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Sachgebiet
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Befestigungsvorrichtung und insbesondere
eine mit Toleranzausgleich arbeitende Befestigungsvorrichtung zum
Verbinden von Bauteilen unter Ausgleich der Passtoleranz zwischen
den Bauteilen.
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Technischer
Hintergrund der Erfindung
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Beim
Zusammenfügen
von Vorrichtungsbauteilen können
sich Beeinträchtigungen
durch Toleranzen ergeben, d.h. durch Abmessungsdifferenzen zwischen
den Bauteilen, die an Befestigungspunkten Spalte verursachen können. Diese
Toleranzen können
nicht immer beseitigt werden, sondern bei der zusammengefügten Vorrichtung
nur geduldet werden. Toleranzen können sich auch "auftürmen", wenn an einer bestimmten
Stelle mehr als zwei Komponenten miteinander verbunden werden, so
dass eine beträchtliche
Abweichung der Abmessungen oder ein beträchtlicher Spalt entsteht.
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Toleranzen
können
je nach den Umständen sehr
klein sein und dabei nur Bruchteile eines Millimeters betragen,
oder sie können
eine signifikante Größe von mehreren
Millimetern haben. Größere Toleranzen
erlauben generell eine Reduzierung der Herstellungskosten.
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Im
Stand der Technik sind Versuche unternommen worden, Toleranzen zu
beseitigen oder sie bei zusammengefügten Vorrichtungen auszugleichen.
Diese Versuche erfolgten generell unter Verwendung von Abstands scheiben
oder Vorrichtungen vom Schrauben-Typ, die den Spalt zwischen den
zur passenden Zusammenfügung
vorgesehenen Flächen
der zu verbindenden Komponenten füllen. Bei den Abstandsscheiben
oder Vorrichtungen vom Schrauben-Typ handelt es sich generell um
Komponenten, die separat von den Befestigungsteilen vorgesehen sind.
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Repräsentativ
für den
Stand der Technik ist ferner das U.S.-Patent 5,501,122 von Leicht
et al., in dem eine Doppelkegelvorrichtung zum Ausrichten von Löchern in
miteinander zu verbindenden Komponenten beschreibt. Die Vorrichtung
weist einen Satz kegelförmiger
Strukturen auf, die durch einen Stift miteinander verbunden sind.
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Der
Stand der Technik bietet keine Lösung für das Problem,
wie man Toleranzen zwischen ebenen Befestigungsflächen ausgleichen
und dabei gleichzeitig die Komponenten durch korrekte Drehkraftbelastung
oder Klemmung miteinander verbinden kann, wobei all dies ohne Einführung unerwünschter
Belastung in die Komponenten erzielt werden soll. Zudem ermöglicht der
Stand der Technik kein korrektes Befestigen einer Komponente, die nichtebene
Befestigungsflächen
aufweist. Ferner bietet der Stand der Technik kein Befestigungsteil, mit
dem sich der Toleranzspalt oder Spielraum zwischen Befestigungsflächen innerhalb
des Zusammenbauvorgangs automatisch ausgleichen ließe.
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EP 0 023 404 beschreibt
ein rohrförmiges Einsatzteil,
das einen Gewinde-Außenbereich
und einen teilweise verschraubten Innenbereich aufweist. Durch Drehung
eines Einsatz-Vortriebswerkzeug werden die am Innenbereich des Einsatzes
angeordneten Gewinde voll festgezogen.
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Es
besteht Bedarf an einer Vorrichtung, die einen Spieltraum oder Toleranzspalt
zwischen miteinander zu verbindenden Bauteilen mittels einer Gewindebuchse
vollständig überbrückt und
gleichzeitig die Bauteile miteinander verbindet. Es besteht Bedarf an
einer Vorrichtung, die einen Toleranzspalt zwischen miteinander
zu verbindenden Bauteilen mittels eines Gewinde-Befestigungsteils
vollständig überbrückt. Es
besteht Bedarf an einer Vorrichtung, die einen Toleranzspalt während der
Installation automatisch ausgleicht. Die vorliegende Erfindung erfüllt diesen
Bedarf.
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Überblick über die
Erfindung
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Der
Hauptaspekt der Erfindung besteht in der Schaffung einer Befestigungsvorrichtung
mit Toleranzausgleich, die einen Toleranzspalt oder Vorrichtungsspielraum
zwischen miteinander zu verbindenden Bauteilen vollständig ausgleicht,
während
sie gleichzeitig die Bauteile miteinander verbindet.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Schaffung einer Befestigungsvorrichtung
mit Toleranzausgleich, die einen Toleranzspalt zwischen miteinander
zu verbindenden Bauteilen mittels eines Gewinde-Befestigungsteils
vollständig
ausgleicht.
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Weitere
Aspekte der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung der Erfindung
und den beigefügten
Zeichnungen dargelegt oder ergeben sich in offensichtlicher Weise
aus der Beschreibung oder den Zeichnungen.
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Die
vorliegende Erfindung schafft Vorrichtung mit:
einem Befestigungsteil,
das einen Gewindeabschnitt und einen Schaft aufweist; und
einem
im Wesentlichen zylindrischen Körper,
der ein Gewinde an einer Außenfläche aufweist
und in dem eine Innenbohrung zur Aufnahme des Befestigungsteils
ausgebildet ist, wobei die Bohrung parallel zu einer Hauptachse
verläuft,
die Bohrung einen Durchmesser hat, der größer ist als die Durchmesser
des Gewindeabschnitts und des Schafts des Befestigungsteils, ein
Teil der Bohrung mit einem Oberflächenmerkmal versehen ist, das
Oberflächenmerkmal einen
Durchmesser hat, der kleiner ist als der Durchmesser des Schafts
des Befestigungsteils, wodurch das Oberflächenmerkmal mit dem Befestigungsteil zusammengreift,
und das Oberflächenmerkmal
ein Opfergewinde aufweist, wodurch beim Einführen des Befestigungsteils
in die Bohrung ein Pass-Sitz mit dem Gewindeabschnitt des Befestigungsteils
realisiert wird und beim weiteren Einführen des Befestigungsteils
in die Bohrung das Opfergewinde durch den Schaft des Befestigungsteils
verformt wird, wobei der Körper
eine erste Fläche
aufweist, die an ihrem einen Ende im Wesentlichen rechtwinklig zu
einer Hauptachse verläuft.
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Bei
der Verwendung kann der Körper
in ein an einer Oberfläche
zu befestigendes Teil hineingeschraubt werden. Dann wird das Befestigungsteil
mittels des Innengewindes in die Bohrung geschraubt. Das Innengewinde
bewirkt einen Pass-Sitz zwischen dem Schaft des Befestigungsteils
und dem Gewinde, wobei es zeitweilig ein weiteres Einführen des
Befestigungsteils verhindert. Dann wird das Befestigungsteil gedreht,
wodurch der Körper
gedreht wird und bewirkt wird, dass der Körper von dem Teil zu der Befestigungsfläche hin
losgeschraubt wird, bis der Körper
an der Befestigungsfläche
anliegt und somit ein Toleranzspalt vollständig ausgeglichen wird. Wenn der
Körper
weiter gedreht wird, wird das Opfer-Innengewinde abgetragen, so
dass das Befestigungsteil durch Drehkraft voll in das Loch der Befestigungsfläche hineingedreht
werden kann und dadurch gleichzeitig die Komponenten miteinander
verbunden werden können,
während
ein Toleranzspalt ausgeglichen wird.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
beigefügten
Zeichnungen, die in die Beschreibung einbezogen sind und Teil der
Beschreibung sind, zeigen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung
der Prinzipien der Erfindung.
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht der Toleranzausgleichsvorrichtung.
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2 zeigt
eine an der Linie 2-2 in 1 angesetzte Draufsicht.
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3 zeigt
eine an der Linie 3-3 in 1 angesetzte Draufsicht.
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4 zeigt
eine seitliche Schnittansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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5 zeigt
eine seitliche Schnittansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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6 zeigt
eine an der Linie 6-6 in 5 angesetzte Draufsicht.
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7 zeigt
eine Querschnittansicht einer alternativen Ausführungsform.
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8 zeigt
eine dritte alternativ Ausführungsform
der Erfindung.
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9 zeigt
eine an der Linie 9-9 in 8 angesetzte Draufsicht.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht der Befestigungsvorrichtung mit Toleranzausgleich.
Die Vorrichtung 100 gemäß der Erfindung
weist eine Buchse 101 auf. Die Buchse 101 ist
im Wesentlichen zylindrisch. Die Buchse 101 ist mit einem
Oberflächenmerkmal 102 versehen,
das ein Gewinde aufweist. Das Oberflächenmerkmal 102 kann
vorstehende Abschnitte an der Oberfläche aufweisen, die zum Zusammengriff
mit einem Befestigungsteil gemäß der vorliegenden
Beschreibung vorgesehen sind. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform
weist das Oberflächenmerkmal
ein Gewinde 102 auf.
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Das
Gewinde 102 weist ungefähr
zwei Gewindegänge
eines beliebigen auf dem Gebiet bekannten Gewindes auf. Die Buchse 101 weist
ferner eine Bohrung oder ein Loch 103 auf, die bzw. das entlang
einer Hauptachse entlang der Länge
der Buchse 101 verläuft.
Ein Stift 200 greift durch das Loch 103 hindurch
mit der Buchse 101 zusammen. Der Stift 200 greift
gemäß 4 mit
dem Gewinde 102 zusammen. Ein kleinerer Innendurchmesser
des Gewindes 102 ist kleiner als ein Innendurchmesser des
Lochs 103, derart, dass das Gewinde 102 mit einem
Stift zusammengreifen kann, ohne dass der Stift 200 an
einer Fläche
des Lochs 103 angreift.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
weist die Buchse 101 ein metallmaterial auf. Es ist jedoch ersichtlich,
dass die Buchse auch ein nichtmetallisches Material aufweisen kann,
z.B. ein Verbundmaterial, Keramik oder Kunststoff, wobei derartige
Materialien in Situationen verwendet werden, in denen ein nichtleitender
Isolator zwischen den verbundenen Teilen erforderlich ist, oder
in denen eine Anwendung mit niedriger Drehkraft erforderlich ist.
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Die
Buchse 101 weist ferner eine Außenfläche mit einem Außengewinde 104 auf.
Das Gewinde 104 verläuft
entlang einer Länge
L einer Außenfläche der
Buchse 101.
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Die
Buchse 101 weist ferner symmetrische Anflächungen 105 auf,
die parallel zu einer Hauptachse verlaufen und die das Verwenden
eines Schraubenschlüssels
oder der Finger zum Installieren des Werkzeugs ermöglichen;
siehe 2 und 3. Die Anflächungen haben eine Form ähn lich derjenigen
eines auf dem Gebiet bekannten Schrauben- oder Stiftkopfs. Die Anflächungen
können
auch durch eine gerändelte
Fläche
oder eine glatte Zylinderfläche
ersetzt werden, damit die Buchse von Hand, d.h. mit den Fingern,
gedreht werden kann.
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Gemäß 4 wird
zuerst die Vorrichtung 100 ohne der Stift 200 in
das Teil P eingeschraubt. Das Gewinde 104 greift mit dem
im Teil P ausgebildeten Gewinde FT zusammen. Bei der bevorzugten Ausführungsform
wird die Buchse 101 in das Teil P hineingeschraubt, bis
die Fläche 106 an
dem Teil P angreift. Es ist ersichtlich, dass die Fläche 106 das Teil
P nicht tatsächlich
zu berühren
braucht; jedoch ist der berührende
Angriff ein guter Indikator dahingehend, dass die Buchse 101 voll
in das Teil P eingeführt
ist. Ferner ist vorzuziehen, dass die Buchse 101 im vollen
Einführungszustand
um eine Länge
A teilweise über
das Teil P hinausragt, wobei ein Zusammengriff einer maximalen Anzahl
von Gewindegängen
mit dem Teil P gewährleistet
ist. Der Stift 200 wird dann in das Loch 103 geschraubt,
bis ein Stiftschaft- oder Stiftende-Gewinde 202 mit dem
Gewinde 102 zusammengreift. Ein Durchmesser D1 des Schafts ist
größer als
ein Durchmesser D2 des Gewindes 202; siehe 7.
Dies bewirkt einen gegenseitigen Pass-Sitz des Stifts 200 und
des Gewindes 102, wodurch ein weiteres Einführen des
Stifts 200 in die Buchse 101 vorübergehend
verhindert wird.
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Das
Teil P wird dann mit der Befestigungsfläche M derart ausgerichtet,
dass der Stift 200 in Linie mit dem Loch MH angeordnet
ist.
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Gemäß 5 wird
dann der Stift 200 gedreht, was den Effekt hat, dass aufgrund
des Pass-Sitzes zwischen dem Stift 200 und dem Gewinde 102 die
Buchse 101 von dem Teil P losgeschraubt wird. Die Buchse 101 wird
mit dem Stift 200 gedreht, bis die Fläche 107 an der Befestigungsfläche M angreift.
Dann wird auf den Stift 200 eine weitere, niedrige Drehkraft
aufgebracht, die ausreicht, das Gewinde 102 zu verformen,
abzustreifen oder zu zerstören. Dem
Fachmann wird aus dieser Beschreibung ersichtlich sein, dass das
Gewinde 102 relativ "weich" ist und als solches
ein Opfergewinde ist, um eine Vorrichtung zu schaffen, mittels derer
der Buchse 101 mit dem Stift 200 gedreht werden
kann, bis die Buchse an einer Befestigungsfläche sitzt. Ein ähnliches Ergebnis
könnte
auch durch einen Kleber, eine kurze Interferenzlänge oder einen Polymer-Einsatz
erzielt werden, die sämtlich
zur Einbringung in das Loch 103 vorgesehen sind und den
Schaft des Stifts vorübergehend
erfassen, um ein Drehen der Buchse 101 zusammen mit dem
Stift 200 zu ermöglichen.
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Eine
weitere Ausführungsform
kann eine Variation des Gewindes 102 aufweisen, bei der
ein Gewindegang etwas verzerrt ist, so dass das Gewinde etwas "steif" ist und dadurch
einen Reibeingriff mit dem Stift-Gewinde 202 bewirkt.
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Ferner
ist ersichtlich, dass das am Stift 200 ausgebildete Gewinde,
das mit dem Gewinde 102 zusammengreift, teilweise oder
vollständig
verformt oder abgestreift wird, nachdem die Buchse 101 an der
Befestigungsfläche
sitzt, da nicht zu erwarten ist, dass der obere Abschnitt des Stift-Gewindes mit dem Gewinde
des Befestigungslochs MH zusammengreift.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform kann
vorgesehen sein, dass sich der Durchmesser D1 des Stifts 200 gemäß 7 von
dem Gewinde 202 aus nur über eine begrenzte Strecke
den Schaft hinauf erstreckt. Wie zuvor wird das Gewinde 102 mittels
des weiteren Abschnitts des Schafts abgestreift. Wenn der Stift
in die Befestigungsfläche
geschraubt wird, verhindert der mit reduziertem Durchmesser ausgebildete
Abschnitt des Schafts einen weitergehenden durch Drehkraft bewirkten
Zusammengriff zwischen dem Schaft und dem abgestreiften Gewinde 102.
Dies verhindert, dass sich eine fehlerhafte Drehkraft auswirkt,
da der Stift unter Drehkraftapplizierung voll in die Befestigungsfläche hineingedreht
ist.
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Die
Aufbringung einer Drehkraft auf den Stift 200 zwecks Abstreifens
des Gewindes 102 hat ferner den Effekt, dass eine Vorbelastung
auf das Teil P aufgebracht wird. Dieses Merkmal der Erfindung bietet den
Vor teil, dass das Teil und die gesamte Vorrichtung versteift werden.
Die Größe der Vorbelastung kann
entsprechend der zum Abstreifen des Gewindes 102 erforderlichen
Drehkraft eingestellt werden.
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Nachdem
die Fläche 107 der
Buchse in Angriff an der Befestigungsfläche gelangt ist, wird eine Drehkraft
auf den Stift ausgeübt,
was ein Versagen des Opfergewindes 102 zur Folge hat. Dann
wird der Stift 200 voll in das in der Befestigungsfläche M ausgebildete
Gewindeloch MH hineingeschraubt, bis der Stift-Flansch 201 an
der Anlagefläche
des Teils P angreift. Der Stift 200 kann dann mit bis zum
Erreichen einer vom betreffenden Anwendungsfall abhängigen Drehkraft
gedreht werden. Ersichtlicherweise ist damit der Toleranzspalt automatisch
und vollständig von
der Buchse überbrückt worden.
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6 zeigt
eine entlang der Linie 6-6 in 5 angesetzte
Draufsicht auf das Befestigungsteil. Die Figur zeigt den Flansch 201.
Der Flansch 201 kann jede vom Benutzer gewünschte Breite
haben.
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Gemäß 4 und 5 kann
mittels der Vorrichtung gemäß der Erfindung
eine beträchtliche Toleranz überbrückt werden,
während
gleichzeitig eine fest zu installierende Einrichtung an einer Befestigungsfläche angebracht
wird. Die Vorrichtung ermöglicht
die Realisierung einer festen, korrekt drehkraftbeaufschlagten Stiftverbindung,
ohne die anzuklemmende Komponente oder Installation einer unerwünschten
Biegekraft (oder anderen verzerrenden Lasten) auszusetzen.
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Das
Werkzeug gemäß der Erfindung
kann in einer Anzahl von Fällen – z.B. in
dem Fall, dass ein großer
Zwischenraum benötigt
wird, um ein leichtes Zusammenfügen
einer Komponente zu ermöglichen – verwendet
werden, um den Effekt von Toleranzen-Kumulationen zu beseitigen
(oder tatsächlich
die Verwendung weiter Toleranzen zu ermöglichen), wobei diese Toleranzen
voll ausgeglichen werden. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist ferner
verwendbar zum Ausgleich von Toleranzen beim Herstellen einer Stiftverbindung
zwischen Flächen,
die in verschiedenen Ebenen liegen, sowie beim Herstellen einer
Stiftverbindung mit Flächen,
die in schiefen Winkeln relativ zu einer als Befestigungsfläche vorgesehenen
erste Fläche
liegen.
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Ferner
ist anzumerken, dass die gemäß der Erfindung
ausgebildete Vorrichtung gemäß einer
alternativen Ausführungsform "invertiert" werden kann. 7 zeigt
eine Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform. Statt die Vorrichtung
in das mittels Stiften zu befestigende Teil zu schrauben, wird sie mittels
eines Gewindes 104 in das Loch der Befestigungsfläche geschraubt.
In diesem Fall ist das Außengewinde 104 linksgängig. Als
Alternative wird ein nicht gezeigtes Reib-Passteil, das anstelle
des Gewindes 102 vorgesehen ist, in das Loch 103 eingeführt, um
derart reibend an dem Stift 200 anzugreifen, dass der Stift
gedreht wird und die Buchse losgeschraubt wird oder aus der Befestigungsfläche ausrückt, um
den Toleranz-Zwischenraum aufzunehmen, bis die Buchse an dem Teil
angreift. Bei der mit Reibsitz arbeitenden Ausführungsform besteht nur das
Erfordernis einer minimalen Drehkraft, die leicht realisiert werden
kann, wenn der Stift unter Drehkrafteinwirkung weiter in die Befestigungsfläche hinein gedreht
wird, nachdem die Buchse ihren Sitz eingenommen hat.
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Nachdem
die Buchse 101 und das Teil P in Anlage an der Fläche 108 gesetzt
worden sind, wird das Gewinde in der oben beschriebenen Weise abgestreift,
und der Stift 200 wird dann unter Drehkrafteinwirkung vollständig eingedreht.
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Gemäß einer
weiteren alternativen Ausführungsform
verläuft
das Gewinde 102 entlang der Länge der Bohrung 103 und
ist nicht als Opfergewinde vorgesehen. Das Gewinde 102 ist
gegenläufig
zu dem Gewinde 104 ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform
wird zuerst die Buchse 101 mittels des linksgängigen Gewindes 104 in
das Befestigungsloch MH geschraubt. Dann wird der Stift 200 durch ein
im Teil P ausgebildetes Loch PH und in die Bohrung 103 eingeführt. Bei
dieser Ausführungsform weist
das im Teil vor gesehene Loch kein Gewinde auf, und es findet auch
kein Gewindeeingriff zwischen dem Stift 200 und dem Loch
der Befestigungsfläche
statt. Wenn die Buchse 101 durch den Drehvorgang des Stifts 200 von
der Befestigungsfläche losgeschraubt
wird, gelangt die Buchsenfläche 108 in Angriff
an dem Teil P. Der Stift 200 wird dann voll in die Buchse 101 geschraubt.
Das linksgängige
Gewinde 104 greift in das Befestigungsloch MH ein, während der
Stift 200 durch Drehkrafteinwirkung vollständig in
Position bewegt wird. Es ist ersichtlich, dass es wünschenswert
ist, dass eine Mindestanzahl voller Gewindegänge mit dem Loch MH zusammengreift,
um die volle Stärke
der Verbindung zu erzielen, wie auf dem Sachgebiet der Schraubverbindungen bekannt
ist.
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Dem
Fachmann wird auch ersichtlich sein, dass die Buchse 101 von
Hand oder mit Hilfe eines Werkzeugs oder eines mit Anflächungen 105 versehenen
Schraubenschlüssels
gedreht werden kann, entweder um die Buchse in einem Teil zu installieren oder
um sie zum Ausgleich eines Toleranz-Zwischenraums T zu drehen.
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8 zeigt
eine dritte alternative Ausführungsform
der Erfindung. Die Buchse 300 hat eine im Wesentlichen
zylindrische Form, wobei eine Bohrung oder ein Loch 303 entlang
einer Hauptachse der Buchse 300 verläuft. Ein Außengewinde 304 erstreckt
sich entlang einer Außenfläche der
Buchse 300. Bei dieser Ausführungsform ist das Gewinde 304 rechtsgängig. Flachteile
oder Rändelungen 305 zum
manuellen Ergreifen oder Schrauben der Buchse 101 sind
an einem Ende der Vorrichtung vorgesehen. Ein Stift 200 greift
durch das Loch 303 hindurch mit der Buchse zusammen. Bei
Verwendung wird die Komponente P in ihrer im Wesentlichen endgültigen Montageposition
relativ zur Befestigungsfläche
M angeordnet. Dann wird die Buchse 300 bei in das Loch 303 eingeführtem Stift 200 mittels
des Gewindes 315 in die Komponente P hineingedreht, bis
die Fläche 307 an
der Befestigungsfläche
M angreift. Die Buchse 300 kann von Hand oder mit Hilfe
eines Opfergewindes 315 oder eines anderen Reibeinsatzes
derart gedreht werden, dass sie mit dem Stift 200 zusammengreift
und dadurch ermög licht,
dass der Stift 200 die Buchse 300 in der im Zusammenhang
mit den anderen Ausführungsformen
beschriebenen Weise dreht. Nachdem die Buchsenfläche 307 in Angriff
an der Befestigungsfläche
M gelangt ist, wird durch weiteres Drehen des Stifts 200 das
Gewinde 310 abgestreift, und der Stift 200 wird
dann vollständig
in die Befestigungsfläche
M eingeschraubt. Der Stift ist mittels Drehkraft voll eingeschraubt,
nachdem der Kopf des Stifts 200 in vollen Angriff an der
Buchsenfläche 308 gelangt
ist.
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9 zeigt
eine entlang der Linie 9-9 in 8 angesetzte
Draufsicht. Die Figur zeigt die Flachteile 305, an denen
ein Werkzeug oder dgl. angreifen kann.
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Obwohl
hier eine Ausführungsform
der Erfindung beschrieben wurde, wird Fachleuten auf dem Gebiet
ersichtlich sein, dass an der Ausgestaltung und dem gegenseitigen
Verhältnis
der Teile zueinander Variationen vorgenommen werden können, ohne vom
Prinzip und vom Umfang der hier beschriebenen Erfindung abzuweichen.