DE60206102T2

DE60206102T2 - Anordnung aus einem Befestigungselement und einer Unterlegscheibe

Info

Publication number: DE60206102T2
Application number: DE60206102T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey D. South Elgin Anderson; Kent D. Elgin Homfeldt; Michael E. Geneva Ward
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2022-05-28
Also published as: DE60206102D1; EP1262670B1; US6899503B2; US20020182031A1; EP1262670A3; EP1262670A2

Description

Eine Vielfalt an Anwendungen ist für Befestigungselemente mit Gewinde, welche zusammen mit Abstandshaltern bzw. -elementen (standoff) verwendet werden, bekannt. Bei einer Anzahl von Anwendungen, in welchen ein oder mehrere kompressible Materialien befestigt werden müssen, wird üblicherweise zum Beispiel ein Abstandselement in eine Öffnung in dem kompressiblen Material eingeführt, und Befestigungselemente mit Gewinde oder andere werden durch das Abstandselement hindurch angeordnet, um das kompressible Material in einer gewünschten Position zu befestigen. Die kompressiblen Materialien, bei welchen Abstandselemente üblicherweise verwendet werden, beinhalten verschiedene Kunststoffe, Gummis, Schaumstoff- bzw. geschäumte Materialien, und so weiter, können aber auch Streckmetalle (expanded metals), Zelluloseprodukte und so weiter beinhalten. Darüber hinaus werden Abstandselemente auch üblicherweise in Anwendungen genutzt, in welchen das Eindringen eines oder mehrerer Befestigungselemente beschränkt werden muss, obwohl das an der Stelle zu befestigende Material nicht zwangsläufig besonders kompressibel ist, wie zum Beispiel bei zerbrechlichen oder spröden Materialien.
Wo Anwendungen den Einsatz mechanischer Abstandselemente verlangen, haben Anordnungen nach dem Stand der Technik typischerweise auf separate Komponenten vertraut, die an Ort und Stelle zusammengebracht werden, um das Befestigen ohne Stauchen bzw. Quetschen der kompressiblen Materialien zu ermöglichen, oder während ein gewünschter Abstand zwischen den mechanischen Komponenten, typischerweise einer Schraube oder einem Bolzen und einer Mutter, aufrecht erhalten wird. Folglich wird in einer herkömmlichen Anordnung ein Abstandselement in der Aufnahmeöffnung angeordnet, eine Schraube oder ein Bolzen durch die Öffnung und das Abstandselement hindurchgeführt, und eine herkömmliche Unterlegscheibe und eine Mutter auf der entgegen gesetzten Seite befestigt. Obwohl solche Anordnungen im Allgemeinen angemessenen Widerstand gegen Quetschen bzw. Stauchen liefern und die gewünschten mechanischen Abstände zwischen den verbundenen Befestigungselementen aufrecht erhalten, benötigen sie mehrere getrennte Teile und können erhebliche Montagezeit für das Einführen des Abstandselementes und die Montage der Befestigungselemente mit sich bringen. Darüber hinaus, müssen die verschiedenen separaten Teile einzeln hergestellt, versendet, gelagert und in der endgültigen Anordnung zusammengebracht werden.
Es gibt deshalb einen Bedarf an einer verbesserten Anordnung zum Befestigen von Befestigungselementen aneinander in Anwendungen, die Abstandselemente erfordern. Es gibt insbesondere einen Bedarf an einer Technik, die die Montage erleichtert, während sie ein hohes Maß an Widerstand gegenüber Quetschen bzw. Stauchen liefert, und welche den gewünschten Abstand zwischen Elementen der Gewindeanordnung aufrechterhält.
So genannte „Einnietmuttern" („clinch nuts") sind ebenfalls bekannt und eine von diesen ist in der US-A 3 765 078 beschrieben. Solche Muttern beinhalten eine vorstehende, teilweise gerändelte Manschette bzw. Buchse, welche in Gebrauch durch ein Substrat getrieben und radial nach außen gebogen wird, um die Mutter an der Stelle in einer Öffnung durch die Substrate festzuklemmen, wobei die Rändelung eine relative Rotation zwischen der Mutter und dem Substrat verhindert.
Gemäß dieser Erfindung beinhaltet eine Befestigungsanordnung mit Innengewinde eine Unterlegscheibe mit Schaft, welche einen Unterlegscheibenteil mit einer Anlagefläche aufweist, welche angepasst ist, an einer Fläche eines Materials anzuliegen, einen Abstandshalterteil, welcher mit dem Unterlegscheibenteil integral ist und sich von diesem erstreckt und konfiguriert ist, sich im Wesentlichen durch ein Material einer definierten Dicke zu erstrecken und im Wesentlichen die Druckbelastung des Materials zu beschränken, und einen Halteteil, der mit dem Unterlegscheibenteil integral ist; und ein Befestigungselement mit Innengewinde, welches angrenzend an den Unterlegscheibenteil angeordnet und drehbar mit Bezug auf die Unterlegscheibe mit Schaft in der Anordnung mit der Unterlegscheibe mit Schaft durch den Halteteil gehalten wird.
Die gegenwärtige Erfindung liefert eine Anordnung eines Befestigungselements mit Innengewinde mit einer Unterlegscheibe mit Schaft, welche die oben genannten Erfordernisse erfüllt. Die Unterlegscheibe kann einen im Wesentlichen planaren Abschnitt aufweisen, welcher entworfen wurde, um an einem Element anzuliegen, und welches in der Art einer herkömmlichen Unterlegscheibe befestigt wird, und einen Abstandshalterabschnitt, welcher sich von dem planaren Abschnitt erstreckt. Der Abstandshalter und die Unterlegscheibe haben eine Aussparung (hollow), wodurch sie einem Befestigungselement, wie zum Beispiel einer Schraube oder einem Bolzen ermöglichen, dahindurch eingeführt zu werden. Die Unterlegscheibe kann so dimensioniert sein, dass eine ausreichende Lastverteilung aufrecht erhalten wird, um Schaden an den zu befestigenden Elementen zu verhindern. Der Abstandshalter kann in jeder geeigneten Länge hergestellt werden, und kann für spezielle Anwendungen zugeschnitten werden, in Abhängigkeit von der gewünschten Dicke oder den endgültigen Abmessungen der befestigten Elemente.
Das Befestigungselement mit Gewinde, welches mit der Unterlegscheibe mit Schaft montiert wird, kann von jeder geeigneten Art sein, wie z.B. eine Mutter mit Flansch bzw. eine Bundmutter. In dem letzteren Fall bietet die Mutter einen Flansch um einen unteren peripheren Rand herum, welcher in einem Abschnitt der Unterlegscheibe gefangen bzw. umschlossen (capture) werden kann. In einer Ausführungsform ist eine abstehende Einfassung an der Unterlegscheibe nach innen gebogen, um einen Flansch an einer Mutter zu umschließen, um die Mutter in der Anordnung zu halten, während es der Mutter ermöglicht wird, frei in Bezug auf die Unterlegscheibe zu rotieren. Die gesamte Anordnung kann in einer unkomplizierten und kosteneffektiven Weise hergestellt werden. In einem exemplarischen Verfahren wird zum Beispiel das Unterlegscheiben- und Abstandshalterelement durch einen Stanzprozess mit einer offenen Einfassung, welche sich aufrecht von dem Unterlegscheibenteil erstreckt, hergestellt. Eine Bundmutter wird dann über der Unterlegscheibe angeordnet und die Einfassung wird gequetscht oder anderweitig deformiert, um die Einfassung ein wenig um den Flansch der Mutter herum zu schließen, um die Anordnung fertigzustellen und die Mutter an Ort und Stelle zu halten, während ihre freie Rotation ermöglicht wird.
Besondere Ausführungsformen in Übereinstimmung mit dieser Erfindung werden nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung aus einem Befestigungselement und einer Unterlegscheibe mit Schaft in Übereinstimmung mit bestimmten Aspekten der gegenwärtigen Technik ist;
2 eine Schnittansicht durch die Anordnung der 1 ist, die eine exemplarische Konfiguration des Befestigungselementes mit Innengewinde und der Unterlegscheibe mit Schaft veranschaulicht;
3 eine Schnittansicht der in 1 und 2 veranschaulichten Anordnung ist, welche mit einem zusammenpassenden Befestigungselement installiert wurde, um die Elemente an der gewünschten Position innerhalb einer endgültigen Anordnung zu halten;
4 und 5 Schnittansichten der Anordnung der 1 und 2 sind, die die Schritte in der fortlaufenden Herstellung der Anordnung zum Halten des Befestigungselementes mit Gewinde innerhalb der Unterlegscheibe mit Schaft zeigen; und
6 und 7 im Teilschnitt eine alternative Konfiguration eines Befestigungselementes mit Gewinde veranschaulichen, welches an einer Unterlegscheibe mit Schaft in Übereinstimmung mit Aspekten der gegenwärtigen Technik befestigt ist.
Sich nun den Zeichnungen zuwendend und zuerst auf 1 Bezug nehmend, wird eine Anordnung in Übereinstimmung mit der gegenwärtigen Technik veranschaulicht und allgemein mit der Bezugszahl 10 bezeichnet. Die Anordnung beinhaltet ein Befestigungselement 12 mit Innengewinde, welches an einer Unterlegscheibe 14 mit Schaft befestigt ist. In der veranschaulichten Ausführungsform des Befestigungselements 12 findet sich eine Sechskantmutter, welche ebene Sechskantflächen (hex flats) 16 aufweist, zum Eingriff mit einem herkömmlichen Schraubenschlüssel. Die Innengewindegänge 18 sind zum Eingriff bzw. Verbinden mit einem zusammen passenden Gewinde-Befestigungselement vorgesehen, wie weiter unten detaillierter beschrieben wird. Ein Umfangs-Flansch 20 ist um eine Basis des Befestigungselementes 12 herum gebildet, um mit einem korrespondierenden Teil der Unterlegscheibe mit Schaft in Eingriff zu sein; um das Befestigungselement in der Anordnung zu halten und ein freies Drehen des Befestigungselementes zur Befestigung bei einer Anwendung zu ermöglichen.
Die Unterlegscheibe 14 mit Schaft beinhaltet Merkmale, die sowohl als herkömmliche Unterlegscheibe, Abstandshalter als auch Haltestruktur für das Befestigungselement 12 dienen. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet die Unterlegscheibe 14 mit Schaft folglich einen im Wesentlichen planaren Unterlegscheibenteil 22, welcher mit einem Abstandshalterteil 24 integral gebildet ist. Der Abstandshalterteil 24 hat in der veranschaulichten Ausführungsform eine im Allgemeinen gerade zylindrische Form, obwohl andere Gesamtformen (z.B. konisch) verwendet werden können. Darüber hinaus können die Form und die Kontur des Unterlegscheibenteils 22 für verschiedene Zwecke angepasst werden, und von der veranschaulichten planaren Form abweichen. Der Halteteil 26 erstreckt sich von dem Unterlegscheibenteil 22 nach oben und erstreckt sich nach innen etwas über den Flansch 20 des Befestigungselements, um das Befestigungselement in der Anordnung zu halten. In einer gegenwärtigen Ausführungsform passt der Halteteil 26 lose um den Flansch 20, um eine freie Drehbewegung des Befestigungselementes in der Anordnung zu ermöglichen.
Mit Bezug auf 2 wird die Anordnung der 1 im Querschnitt veranschaulicht. Wie oben festgestellt, beinhaltet die Anordnung 10 ein Befestigungselement 12 und eine Unterlegscheibe 14 mit Schaft. Die Unterlegscheibe mit Schaft beinhaltet einen Unterlegscheibenteil 22, einen unteren Abstandshalterteil 24, und einen Halteteil 26. In der veranschaulichten Ausführungsform bildet der Halteteil 26 im Allgemeinen eine aufrecht stehende Einfassung 28, welche nach innen zu dem Befestigungselement 12 hin gebogen ist, um so das Befestigungselement durch Eingriff mit dem Flansch 20, welcher an dem unteren Ende des Befestigungselements vorgesehen ist, fest zu halten. Obwohl die aufrecht stehende Einfassung 28 jegliche geeignete Form und Kontur haben kann, ist in der veranschaulichten Ausführungsform die Ein fassung etwas nach innen durch einen Winkel 30 abgewinkelt, um eine Aufnahme (cavity) 32 zu bilden, in welcher das Befestigungselement gehalten wird. Das Befestigungselement liegt folglich auf einer Basis 34 der Aufnahme 32 und übt Kraft gegen die Basis aus, wenn es in den Eingriff mit einem zusammenpassenden Befestigungselement gezogen wird. Der Unterlegscheibenteil 22 stellt eine Anlagefläche 36 an seiner unteren, zur Basis 34 entgegen gesetzten Fläche zum Kontaktieren eines Elements, welches hier befestigt werden soll, dar. Unterhalb der Anlagefläche 36 weist der Abstandshalterteil 24 eine Öffnung 38 auf, die sich durch ihn hindurch erstreckt, um ein zusammenpassendes Befestigungselement, wie unten beschrieben, aufzunehmen. Die Öffnung 38 ist von Seitenwänden 40 umgeben, welche wie oben festgestellt, in der Form wie veranschaulicht gerade zylindrisch, oder konturiert, aufgeweitet, oder anderweitig gebogen oder gefurcht sein können. Ein unteres Anlageende 42 des Abstandshalterteils 24 dient zum Kontaktieren einer passenden Fläche, wie zum Beispiel eines passenden Befestigungselementes, wie unten beschrieben.
Verschiedene Längen des Abstandshalterteils 24 können vorgesehen werden, wie bei Bezugszahl 44 in 2 veranschaulicht ist. In der veranschaulichten Ausführungsform erstreckt sich die Abmessung 44 zwischen der Anlagefläche 36 und dem Anlageende 42, wodurch sie eine endgültige Abmessung definiert, zwischen welcher dort zu befestigende Elemente angeordnet werden. Folglich entspricht die Länge der Abmessungen 44 im Allgemeinen einem gewünschten Abstand zwischen einer oberen Stelle eines zu befestigenden Elements und einer unteren Stelle einer zusammenpassenden Komponente, wie zum Beispiel einem Befestigungselement.
Die Anordnung der 1 und 2 ist in einem Anwendungsfall in 3 veranschaulicht. Wie in 3 gezeigt ist, ist die Anordnung 10 entworfen, um mit einem zusammenpassenden Befestigungselement 46 zusammen zu wirken, wie zum Beispiel einer Schraube oder einem Bolzen, welche(r) in dem Befestigungselement 12 mit Innengewinde der Anordnung aufgenommen wird. In der Praxis kann die Anordnung 10 einfach in die in den aneinander zu befestigenden Elementen, wie zum Beispiel Element 48 und Element 50 in 3, gebildeten Löcher eingeführt werden, und das zusammenpassende Befestigungselement 46 wird von einer entge gen gesetzten Seite eingeführt. Das Befestigungselement 46, und/oder das Befestigungselement 12 können dann gedreht werden, um die Anordnung 10 mit dem Befestigungselement 46 zu verbinden, wobei die Elemente 48 und 50 dazwischen aufgenommen sind. In der veranschaulichten Ausführungsform kann das Befestigungselement 12 sich frei innerhalb der Anordnung 10 drehen, wie oben beschrieben. In bestimmten Anwendungsfällen kann das Befestigungselement jedoch mit Bezug auf die haltende Unterlegscheibe mit Schaft fixiert sein, sodass nur das Befestigungselement 46 zur Befestigung gedreht wird.
Die endgültige Anordnung bietet einen Abstand oder eine Abmessung 52 zwischen der Anlagefläche 36 und dem Anlageende 42 der Unterlegscheibe 14 mit Schaft. Im Allgemeinen wird die Abmessung 52 gleich der Abmessung 44, welche in 2 veranschaulicht ist, sein. Es sollte festgehalten werden, dass die endgültige Abmessung für lose Befestigung der Elemente aneinander oder leichtes Stauchen oder Zusammendrücken eines oder beider Elemente sorgen kann. Die Anordnung ist folglich besonders geeignet für das Befestigen von Komponenten, welche im Gebrauch beschädigt oder deformiert werden können, wie zum Beispiel Kunststoffe, Gummis, Streckmetalle und so weiter. Die Anordnung ist ebenso besonders gut geeignet zur Befestigung von Komponenten, für die die Abmessungen eingehalten werden sollten oder Überdruck vermieden werden sollte, wie zum Beispiel Metall, Glas und andere härtere und formbeständige Komponenten.
4 und 5 veranschaulichen die schrittweise Herstellungsmontage der oben beschriebenen Elemente. Bei einer gegenwärtigen Ausführungsform wird die Unterlegscheibe 14, zum Beispiel durch ein Zieh- oder ein Stanzverfahren gebildet, um einen Rohling (blank) 54 zu bilden. Der Rohling 54 bildet den Abstandshalterteil 24 und den integralen Unterlegscheibenteil 22, wobei der Unterlegscheibenteil 22 eine im Allgemeinen aufrecht stehende offene Einfassung 54 bietet, welche die Aufnahme 32 definiert. Das Befestigungselement 12 mit Innengewinde wird dann in der Aufnahme 32 angeordnet, wie in 4 veranschaulicht ist. Mit dem so angeordneten Befestigungselement, wird die offene Einfassung 56 der 4 nach innen gebogen, wie z.B. in einem Quetscharbeitsgang (crimping operation), wie durch die Pfeile 58 in 5 veranschaulicht wird. Wie oben festgestellt wurde, kann sich, obwohl dieser Arbeitsgang das Befestigungselement starr in der Anordnung zum Verhindern von Rotation befestigen kann, in einer gegenwärtig bevorzugten Konfiguration das Befestigungselement 12 frei in der Aufnahme 32 drehen, um das Befestigen an einem zusammenpassenden Befestigungselement zu ermöglichen, während die Unterlegscheibe mit Schaft feststehend bleibt.
6 und 7 veranschaulichen eine alternative Konfiguration eines Befestigungselementes mit Innengewinde, welches an einer Unterlegscheibe mit Schaft befestigt ist. In der Ausführungsform der 6 und 7 beinhaltet ein alternatives Gewinde-Befestigungselement 60 das Innengewinde 18 wie in den vorhergehenden Ausführungsformen, beinhaltet aber ferner eine untere Einfassung (skirt) oder Verlängerung 62. Die Einfassung 62 kann durch jeden geeigneten Prozess gebildet werden, wie zum Beispiel während der anfänglichen Herstellung des Befestigungselementes. Die Verlängerung 62 bildet eine im Wesentlichen zylindrische Einfassung, die sich nach unten von dem Gewinde-Befestigungselement erstreckt. Es können verschiedene Konfigurationen für die Einfassung vorgesehen werden. Zum Beispiel kann die Einfassung fortlaufend sein und sich in einem ununterbrochenen Zylinder um die Basis des Befestigungselementes herum erstrecken, oder unterbrochen sein und Nasen (tab) oder einzelne Verlängerungsfüße um das Befestigungselement herum bilden. Die Unterlegscheibe 14 mit Schaft in dieser Ausführungsform beinhaltet eine radial vorstehende innere Rippe bzw. Kante 64, welche entworfen und dimensioniert ist, um die Einfassung 62 des Befestigungselements aufzunehmen.
Wenn die Anordnung zusammengebracht wird, wird, wie in 7 veranschaulicht ist, das Befestigungselement 60 mit Innengewinde in die Öffnung abgesenkt, die durch die Rippe 64 gebildet ist, wie durch den Pfeil 66 veranschaulicht ist. Die Einfassung wird dann plastisch deformiert, wie zum Beispiel durch einen Quetsch- oder Aufweitungsarbeitsgang, um die Einfassung in der Unterlegscheibe mit Schaft zu befestigen. In der veranschaulichten Ausführungsform wird die Einfassung 62 deformiert, um so für eine freie Rotation des Befestigungselementes in der Unterlegscheibe mit Schaft zu sorgen. Alternativ kann der Deformierungsarbeitsgang, welcher an der Umrandung ausgeführt wird, so sein, dass die Mutter in Bezug auf die Unterlegscheibe mit Schaft starr befestigt wird, um deren gegenseitige Rotation zu verhindern.

Claims

Befestigungsanordnung (10) mit Innengewinde, beinhaltend: eine Unterlegscheibe (14) mit Schaft, welche einen Unterlegscheibenteil (22) mit einer Anlagefläche (36) aufweist, welche angepasst ist, um an einer Fläche eines Materials anzuliegen, einen Abstandshalterteil (24), welcher mit dem Unterlegscheibenteil (22) integral ist und sich von diesem erstreckt und konfiguriert ist, sich im Wesentlichen durch ein Material einer definierten Dicke zu erstrecken und im Wesentlichen die Druckbelastung an dem Material zu beschränken, und einen Halteteil (26, 64), welcher mit dem Unterlegscheibenteil (22) integral ist; und ein Befestigungselement (12, 60) mit Innengewinde, welches angrenzend an den Unterlegscheibenteil (22) angeordnet ist, und drehbar mit Bezug auf die Unterlegscheibe (14) mit Schaft in der Anordnung mit der Unterlegscheibe mit Schaft durch den Halteteil (26, 64) festgehalten wird.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Befestigungselement (12) einen Umfangs-Flansch (20) beinhaltet und das Halteteil (26) sich radial nach innen erstreckt, um den Umfangs-Flansch (20) einzuschließen und dadurch das Befestigungselement (12) in der Anordnung zu halten.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Befestigungselement (60) eine anhängende Einfassung (62) beinhaltet, wobei das Halteteil eine radial nach innen vorstehende Rippe (64) beinhaltet, und sich die Einfassung (62) nach außen aufweitet, um die vorstehende Rippe (64) zu umschließen, um dadurch das Befestigungselement (60) in der Anordnung zu halten.
Anordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstandshalterteil (24) einen hohlen geraden Zylinder bildet.
Anordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Unterlegscheibenteil (22) im Allgemeinen planar ist.
Anordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Befestigungselement (12, 60) eine Gewinde-Mutter ist, welche ebene Flächen (16) aufweist, die sich von der Unterlegscheibe (14) mit Schaft erstrecken.
Verfahren zur Herstellung einer Befestigungsanordnung, beinhaltend die Schritte: Bilden einer Basis (14), welche einen Unterlegscheibenteil (22) beinhaltet, eines Abstandshalterteils (24), welcher sich von einer ersten Seite des Unterlegscheibenteils (22) erstreckt, und eines Einfassungsteils (26), welcher sich von einer entgegen gesetzten Seite des Unterlegscheibenteils (22) erstreckt; Anordnen eines Befestigungselementes (12) mit Schraubinnengewinde zumindest teilweise innerhalb des Einfassungsteils (26); und plastisches Deformieren des Einfassungsteils (26) mit Bezug auf das Befestigungselement (12), um das Befestigungselement (12) drehbar in der Anordnung mit der Basis festzuhalten.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Befestigungselement (12) einen Umfangs-Flansch (20) beinhaltet, der sich radial davon erstreckt, und wobei der Einfassungsteil (26) deformiert ist, um den Umfangs-Flansch (20) zu fangen.
Befestigte Verbindung, beinhaltend: die Befestigungsanordnung mit Gewinde nach Anspruch 1; ein Befestigungselement mit Außengewinde, welches mit dem Befestigungselement (12, 60) mit Innengewinde zusammenpasst, wobei das Befestigungselement mit Außengewinde einen Kopf (46) aufweist; und ein kompressibles Substrat (52) zwischen dem Unterlegscheibenteil (22) und dem Kopf (46) des Befestigungselements mit Außengewinde.