurch. Die Ausschnitte 24 sind nicht
mit einem Gewinde versehen und sind angepasst, um ein Passelement
aufzunehmen, vorzugsweise in Form eines Stifts, das sich aus einem
Schlüssel
erstreckt, wie unten erörtert
werden wird.
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Wie
in den 2 bis 4 dargestellt, weisen die Ausschnitte 24 vorzugsweise
einen Bodenteil 25 und einen kreisförmigen Kopf 26 mit
einer unterbrochenen Seitenwand auf, obwohl andere Formen als kreisförmig verwendet
werden können,
wie unten beschrieben werden wird. Die unterbrochene Seitenwand
wird vorzugsweise bereit gestellt, indem ein Teil der Seitenwand
des kreisförmigen
Kopfes 26 und das Material der Oberseite 16 des
Befestigungselements benachbart zum kreisförmigen Kopf 26 entfernt
wird, um einen überstehenden
Schweif 28 zu bilden, um eine allgemein kreisförmige Passelementaufnahmevertiefung
bereit zu stellen und dem Ausschnitt 24 das Erscheinungsbild
einer Augenbraue oder eines umgedrehten Kommas zu verleihen. Ein
Bodenteil 25a im Bereich des kreisförmigen Kopfs 26 ist
allgemein senkrecht zur Achse des Befestigungselements; ein Bodenteil 25b im überstehenden
Schweifteil 28 des Ausschnitts ist vom Bodenteil 25a und
von der Bodenfläche 18 weg
geneigt, wie man in den 1 und 3 sieht.
Das aus dem kreisförmigen Kopf 26 entfernte
Material ist Teil der Seitenwand, die während einer Drehung des Befestigungselements entgegen
dem Uhrzeigersinn mit dem Passelement auf einem Schlüssel in
Wechselwirkung treten wird. Wie unten ausführlicher erläutert werden
wird, liefert der dem überstehenden
Schweif 28 gegenüberliegende
Teil der Seitenwand die erste, allgemein vertikale Eingriffsfläche 23 zur
Wechselwirkung mit dem Passelement des Schlüssels zum Drehen des Befestigungselements
im Uhrzeigersinn. Der an die Innenwand des überstehenden Schweifs 28 angrenzende Teil
der Seitenwand liefert die zweite, allgemein vertikale Eingriffsfläche 29 zur
Wechselwirkung mit dem Passelement auf dem Schlüssel zum Drehen des Befestigungselements
entgegen dem Uhrzeigersinn. Das Entfernen von einem Teil der Seitenwand,
die allgemein während
einer Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn mit dem Passelement in
Wechselwirkung treten würde,
hinterlässt
ausreichend Seitenwand, um mit dem Passelement des Schlüssels in
Wechselwirkung zu treten, jedoch nicht genug von der Seitenwand,
um es zuzulassen, dass ein nicht passendes Werkzeug, wie beispielsweise
eine Nadelzange, eine ausreichende Drehkraft aufbringt, um ein Entfernen des
Befestigungselements zu ermöglichen.
Diese Konfiguration macht es sehr schwierig, das vorliegende Befestigungselement
mit einem nicht ordnungsgemäßen Werkzeug
zu entfernen.
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Die 2 bis 4 zeigen
auch die relative Anordnung der Ausschnitte 24 und der
mittigen Bohrung 22 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung. Wie unten erläutert
werden wird, stellt man sich als Ausführungsformen der Erfindung
eine große
Anzahl von Variationen der Größe und Relativposition der
Ausschnitte 24 vor. Eine solche Variabilität stellt für die Erfindung
ein weiteres Sicherheitsmerkmal bereit. Die Ausschnitte 24 sind
radial entfernt von der mittigen Bohrung 22 auf der Oberseite 16 der
Mutter 12 angeordnet, vorzugsweise in solchen Positionen, dass
keine zwei der Ausschnitte 24 mit der mittigen Bohrung 22 ausgerichtet
sind bzw. fluchten. Wenn man versuchen sollte, das Befestigungselement
zu entfernen, indem man zum Beispiel eine Nadelzange verwendet,
wird auf diese Weise die Kraft außermittig aufgebracht, und
nicht in einer Weise, die ein einfaches Entfernen ermöglicht.
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Die 5 bis 7 zeigen
einen Schlüssel 30 zur
Verwendung mit der Mutter 12. Der Schlüssel 30 schließt einen
Muttereingriffsteil 32 und einen Griffeingriffsteil 34 ein.
Wie in 7 dargestellt, weist der Muttereingriffsteil 32 ein
konkaves Profil auf, das an die Form der Oberseite 16 der
Mutter 12 angepasst ist, so dass er darüber passt. Wie in der bevorzugten Ausführungsform
dargestellt, würde
der Muttereingriffsteil 32 die allgemein sphärische Oberseite 16 der
Mutter 12 wiederspiegeln. Wie am besten in den 6 und 7 dargestellt,
schließt
der Schlüssel 30 eine
Anzahl von Passelementen ein, die an die Anzahl von Ausschnitten 24 im
Kopf des Befestigungselements angepasst ist. Bei der dargestellten bevorzugten
Ausführungsform,
wo die Ausschnitte 24 einen kreisförmigen Kopf 26 aufweisen,
werden die Passelemente von einer Anzahl von Stiften 36 bereit
gestellt, die an die Anzahl von Ausschnitten 24 in der
Mutter 12 angepasst sind. Bei der dargestellte Ausführungsform
weist der Schlüssel 30 drei
Stifte 36 auf, von denen jeder in einen Ausschnitt 24 der
Mutter 12 eingreift. Der Schlüssel 30 enthält auch
eine mittige Öffnung 38,
die es gestattet, dass jeglicher Teil des Bolzens 14, der
durch die Mutter 12 hindurchtreten mag, sich durch sie
hindurch erstreckt, so dass ein ordnungsgemäßer Eingriff mit der Mutter 12 erreicht
werden kann.
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Der
Griffeingriffsteil 34 schließt zwei gegenüberliegende
Flansche 42 und 44 ein, die Öffnungen 46 bzw. 48 enthalten.
Die Öffnungen 46 und 48 dienen
als Schwenkpunkte für
einen Griff 50, wie in 9 dargestellt.
Der Griff 50 umfasst einen Hebelarm 52 mit einem
Gelenkteil 54. Der Gelenkteil 54 schließt vorzugsweise
ein Paar axiale Fortsätze 56 und 58 ein,
die jeweils eine Öffnung 60 bzw. 62 aufweisen.
Um den Griff 50 am Schlüssel 30 zu
befestigen, wird ein Paar Bolzen 64 und 66 durch
die jeweiligen Öffnungen
auf dem Schlüssel
und dem Griff hindurchgeführt.
Auf diese Weise wird ein Bolzen 64 durch die Öffnungen 46 und 60 hindurchgeführt, während der
andere Bolzen 66 durch die Öffnungen 48 und 62 hindurchgeführt wird.
Durch eine solche Anordnung lässt
sich der Griff 50 um die Bolzen 64 und 66 verschwenken
und liefert eine ausreichende Hebelwirkung, um den Schlüssel 30 zu
drehen, wenn er mit der Mutter 12 im Eingriff steht. Eine zusätzliche Hebelwirkung
kann erzielt werden, indem man am Griff ein Teleskopiermerkmal vorsieht.
Durch Teleskopieren des Griffs wird der Schlüssel kleiner gemacht, wenn
er sich nicht im Gebrauch befindet.
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10 zeigt
eine zweite bevorzugte Ausführungsform
eines Befestigungselements gemäß der vorliegenden
Erfindung, das eine andere Kombination von einer Mutter 12 und
einem Bolzen 14 ist, die angepasst ist, um eine Sattelstütze an einem
Fahrrad zu befestigen. Der Schraubenbolzen 14 schließt einen
zumindest teilweise mit einem Gewinde versehenen Teil ein, der mit
einer entsprechend mit einem Gewinde versehenen mittigen Bohrung 22 der
Mutter 12 in Eingriff tritt. Das Befestigungselement dieser Ausführungsform
schließt
einen Adapter 68 ein, um die allgemein ebene Unterseite
der Mutter an die gerundete Oberfläche der Sattelstütze anzupassen.
Zusätzlich
dazu, dass der Adapter 68 zusammen mit dem Befestigungselement
der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist er auch bei
anderen Anwendungen verwendbar, die es erforderlich machen, eine
ebene Oberfläche
eines Befestigungselements an einer runden oder anderen nichtebenen Oberfläche zu befestigen.
Der Adapter 68 weist eine ebene Unterseite zum Kontakt
mit der Mutter oder dem anderen Befestigungselement und eine konkave
Oberseite auf. Wie in den Figuren dargestellt, weist die Oberseite
vorzugsweise einen zweiten konkaven Teil unter einem Winkel zum
ersten konkaven Teil auf. Auf diese Weise ist der Adapter nicht
nur zusammen mit einfachen gerundeten Oberflächen verwendbar, sondern auch
mit Oberflächen,
die versetzt oder von anderer Form sein können.
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Die
Funktionsweise der Kombination aus der Mutter 12 und dem
Schlüssel 30 wird
nun erörtert werden.
Eine Mutter 12 wird auf einen Bolzen 14 oder anderen
solchen Gegenstand geschraubt, auf dem die Mutter 12 befestigt
werden soll. Wenn die Mutter 12 festgezogen werden soll,
wird ein zu den Ausschnitten 24 der Mutteroberseite 16 passender Schlüssel 30 so
darüber
aufgesetzt, dass die Stifte 36 des Schlüssels 30 in die Ausschnitte 24 der
Mutter 12 eingeführt
werden. Der überstehende
Schweif 28 gestattet ein leichteres Einführen des
Schlüssels 30 auf
dem Befestigungselement 10, da es nicht notwendig ist,
die Stifte 36 des Schlüssels 30 ordentlich mit
den kreisförmigen
Vertiefungen 26 auszurichten. Statt dessen wird der Schlüssel 30 auf
der Mutter 12 im Uhrzeigersinn gedreht, so dass sich die
Stifte 36 an den Schweifen 28 der Ausschnitte 24 entlang
bewegen, bis sie in die kreisförmige
Stiftaufnahmevertiefung 26 eindringen. Die Wechselwirkung
zwischen den Stiften 36 und der ersten, allgemein vertikalen Eingriffsfläche 23 der
kreisförmigen
Stiftaufnahmevertiefungen 26 verbindet den Schlüssel 30 und
die Mutter 12 so, dass jegliche auf den Schlüssel 30 aufgebrachte
Drehkraft auf die Mutter 12 übertragen wird, wodurch deren
Drehung ermöglicht
wird. Wenn das Entfernen der Mutter 12 gewünscht wird,
wird in einer ähnlichen
Weise derselbe Schlüssel 30 über der
Mutteroberseite 16 aufgesetzt und zuerst im Uhrzeigersinn
gedreht, um die Stifte 36 in die kreisförmigen Stiftaufnahmevertiefungen 26 einzuführen. Dann wird
eine entgegengesetzte Drehkraft auf den Schlüssel 30 aufgebracht,
die wegen der Wechselwirkung des Stifts 36 und der zweiten
allgemein vertikalen Eingriffsfläche 29 die
Mutter 12 dreht. Der Griff 50 ist vorgesehen,
um das auf den Schlüssel 30 aufgebrachte
Drehmoment zu vergrößern, wodurch
das Anziehen oder Lockern der Mutter 12 unterstützt wird.
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Wie
deutlich wird, wird die spezifische Wirkung der Kombination von
Mutter und Schlüssel
teilweise durch die räumliche
Anordnung der Ausschnitte 24 auf der Mutteroberseite 16 erzielt.
Eine solche Anordnung steht in Korrelation zu der Anordnung der Stifte 36 des
Schlüssels 30.
Wenn zum Beispiel drei Ausschnitte 24 gleichmäßig im Abstand
um die Mutter 12 herum angeordnet sind, werden 120° zwischen zwei
beliebigen benachbarten Ausschnitten 24 liegen. Der Abstand
zwischen den Ausschnitten 24 kann verändert werden, um für einmalige
Kombinationen zu sorgen, so dass derselbe Schlüssel nicht auf alle Muttern
passen wird. Der Abstand zwischen den Ausschnitten 24 kann über einen
weiten Bereich verändert
werden, solange vorzugsweise keine zwei der Ausschnitte 24 mit
der mittigen Öffnung 22 ausgerichtet
sind bzw. fluchten. Bei drei Ausschnitten 24 variiert der
Abstand zwischen den Ausschnitten 24 vorzugsweise zwischen
etwa 100° und
140°, bevorzugter
zwischen etwa 105° und
135°. Indem
man enge Herstellungstoleranzen einhält, kann eine Variation von
bis hinab zu fünf
Grad im Abstand ausreichend sein. Die Abstandsvariation verhindert,
dass ein Schlüssel 30,
der nicht den komplementären
Abstand der Passelemente aufweist, benutzt wird, um die Mutter 12 zu
entfernen. Die nicht passenden Passelemente werden nicht imstande
sein, ordnungsgemäß in die Vertiefungen
der Ausschnitte 24 einzudringen und mit diesen in Eingriff
zu treten und werden somit nicht imstande sein, ausreichend Kraft auszuüben, um
die Mutter 12 zu entfernen. Statt dessen werden sich die
Passelemente entlang des überstehenden
Schweifs 28 bewegen, und der Schlüssel 30 wird sich
von der Mutter 12 lösen.
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Bei
anderen Ausführungsformen
kann weiter eine Mehrzahl von Ausschnitten 24, wie vier
oder fünf,
vorgesehen sein. Zudem kann die Formgebung der Ausschnitte 24 und
der Passelemente verändert werden,
so dass sich sogar noch mehr Kombinationen ergeben. Einige der möglichen
Variationen bei der Formgebung schließen D-förmig, elliptisch, dreieckig,
usw. sowie viele andere ein. Wie man sehen kann, ist eine Vielzahl
von Anordnungen möglich, was
zu einer einmaligen Kombination von Mutter und Schlüssel führt. Im
Ergebnis kann auf einer gegebenen Mutter nur der spezifische Schlüssel verwendet werden,
wodurch jegliche Manipulation oder unerwünschte Entfernung verhindert
wird.
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Wie
oben erörtert,
weist die bevorzugte Ausführungsform
der Mutter 12, wie in den Figuren dargestellt, eine teilsphärische Oberfläche auf.
Jedoch wird ersichtlich, dass jegliche glatte geneigte Oberfläche ebenfalls
möglich
ist. Das Merkmal der Mutteroberfläche ist es, dass sie keine
zur Drehachse der Mutter senkrechten horizontalen Oberflächen aufweist.
Eine solche Gestaltung verhindert dadurch jegliches Drehen der Mutter
mit konventionellen Schraubenschlüsseln usw. Zum Beispiel kann
die Mutter eine pyramidenförmige
oder kegelstumpfförmige
Struktur aufweisen und kann in Draufsicht auch elliptisch oder parabolisch
sein.
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Wie
in den Figuren dargestellt, kann die Mutter 12 der Erfindung
auch eine Unterseite 18 aufweisen, die eine Mehrzahl von
Zähnen 20 einschließt, welche
eine Greiffläche
für das
Teil bereit stellen, gegen das die Mutter festgezogen wird. Solche
Zähne 20 liefern
eine zusätzliche
Kraft gegen jegliches Drehmoment, das in einer Lockerungsrichtung
auf die Mutter aufgebracht wird. Auf eine solche Weise machen es
die Zähne 20 schwieriger,
die Mutter ohne den jeweiligen Schlüssel zu entfernen.
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Für den Fachmann
wird ersichtlich, dass die Passelemente 36 des Schlüssels 30 die
Drehkraft aufnehmen, wenn die Mutter 30 festgezogen oder gelockert
wird. Insofern werden die Abmessungen und das Material des Schlüssels 30 gewählt, um
solche Kräfte
aufzunehmen. Zum Beispiel würde
bei einer Ausführungsform
eine Mutter 12, wie in 1 dargestellt,
einen Gesamtdurchmesser von ungefähr 0,8" (20,32 mm), eine mittige Bohrung mit
einem Durchmesser von ungefähr
0,2" (5,08 mm) und
eine Höhe
von ungefähr
0,213" (5,41 mm)
aufweisen. In einem solchen Fall würde die kreisförmige Stiftaufnahmevertiefung 26 der
Ausschnitte 24 der Mutter 12 einen Durchmesser
von ungefähr
0,125" (3,175 mm) aufweisen.
Die Stifte 36 des jeweiligen Schlüssels 30 würden daher
von einem ähnlichen
Durchmesser sein. Die obigen Abmessungen gelten für eine Mutter 12 und
einen Schlüssel 30,
die aus nichtrostendem 316er Stahl hergestellt sind.
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Die
obige Erörterung
war auf eine Kombination von einer Mutter 12 und einem
Gewindebolzen 14 konzentriert, wobei die Mutter 12 getrennt
vom Bolzen 14 vorliegt. Jedoch ist es bei anderen Ausführungsformen
möglich,
dass die Mutter 12 am Bolzen 14 befestigt ist,
um ein Befestigungselement zu bilden. Weiter kann das Befestigungselement
in Form einer Schraube vorliegen, wobei der Kopf die Form und Anordnung
wie die oben beschriebene Mutter 12 aufweist.
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Die
Mutter 12 und der Schlüssel 30 der
vorliegenden Erfindung können
in Abhängigkeit
von der geforderten Zugfestigkeit aus einer Reihe von Materialien
hergestellt werden. Zum Beispiel können die Mutter und der Schlüssel aus
nichtrostendem Stahl, Aluminium, Zinklegierungen oder beliebigen
anderen bekannten Materialien hergestellt werden.
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Die
Erfindung wird nun anhand von spezifischen Beispielen beschrieben,
bei denen die Kombination von Mutter und Schlüssel verwendet werden kann.
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Beispiel 1: Fahrradachse
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Wie
oben erwähnt,
besteht eine Anwendung der vorliegenden Erfindung darin, die Räder eines Fahrrads
am Rahmen zu befestigen. Im Normalfall werden Sechskantbolzen verwendet,
um das Fahrradrad an den Gabeln auf dem Rahmen zu befestigen. Die
Bolzen werden auf einer mit einem Gewinde versehenen Achse unter
Verwendung eines Schraubenschlüssels
oder eines anderen ähnlichen Werkzeugs
festgezogen. Die Achse kann ein 24"(610 mm)-, 26"(660 mm)- oder 29"(711 mm)-Gewinde aufweisen, wie auf
dem Fachgebiet bekannt. Das Problem, das dieser Anordnung innewohnt,
besteht darin, dass die Mutter unter Verwendung desselben weithin
verfügbaren
Schraubenschlüssels
entfernt werden kann. Infolgedessen ist jeder imstande, die Mutter
und daher das Rad zu entfernen. Die vorliegende Erfindung dient
dazu, einen solchen Fall zu verhindern, indem sie eine Mutter bereit
stellt, die nur mittels eines spezifischen Schlüssels entfernt werden kann,
der im Besitz des Eigentümers
ist. Weiter verhindert die glatte Oberseite 12 der Mutter,
dass sie mittels eines Werkzeugs, wie eines Schraubenschlüssels usw.,
ergriffen wird.
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Bei
einer Ausführungsform
würden
beide Seiten der Fahrradachse eine Mutter aufweisen, wie hier gelehrt.
Bei einer anderen Ausführungsform kann
die Achse 70 so sein, wie dargestellt, wobei ein Stirnende
einen glatten Flansch 72 aufweist, der nicht mit einem
Werkzeug gedreht werden kann, und das entgegengesetzte Stirnende
wie üblich
einen Gewindeteil aufweist. Der Gewindeteil kann dann durch den
Rahmen 74 und das Rad 76 hindurch eingeführt werden.
Der freiliegende Gewindeteil kann dann mit einer Mutter 12,
wie hier gelehrt, gesichert werden.
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Beispiel 2: Fahrradsattel
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In
einer ähnlichen
Weise ist es möglich,
einen Fahrradsattel am Rahmen zu befestigen. In diesem Fall würde sich
ein Bolzen 14, wie in den 10 und 12 dargestellt,
durch eine Klemme 80 auf dem Fahrradrahmen 82 erstrecken
und mit einer Mutter 12 der vorliegenden Erfindung gesichert
werden. Wie dargestellt, umfasst der Bolzen 14 einen Schaft,
der an einem Stirnende einen Kopf und auf einem entgegengesetzten
Stirnende einen Gewindeteil einschließt. Die Mutter 12 wird
auf den Gewindeteil aufgeschraubt und mit dem jeweiligen Schlüssel 30 festgezogen,
wodurch der Sattel am Fahrradrahmen befestigt wird.
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Beispiel 3: Fahrradlenkstange
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Fahrradlenkstangen
werden am Rahmen mit Hilfe eines langen Gewindebolzens mit einem
daran befestigten Kopf befestigt, der angepasst ist, um ihn mittels
eines Schraubenschlüssels
oder Allen-Schlüssels
zu drehen. Bei einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung kann der Kopf des Lenkerbolzens durch einen
ersetzt werden, der die Oberfläche
wie bei der hier gelehrten Mutter aufweist. Auf diese Weise kann
nur der spezifische Schlüssel
benutzt werden, um den Lenker zu entfernen.
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Beispiel 4: Andere Befestigungselemente/Schlösser
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Bei
anderen Ausführungsformen
kann die vorliegende Erfindung auf einer beliebigen Vorrichtung
befestigt werden, wo ein Schließ-
oder Verriegelungsmechanismus verwendet wird, wie bei Verkaufsautomaten,
Kraftfahrzeugrädern,
Ständern,
Gepäck,
den Zugangsplatten für
Geräte,
wie Fernseher, Waschmaschinen, Trockner usw., Schutzvorrichtungen über Riemen
und Zahnrädern
um ihr Entfernen zu verhindern, Geldschränken oder Schlössern für Freizeitfahrzeuge
oder -ausrüstung,
einschließlich Motorräder, Schneemobile,
Jetskis, Snowboards, Skis, usw.. Auf einem U-Schloss für Fahrräder kann die
vorliegende Erfindung zum Beispiel an Stelle eines traditionellen
Schlüssels
benutzt werden, um den Verriegelungsmechanismus zu aktivieren. In
anderen Fällen
kann die Mutter auf der Außenseite
des Schlosses oder Kastens angebracht und der spezifische Schlüssel verwendet
werden, um dieselbe zu drehen. Auf diese Weise kann die Mutter der
vorliegenden Erfindung an Fahrradschlössern oder Fahrradständern usw.
verwendet werden.
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Weiter
kann die Mutter der Erfindung auf Rechnern oder Safes usw. verwendet
werden, wo eine manipulationsresistente Verriegelung erwünscht ist.
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Obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf gewisse spezifische Ausführungsformen
beschrieben worden ist, werden für
den Fachmann verschiedene Abwandlungen derselben ersichtlich, ohne
den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie in den beigefügten Ansprüchen umrissen.