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Die
Erfindung betrifft allgemein Befestigungselemente und insbesondere
mit einem Gewinde versehene Befestigungselemente und Anordnungen.
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Mit
einem Gewinde versehene Befestigungssysteme, die eine Schraube und
ein elastisches, kegelförmiges
Glied umfassen, das sich biegt oder durchbiegt, wenn es zwischen
dem Schraubenkopf und einer Arbeitsfläche festgeklemmt ist, sind
allgemein bekannt. Das kegelförmige
Glied kann ein getrenntes Teil sein, zum Beispiel eine Unterlegscheibe,
oder es kann einstückig
mit der Schraube ausgebildet sein; siehe zum Beispiel
US-A-3 877 339 ,
US-A-4 193 434 ,
US-A-5 056 975 ,
US-A-5 282 710 ,
US-A-5 333 978 und
US-A-5 807 052 .
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Es
ist bei mit einem Gewinde versehenen Befestigungssystemen allgemein
bekannt, eine Schraube mit einem Werkstück vorzumontieren und die Schraube
in einer Öffnung
durch das Werkstück oder
durch irgendein anderes Glied festzuhalten, zum Beispiel mit einem
ringförmigen
Vorsprung am Schraubenschaft, der mit einem verengten Teil der Öffnung zusammenwirkt;
siehe zum Beispiel,
US-A-4 193
434 ,
US-A-5
782 595 ,
US-A-5
807 052 und
US-A-5
871 319 .
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Weiterhin
ist bei mit einem Gewinde versehenen Befestigungssystemen allgemein
bekannt, eine zwischen einem Kopf eines Befestigungselements und
einer Arbeitsfläche
an eine Halterung angelegte Klemmkraft zu begrenzen, wobei um den Schaft
des Befestigungselements zwischen dem Kopf des Befestigungselements
und der Arbeitsfläche
ein getrenntes lasttragendes Hülsenglied
angeordnet ist, siehe zum Beispiel
US-A-4 139 434 ,
US-A-5
462 395 , die ein Befestigungselement nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1 zeigt,
US-A-5
807 052 und
US-A-5
870 319 .
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fortschritte der Technik
bei mit einem Gewinde versehenen Befestigungselementen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein mit einem Gewinde
versehenes Befestigungselement vorgesehen, das in einer Öffnung durch
eine an einem Werkstück
angeordnete Halterung angeordnet werden kann, mit Folgendem:
einem
Schaft mit einem Kopf an einem Teil davon und einem zumindest teilweise
mit einem Gewinde versehenen Teil, der einen Durchmesser des mit
einem Gewinde versehenen Schafts aufweist, und einem Komprimierungsbegrenzungsglied
oder Vorsprung, das bzw. der einstückig mit dem Befestigungselementschaft
ausgebildet und an dem Schaft angeordnet ist und sich über den
Durchmesser des mit einem Gewinde versehenen Schafts hinaus nach außen erstreckt,
wobei
das Komprimierungsbegrenzungsglied oder der Vorsprung axial von
dem Befestigungselementkopf getrennt ist und im Gebrauch mit dem
Werkstück
in Eingriff gebracht werden kann, wenn der Befestigungselementkopf
gegen die Halterung angeordnet ist, wobei die Komprimierung der
Halterung begrenzt wird,
gekennzeichnet durch einen durchbiegbaren Flansch,
der einstückig
mit dem Befestigungselementkopf ausgebildet ist und von dem Befestigungselementschaft
radial nach außen
ragt, wobei der durchbiegbare Flansch eine allgemein konkave Fläche aufweist,
die zu einem Vorderendteil des Schafts weist.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein mit einem Gewinde
versehenes Befestigungselement gemäß dem ersten Aspekt in Kombination
mit einer Halterung vorgesehen, die eine erste und eine zweite,
ihr gegenüberliegende Seite
mit einer Öffnung
dazwischen aufweist, wobei das Komprimierungsbegrenzungsglied oder
der Vorsprung ein ringförmiges
Glied ist, dessen Außendurchmesser
größer ist
als der des Befestigungselementschaftteils zwischen dem Befestigungselementkopf
und dem ringförmigen
Glied, wobei die Halterung einen an ihrer Öffnung angeordneten Öffnungsvorsprung
aufweist und die Größe der Halterungsöffnung am Öffnungsvorsprung
kleiner ist als der Durchmesser des ringförmigen Glieds.
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Das
mit einem Gewinde versehene Befestigungselement kann mit der Halterung
vormontiert sein.
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Besondere
Ausführungsformen
gemäß der Erfindung
werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben; darin zeigen:
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1 eine
Teilschnittansicht eines mit einer Halterung vormontierten Befestigungselements,
vor Installation des Befestigungselements in ein Werkstück;
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2 eine
Teilschnittansicht des Befestigungselements von 1,
das in das Werkstück
installiert ist und die Halterung daran festhält;
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3 ein
anderes beispielhaftes Befestigungselement der vorliegenden Erfindung;
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4 ein
beispielhaftes Befestigungssystem der vorliegenden Erfindung und
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5 eine
graphische Darstellung eines Durchbiegungsdiagramms.
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1 und 2 zeigen
ein mit einem Gewinde versehenes Befestigungssystem, das allgemein
ein mit einem Gewinde versehenes Befestigungselement 10 zum
Einklemmen und Festhalten der Halterung 20 an einem Werkstück 30 umfasst.
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Die
Halterung 20 umfasst allgemein eine erste Seite 22 und
eine gegenüberliegende
zweite Befestigungsseite 23 und eine Öffnung 24 dadurch
zwischen der ersten und der zweiten Seite davon zur Aufnahme des
Befestigungselements, wie weiter unten besprochen.
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In 1 umfasst
das Werkstück 30 allgemein
eine Befestigungsarbeitsfläche 32,
an der die Befestigungsfläche
der Halterung 20 angeordnet oder angebracht ist, und eine
zumindest teilweise mit einem Gewinde versehene Bohrung 34,
in die ein mit einem Gewinde versehener Teil des Befestigungselementschafts
angeordnet ist, um die Halterung an dem Werkstück festzuklemmen und festzuhalten,
wie unten ausführlicher
besprochen.
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Bei
einer beispielhaften Anwendung handelt es sich bei der Halterung 20 um
eine etwas elastische Krümmerabdeckung
aus Kunststoff, und das Werkstück 30 ist
ein Motor aus Metall. Allgemeiner kann es sich bei der Halterung
jedoch um irgendeine Komponente aus irgendeinem Material handeln,
das ein Befestigen und Festhalten an einem Werkstück beliebiger
Art erfordert.
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In 1 umfasst
das Befestigungselement 10 einen Schaft 12 mit
einem Vorder- und einem Hinterendteil und ein an mindestens einem
Teil davon oder darum herum angeordnetes Schraubgewinde 14,
das einen entsprechenden Gewindeschaftdurchmesser aufweist. Der
Vorderendteil des Schafts enthält
ein Vorderende 16 und bei einigen Ausführungsformen einen Führungsendteil
oder Mitnehmer 18 mit einem im Verhältnis reduzierten Durchmesser,
der sich davon zu dem Schraubgewinde 14 erstreckt, um das
anfängliche
Einführen
und axiale Ausrichten des Schafts des Befestigungselements 10s in
der Gewindebohrung des Werkstücks
zu erleichtern.
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Des
Weiteren umfasst das Befestigungselement 10 einen an einem
Teil des Schafts 12 und bei der beispielhaften Ausführungsform
ganz am Ende davon angeordneten Kopf 40. Der Kopf 40 umfasst allgemein
eine Drehmoment anlegende Werkzeugeingriffsfläche, bei der es sich bei der
beispielhaften Ausführungsform
um eine Umfangsschraubfläche 42 handelt.
Andere Kopfkonfigurationen können
alternative Werkzeugeingriffsteile daran aufweisen, zum Beispiel
eine sechseckige oder irgendeine andere Öffnung am Ende davon.
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Bei
einigen Ausführungsformen
ist der Kopf am Schaft angeordnet, wobei sich ein Teil des Hinterendteils
des Schafts axial durch den Kopf erstreckt, wobei Teile davon von
einander gegenüberliegenden
Enden des Kopfs in Axialrichtung ausgehen.
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Des
Weiteren umfasst das Befestigungselement im Allgemeinen ein Komprimierungsbegrenzungsglied
oder einen Vorsprung, der am Befestigungselementschaft angeordnet
ist und sich über den
Durchmesser des mit dem Gewinde versehenen Schafts davon hinaus
nach außen
erstreckt. Das Komprimierungsbegrenzungsglied ist axial von dem Befestigungselementkopf
beabstandet und kann mit dem Werkstück in Eingriff gebracht werden,
um eine Komprimierung der Halterung zwischen dem Befestigungselementkopf
und dem Werkstück
zu begrenzen, wie unten ausführlicher
besprochen.
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Bei
der beispielhaften Ausführungsform
von 1 ist das Komprimierungsbegrenzungsglied ein allgemein
radial vorragendes, durchgehendes, ringförmiges Glied 50 mit
einer Schulter 52, die allgemein zum Vorderende 16 des
Befestigungselementschafts weist. Bei anderen alternativen Ausführungsformen kann
das Komprimierungsbegrenzungsglied eine Schulter sein, die durch
einen Schaftteil mit einem relativ großen Durchmesser oder durch
ein oder mehrere getrennte Vorsprünge, die um den Schaft herum angeordnet
sind, gebildet wird.
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In 2 ist
der Befestigungselementschaft 12 in der Halterungsöffnung 24 angeordnet,
und der mit einem Gewinde versehene Teil 14 des Befestigungselementschafts
kann mit der Gewindebohrung 34 des Werkstücks in Eingriff
gebracht werden, wenn die zweite Seite 23 der Halterung 20 an
der Arbeitsfläche 32 angebracht
und die Halterungsöffnung 24 auf
die Gewindebohrung 34 ausgerichtet ist.
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In 1 kann
das Komprimierungsbegrenzungsglied allgemein mit dem Werkstück 30 in
Eingriff gebracht werden, wenn der Kopf 40 des Befestigungselements
gegen die erste Seite 22 der Halterung 20 angeordnet
ist. Bei der beispielhaften Ausführungsform
von 2 steht die Schulter 52 mit einem ausgesparten
Sitzteil 36 in Eingriff, der um die Gewindebohrung 34 des
Werkstücks 30 angeordnet ist,
wenn der Kopf 40 des Befestigungselements die Halterung 20 gegen
die Arbeitsfläche 32 festklemmt, wodurch
eine Verformung der Halterung begrenzt wird. Bei anderen Ausführungsformen
nimmt das Komprimierungsbegrenzungsglied 50 jedoch die
Arbeitsfläche 32 des
Werkstücks 30 anstatt
des ausgesparten Teils 36 davon direkt in Eingriff.
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Der
axiale Abstand zwischen dem Komprimierungsbegrenzungsglied 50 und
dem Kopf 40 des Befestigungselements wird allgemein so
gewählt, dass
ein bestimmter Grad an Festklemmung und Verformung der Halterung 20 zwischen
dem Kopf 40 des Befestigungselements und dem Werkstück 30 gestattet
wird, bevor das Komprimierungsbegrenzungsglied das Werkstück in Eingriff
nimmt und die axiale Vorwärtsbewegung
des Befestigungselements begrenzt, wodurch eine weitere Verformung
der Halterung begrenzt wird.
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Bei
den Ausführungsformen
nach den 1–3 weist das
Komprimierungsbegrenzungsglied oder der Vorsprung 50 nach
den 1–3,
das in der beispielhaften Form eines ringförmigen Glieds vorliegt, einen
Durchmesser auf, der größer ist
als ein Durchmesser eines Schafteils 13 des Befestigungselements
zwischen dem Kopf 40 des Befestigungselements und dem ringförmigen Glied.
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In
den 1 und 2 weist die Halterung 20 einen Öffnungsvorsprung
in der beispielhaften Form eines radial nach innen ragenden, ringförmigen Glieds 21 auf,
das an der Öffnung 24 davon
angeordnet ist. Ein Durchmesser der Öffnung 24 am Öffnungsvorsprung
ist so verengt, dass er kleiner als der Durchmesser des Vorsprungs 50 ist.
Wenn der Befestigungselementschaft 12 in der Halterungsöffnung 24 angeordnet
ist, ist der Öffnungsvorsprung 21 zwischen
dem Kopf 40 des Befestigungselements und dem ringförmigen Glied 50 angeordnet,
um das mit einem Gewinde versehene Befestigungselement 10 an
der Halterung 20 festzuhalten, was bei einigen Anwendungen
wünschenswert
ist.
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Bei
der beispielhaften Ausführungsform weist
die Schulter 52 des Vorsprungs 50 eine abgeschrägte Fläche auf,
die das Einführen
des Befestigungselementvorsprungs in die Halterungsöffnung 24 und
durch den durch den Öffnungsvorsprung 21 gebildeten
verengten Durchmesserteil davon erleichtert.
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Bei
einer Ausführungsform
sind die Halterung 20 und ihr Öffnungsvorsprung 21 aus
einem elastischen Kunststoffmaterial hergestellt. Der Öffnungsvorsprung 21 ist
somit verformbar, um ein Passieren des Befestigungselementvorsprungs 50 durch den
verengten Teil der Öffnung 24 bei
der Montage des Befestigungselements 10 und der Halterung 20 zu
gestatten.
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Bei
einigen Anwendungen, zum Beispiel der beispielhaften Krümmerabdeckungsanwendung,
ist es wünschenswert,
wenn der Durchmesser des Befestigungselementschaftteils 13 kleiner
als der verengte Durchmesser der Halterungsöffnung am Öffnungsvorsprung 21 ist,
wodurch eine laterale Bewegung des Befestigungselements in der Öffnung 24 gestattet
wird. Eine laterale Bewegung des Befestigungselements in der Halterungsöffnung 24 ist
bei einigen Anwendungen wünschenswert,
um ein ordnungsgemäßes Ausrichten
des Befestigungselementschafts auf die Gewindebohrung 34 des
Werkstücks
bei der Montage zu gewährleisten.
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Weiterhin
ist es bei einigen Anwendungen, einschließlich der beispielhaften Krümmerabdeckungsanwendung,
wünschenswert,
wenn der axiale Abstand zwischen dem Öffnungsvorsprung 21 und der
zweiten Seite 23 der Halterung 20 größer gleich, und
mit anderen Worten nicht kleiner, als ein axialer Abstand zwischen
dem Vorsprung 50 und dem Vorderende 16 des Befestigungselementschafts
ist. Solch eine Konfiguration gestattet das ausreichend weite axiale
Zurückziehen
des Befestigungselementschafts 12 in die Halterungsöffnung 24,
dass verhindert wird, dass das Befestigungselementende 16 axial über die
zweite Seite 23 der Halterung hinaus ragt, wie in 1 dargestellt.
Die zweite Seite der Halterung kann somit bündig gegen die Arbeitsfläche angebracht
werden, wobei das Befestigungselement ohne vorherige Ausrichtung
der Halterungsöffnung auf
die Gewindebohrung in dem Werkstück
in der Halterungsöffnung
angeordnet wird.
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In 3 umfasst
das Befestigungselement 10 des Weiteren einen durchbiegbaren
Flansch 60, der von dem Befestigungselementschaft 12 radial nach
außen
ragt, vorzugsweise von oder neben dem Kopf 40 des Befestigungselements.
Der durchbiegbare Flansch 60 enthält eine Unterseite mit einer
allgemein konkaven Fläche 62,
die eine konisch zulaufende oder gekrümmte oder andere konkave Fläche aufweisen
kann. Der Flansch 60 biegt durch, wenn er bei Belastung
des Befestigungselements mit der ersten Seite 22 der Halterung 20 in
Eingriff gelangt. Die beispielhaften Befestigungselementköpfe der 1 und 2 sind ähnlich wie
das Befestigungselement von 3 ausgeführt.
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5 zeigt
graphisch eine Kurve Last gegenüber
Durchbiegung für
ein Befestigungselement mit einem durchbiegbaren Flansch und seinen
entsprechenden Betriebsbereich. Bei der beispielhaften Krümmerbefestigungsanwendung
ist der durchbiegbare Flansch dazu ausgeführt, durch Durchbiegung oder
Verformung davon bei Festklemmen gegen den Kunststoffkrümmer ohne Überbeanspruchung
des Kunststoffes nachzugeben.
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Bei
der beispielhaften Ausführungsform
handelt es sich bei dem Befestigungselement 10 um ein einstückiges Glied,
wobei der durchbiegbare Flansch 60 einstückig mit
dem Kopf 40 des Befestigungselements ausgebildet ist und
das Komprimierungsbegrenzungsglied 50 einstückig mit
dem Befestigungselementschaft 12 ausgebildet ist. Bei einer
beispielhaften Ausführungsform,
die sich für
Anwendungen eignet, bei denen die Halterung aus Kunststoff besteht,
ist das einstückige
Befestigungselement aus einem weichen Metall, zum Beispiel einem
Material mit der Qualität
5.8 ohne Spannungsentlastung, hergestellt. Bei anderen Anwendungen
kann es wünschenswert
sein, das Befestigungselement spannungszuentlasten, um seine Festigkeit
zu verringern, und bei noch anderen Anwendungen kann es wünschenswert
sein, das Befestigungselement wärmezubehandeln,
um seine Festigkeit zu erhöhen.
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Bei
der Ausführungsform
von 3 wird der axiale Abstand zwischen dem Komprimierungsbegrenzungsglied 50 und
der allgemein konkaven Fläche 62 des
durchbiegbaren Glieds im Allgemein so ausgewählt, dass er einen bestimmten
Grad an Durchbiegung des durchbiegbaren Glieds 60 und einen
bestimmten Grad an Verformung der Halterung 20 zulässt, bevor
das Komprimierungsbegrenzungsglied 50 das Werkstück in Eingriff
nimmt, um die axiale Vorwärtsbewegung
des Befestigungselements zu begrenzen und die Halterung weiter festzuklemmen.
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4 zeigt
einen Ansatz 70, der um die Öffnung 24 der Halterung 20 auf
der ersten Seite 22 davon angeordnet ist. Der Ansatz 70 weist
vorzugsweise eine Flächenkonfiguration
auf, die komplementär zu
der allgemein konkaven Fläche 62 des
durchbiegbaren Flansches 60 bei seiner Durchbiegung ist. Wenn
der Flansch 60 um ein durch das Komprimierungsbegrenzungsglied
begrenztes Ausmaß durchgebogen
wird, passt die konkave Unterseite 62 davon vorzugsweise
bündig
gegen den komplementären
Ansatz 70, wodurch die Last über eine größere Oberfläche der Halterung verteilt
wird, was bei Anwendungen wünschenswert
ist, bei denen eine Überbeanspruchung
der Halterung vermieden werden soll, zum Beispiel bei der beispielhaften
Anwendung der Befestigung des Kunststoffkrümmers.
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Bei
der beispielhaften Ausführungsform
ist die konkave Fläche 62 des
durchbiegbaren Flansches 60 allgemein konisch zulaufend
mit einem Winkel θ.
Der beispielhafte Ansatz 70 weist eine allgemein konisch
zulaufende, konvexe Form auf, die durch einen schrägen Anstieg
mit einem Winkel Φ gekennzeichnet
ist, der kleiner ist als der Winkel θ vor der Durchbiegung des Flansches 60.
Bei Durchbiegung des Flansches 60 zu einem gewissen Grad,
der vorzugsweise durch Eingriff des Komprimierungsbegrenzungsglieds
mit dem Werkstück
begrenzt wird, wie oben besprochen, weist der Ansatz eine Flächenkonfiguration
auf, die zu der der konkaven Fläche 62 des
durchgebogenen Flansches komplementär ist, und kann an dem Ansatz
befestigt werden, wodurch Last an der Halterung verteilt wird.
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Schlüssel zu den Figuren
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5
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- OPERATING RANGE – BETRIEBSBEREICH
- LOAD – LAST
- MINIMUM LOAD – MINDESTLAST
- OPERATING DEFLECTION – BETRIEBSDURCHBIEGUNG
- DEFLECTION – DURCHBIEGUNG