DE9107135U1

DE9107135U1 - Verbindungselement das die Eigenschaften von Muttern und Schnappverbindungen in sich vereint

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Priority date: 1991-06-10
Filing date: 1991-06-10
Publication date: 1991-11-07
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Description

trag B.Springholz Seite - 1 -

Verbindungselement das die Eigenschaften von Muttern und Schnappverbindungen in sich vereint.

1. Es handelt sich bei der Erfindung um ein aus Kunststoff hergestelltes Bauteil, das sich auf ein Gewinde (nach DIN ISO 13 o.a.) aufschieben läßt.

Die Verbindung ist aufgrund der kegeligen Ausführung ohne anziehen der Mutter (d.h. ohne aufbringen einer Vorspannkraft) belastbar. Nach dem Aufschnappen über fast die ganze Länge des Bolzens kann die Mutter mit den üblichen Anzugsverfahren angezogen werden, um eine geforderte Vorspannkraft aufzubringen. Desweiteren ist es möglich Sollbruchstellen bei der Herstellung in die Schnappmutter zu integrieren, so daß eine geforderte Vorspannkraft mit sehr großer Genauigkeit, und geringem Streubereich erreicht wird.

2 Stand der Technik

Es sind neben den klassischen Schraubverbindungen (Gewinde nach DIN ISO 13 und sonstige Gewinde) Schnappverbindungen (i.d.R. aus Kunststoff) bekannt. Es sind folgende Patent , die sich mit Kunststoffteilen die sich auf Gewinde aufschnappen lassen bekannt:

- DE-OS 28 02 465 Druckknopf nach Art einer Bundmutter, mit drei symmetrischen radialen Schlitzen im Durchgangsloch. Beim Aufdrücken wird das Durchgangsloch erweitert.

-DE-OS 29 44 748 Befestigungselement, mit jeweils um 180° versetzten waagrechten Rippen, die mit dem Gewindebolzen in Kontakt kommen. Es besteht bei diesem Befestigungselement die Gefahr, daß sich beim Aufbringen Material abträgt. Die Montage- sowie Demontagekräfte sind annähernd gleich groß.

- DE 31 43 775 Befestigungselement mit zylindrischer Öffnung mit einem über radial verlaufenden Rippen verbundenen dünnen Ring. Der Ring besitzt an seinem Innenumfang mehrere, in Längsrichtung verlaufende Nuten.

-PaLyiiLAjitrag B. Springholz Seite - 2 -

/&Lgr;

Gewindebolzen aufdrück und abschraubbar ist. In der Öffnung befinden sich mehrere Rippen die in Anlage mit dem Gewindebolzen kommen. Ein Materialabtrag beim Montieren ist zu vermeiden.

3 Nachteile des derzeitigen Standes der Technik

Reine Schnappverbindungen werden auf eine fest definierte Haltelänge ausgelegt, und sind für andere Haltelängen unbrauchbar.

Schnappverbindungen mit einem variablen Haltebereich sind nicht nachspann bzw. anziehbar (es kann somit keine Vorspannkraft wie in einer üblichen Schraubverbindung aufgebracht werden).

Bei herkömmlichen Schraubverbindungen muß eine Mutter (z.B. nach DIN 555) angesetzt werden und bis zum Anliegen an das Werkstück (und Vorspannen) über das Gewinde gedreht werden. Es ist also notwendig daß die Mutter eine größere Zahl von Umdrehungen vollführt bis die Verbindung den gewünschten Zustand erreicht.

4 Ziel der Erfindung

Vereinigung der Vorteile von Schraubverbindungen und Schnappverbindungen.

5 Lösung

Der Vorteil der Erfindung (im weiteren Text als Schnappmutter bezeichnet) gegenüber einer gewöhnlichen Schraubverbindung ist, daß die Schnappmutter bis auf die letzten 1 bis max. 2 Gewindegänge auf den Gewindebolzen geschoben wird. Die letzten 1-2 Umdrehungen läßt sich die Schnappmutter wie eine herkömmliche Schraubverbindung anziehen, und es ist möglich eine Vorspannkraft aufzubringen.

&iacgr; -1 «" ^Ä

B.Springholz Seite - 3 -

Durch die kegelige Ausführung an der Anlageseite wird die Schnappmutter bei steigender axialer Belastung stärker auf das Gewinde gepreßt. Diese Pressung hat zufolge,

- daß die Auszugskräfte (belasteter Verbindungen) größer sind
als die der üblichen Kunststoffmuttern (bzw. Schnappverbindungen) sind,

- daß die Schnappmutter gegen selbsttätiges lösen gesichert
ist,

- daß die Verbindung aus Form- und Kraftschluß besteht, wobei
der Kraftschlußanteil mit steigender axialer Belastung
steigt.

Weiterhin folgt aus der Pressung, daß wenn keine axiale Belastung vorhanden ist (also auch keine Pressung auf den Kegel) , daß die Demontagekräfte gleich groß wie die Montagekräfte sind.

Es ist außerdem möglich die Schnappmutter an schwer zugänglichen Stellen in Bauteile zu integrieren (befestigen), so daß eine Verbindung zweier Bauteile weitestgehend durch das aufeinandersetzen der Bauteile erfolgt. Trotzdem ist die Verbindung je nach Anforderung

- nachziehbar (um eine größere Vorspannkraft zu erhalten),

- lösbar (abschraubbar),

- hat die Verbindung eine sehr große Haltekraft.

Der Einsatz einer derart ausgeführten Verbindung ist dort von großem Vorteil, wenn ein Bauteil während der Lebensdauer einer Anlage nicht zum Austausch vorgesehen ist, die Befestigung nur schwer zugänglich ist (bzw. eine Kundendienstfreundliche Lösung unverhältnismäßig viel teurer wäre), und der Austausch des Bauteils trotzdem ohne größere Reparaturen oder Beschädigung der Anlage möglich sein soll.

-Patrag B.Springholz Seite - 6 Zu Figur 1:

Ist eine Schnittdarstellung der Schnappmutter (1). Die Figuren 2 bis 4 sind andere Ansichten der Schnappmutter (1) und können zum besseren Verständnis herangezogen werden.

Maßgeblich an der Schnappmutter (1) ist, daß das Gewinde (4) auf mehrere senkrecht zur Mittelachse beweglichen federnden Flügeln (3) aufgebracht ist. Die federnden Flügel (3) sind mit dem Grundkörper (2) verbunden. Auf dem Grundkörper (2) sind die verschiedenen Kopfausführungen für die Anzugs- und Lösewerkzeuge aufgebracht, in der Figur 1 ist es ein Sechskant (9) . Für weitere Kopfausführungen siehe Figuren 8 bis 14. Die federnden Flügel (3) sind durch Schlitze (6) voneinander getrennt um ein ungehindertes federn (nach außen und innen (wie bei Figur 7)) zu gewährleisten. Das Durchgangsloch ermöglicht es die Schnappmutter (1) auf Gewindebolzen verschiedenster Länge zu verwenden (Ausführungen mit Sackloch sind auch möglich siehe Figuren 9 bis 14). Der Kegel (5) an der Anlageseite bewirkt ein um so stärkeres anpressen der federnden Flügel (3) bzw. des Gewindes (4) auf das Gewinde des Bolzens (13). Die Haltekraft der Verbindung unter Belastung ist also von der Belastung selber abhängig und setzt sich aus Form- und Kraftschluß zusammen. Eine Derartige Verbindung weist bessere Verbindungseigenschaften auf als solche die nur Form- oder Kraftschluß aufweisen.
Die Montage zeichnet sich dadurch aus, daß die Schnappmutter (1) über den größten Teil des Bolzens (13) axial geschoben werden kann (19) . Die Schnappmutter (1) kann bis auf die letzten 1-2 Gewindegänge über den Bolzen (13) geschoben werden. Wegen dem Kegel (5) ist die Verbindung sofort (ohne eine Vorspannung aufgebracht zu haben) belastbar. Weiterhin besteht die Möglichkeit die Schnappmutter (1) nachzuziehen (20) um eine gewünschte Vorspannung aufzubringen. Für die Belastbarkeit ist der Zusammenhalt von den federnden Flügeln (3) und dem Grundkörper (2) unerheblich. D.h., daß eine Verbindung nach der Art der Schnappmutter (1) in ihren Eigenschaften nur durch die Gestaltung des Kegels (5), des Gewindes (4) und der federnden Flügel (3) bestimmt wird.

Eine besondere Eigenschaft weist die Haltekante (7) auf. In Figur 7 wird darauf näher eingegangen.

■^a-terrtentrag B.Springholz Seite - 7 Zu Figur 2

Figur 2 ist eine Seitenansicht der Schnappmutter (1) und dient der Verdeutlichung des Aufbaus.

Zu Figur 3

Figur 3 ist die gleiche Ansicht wie Figur 1 nur ohne Schnitt.

Zu Figur 4

Figur 4 ist die Draufsicht (ohne Schnitt) von Figur 1.

Zu Figur 5

Hinweis, um die Übersicht zu wahren wurde auf eine Einzeichnung aller Details verzichtet. Die Schnappmutter (1) ist entsprechend den Figuren 1 bis 4 und 15 ausgebildet. An dieser Stelle wird bei nicht extra aufgeführten Bezeichnungen auf die angegebenen Figuren verwiesen.

Figur 5 zeigt eine Verbindung bei der ein zu befestigendes Bauteil (11) über den Bolzen (13) und der Schnappmutter (1) an dem Trägerteil (12) befestigt ist. Das Bauteil (11) weist die nötige kegelige Senkung (15) (siehe Figur 15) auf. Bei Verbindungen dieser Art sind keine weiteren Teile nötig.

Zu Figur 6

,-ramtrag B. Springholz Seite - 8 -

/&Ggr;

Figur 6 zeigt eine Verbindung wobei das Bauteil (11) ein zylindrisches Durchgangsloch besitzt. Die notwendige kegelige Senkung (15) (siehe Figur 15) wird durch eine entsprechend geformte Scheibe (14) (siehe Figur 15) erzielt. Es wird darauf hingewiesen, daß es möglich ist, die Scheibe direkt mit der Schnappmutter (1) herzustellen und beide Teile mit einem biegbaren Kanal zu verbinden.

Zu Figur 7

Figur 7 zeigt eine weitere Variante, bei der die Schnappmutter (1) zuerst in das am Bauteil (11) befestigte Trägerblech (10) eingeschnappt wird. Zur Erleichterung des einschnappens dient die Senkung (18) am Trägerblech (10). Die Haltekante (7) verhindert, daß sich die Schnappmutter (1) aus dem Trägerblech (10) lösen kann (unlösbare Schnappverbindung). Diese Verbindung ist eine herkömmliche nicht lösbare Schnappverbindung und läßt sich auch mit anderen Teilen als einem Trägerblech (10) gestalten. Die Schnappmutter (1) ist mit dem Bauteil (11) über die Schnappverbindung und Trägerblech (10) verbunden. Bei der anschließenden Montage des Bauteil (11) auf das Trägerteil (12) muß nicht mehr die Schnappmutter (1) angesetzt und aufgeschoben werden, sondern nur noch das Bauteil (11). Diese Art der Verbindung ist besonders dann von Vorteil,

- wenn das Bauteil (11) über eine größere Zahl von
Schnappmuttern (1) und Bolzen (13) mit dem Trägerteil (12) verbunden wird,

- wenn die Zugänglichkeit der Schnappmuttern (1) nach der
Montage sehr schlecht ist und auf ein Nachspannen verzichtet werden kann.

—&ntrag B. Springholz Seite - 9 -

/&tgr;

Zu Figur 8

Hinweis, um die Übersicht zu wahren wurde auf eine Einzeichnung aller Details verzichtet. Die Schnappmutter (1) ist entsprechend den Figuren 1 bis 4 und 15 ausgebildet. Lediglich die Form des Durchgangsloch ist unterschiedlich. An dieser Stelle wird bei nicht extra aufgeführten Bezeichnungen auf die angegebenen Figuren verwiesen.

Figur 8 zeigt verschieden gestaltete Durchgangslochformen (8) bzw. Grundkörperformen (2) für Schnappmuttern (1) mit Sechskant (9) . Die Form wie sie links beschrieben ist kann nicht zur Montage wie in Figur 7 verwendet werden.

Zu Figur 9

Hinweis, um die Übersicht zu wahren wurde auf eine Einzeichnung aller Details verzichtet. Die Schnappmutter (1) ist bis auf die Gestaltung des Kopfes entsprechend den Figuren 1 bis 4 ausgebildet. Die Montage ist genauso wie in Figur 5 bis 7 und 15 (für eine Schnappmutter (1) nach Figur 1 bis 4) beschrieben. An dieser Stelle wird bei nicht extra aufgeführten Bezeichnungen auf die angegebenen Figuren verwiesen.

Figur 9 zeigt eine Schnappmutter (1) mit Sackloch und geschlitzter Kopfform.

Zu Figur 10

Figur 10 zeigt eine Schnappmutter (1) mit Sackloch und Kreuzschlitzkopf.

^pntrag B.Springholz Seite - 10 Zu Figur 11

Figur 11 zeigt eine Schnappmutter mit als Rändel ausgeführtem Kopf. Eine derartige Schnappmutter kann mit oder ohne Sackloch ausgeführt sein.

Zu Figur 12

Hinweis, um die Übersicht zu wahren wurde auf eine Einzeichnung aller Details verzichtet. Die Schnappmutter (1) ist bis auf die Gestaltung des Kopfes entsprechend den Figuren 1 bis 4 ausgebildet. Die Montage ist genauso wie in Figur 5 bis 7 und 15 (für eine Schnappmutter (1) nach Figur 1 bis 4) beschrieben. An dieser Stelle wird bei nicht extra aufgeführten Bezeichnungen auf die angegebenen Figuren verwiesen.
Figur 12 zeigt eine Schnappmutter (1) mit Zweilochkopf.

Zu Figur 13

Figur 13 zeigt eine Schnappmutter (1) mit Kreuzlochkopf. Diese Ausführung kann mit oder ohne Sackloch gestaltet sein.

■antrag B.Springholz Seite - 11 Zu Figur 14

Figur 14 zeigt eine Schnappmutter mit Flügelkopf (kann mit oder ohne Sackloch gestaltet sein).

Zu Figur 15

Hinweis, um die Übersicht zu wahren wurde auf eine Einzeichnung aller Details verzichtet. Die Schnappmutter (1) ist entsprechend den Figuren 1 bis 4 ausgebildet. An dieser Stelle wird bei nicht extra aufgeführten Bezeichnungen auf die angegebenen Figuren verwiesen.

Figur 15 zeigt die verschiedenen Positionen bei der Montage der Schnappmutter vom Ansetzen (oben) über das Aufschieben (mittleren Bilder) bis zur fertigen Verbindung. Deutlich wurde das federnde Aufbiegen der federnden Flügel (3) gezeigt. Die Dargestellte Verbindungsform ist mit zusätzlicher Scheibe (14) die die Kegelige Senkung (15) trägt gezeigt. Die Verbindungen nach Figur 5 und Figur 7 verhalten sich beim Montieren entsprechend.

In den oberen drei Bildern wird die Schnappmutter nur in axialer Richtung (19) bewegt. Im untersten Bild geht die axiale Bewegung in eine rotierende Bewegung über. In diesem Bereich verhält sich die Schnappmutter (1) wie eine herkömmliche Mutter und kann angezogen werden.

- antrag B.Springholz Seite - 12 -

Zu Figur 16

Figur 16 zeigt eine mögliche Lage einer Sollbruchstelle (der Grundkörper ist etwas verlängert um Raum für die Sollbruchstelle zu schaffen). Die Sollbruchstelle soll es ermöglichen das Anzugsmoment (==> die Vorspannkraft) innerhalb sehr geringen Schankungsbreiten zu halten. (Verwiesen wird in diesem Punkt auf die Probleme mit großen Vorspannkraftschwankungen aufgrund großer Schwankungen des Anzugsdrehmomentes bei herkömmlichen Schraubverbindungen). Da (wie unter Figur 1 darauf hingewiesen wurde) der Grundkörper (2) für die Verbindung ohne Bedeutung ist, kann auf ihn nach dem Abscheren der Sollbruchstelle verzichtet werden. Es muß lediglich in Kauf genommen werden, daß die Verbindung nur noch durch zerstören der Schnappmutter lösbar ist (was im Bezug auf Diebstahlschutz von Vorteil ist). Durch eine bestimmte Gestaltung des Kopfes ist es aber möglich den an den federnden Flügeln (3) verbleibenden Teil so zu gestalten, daß die Verbindung nach dem Abscheren des Grundkörpers (2) weiterhin lösbar ist.

. mtrag B.Springholz Seite - 4 -

6 Beschreibung

1 Befestigungselement

2 Grundkörper mit Kopf gestaltet nach Art des Anzugs- bzw. Lösewerkzeuges (z.B. Sechskant, Vierkant, Innensechskant, Schlitz, Kreuzschlitz, Haken-, Rändel-, Nut-, Flügel-, Kreuzloch-, Zweiloch-, Hutmutterform).

3 Federnde Flügel (drei oder mehr) am Umfang verteilt.

4 Gewinde (nach DIN ISO 13 oder andere).

5 Kegel der sich an die Senkung (15) anpreßt.

6 Schlitz um die Flügel voneinander zu trennen, und um den nötigen Freiraum zu schaffen, daß das Befestigungselement (1) in eine Halterung (z.B. Halteblech (10)) eingeschnappt werden kann.

7 Haltekante für die nicht lösbare Schnappverbindung mit der Halterung (z.B. Halteblech (10)).

8 Durchgangsloch für den Gewindebolzen (13).

9 Sechskant nach genormter Schlüsselweite oder ähnliches.

10 Halteblech um die Montage zu vereinfachen.

11 Zu befestigendes Bauteil.

12 Trägerteil (mit Gewindebolzen (13)).

13 Gewindebolzen (mit dem gleichen Gewinde wie im Gewindeteil (4)).

14 Scheibe mit kegelig geformter Senkung (15).

15 Kegelige Senkung die das Gegenstück zum Kegel (5) bildet.

16 Federnde Wandungen.

17 Sollbruchstelle für die Begrenzung des Anzugsmomentes, bzw. zwecks Diebstahlsicherung (der Grundkörper wird abgetrennt).

18 Senkung am Halteblech (10) um das Einschnappen der Schnappmutter zu vereinfachen.

19 Axiale Bewegungsrichtung (aufschnappen der Schnappmutter (1) auf den Bolzen (13).

20 Rotierende Bewegung (anziehen der Schnappmutter (1) um die Vorspannung in die Verbindung einzubringen).

ntrag B.Springholz Seite - 5 -

A
Figuren:

1 Darstellung des Befestigungselementes im Halbschnitt.

2 Befestigungselement Figur 1 von vorne gesehen.

3 Befestigungselement Außenansicht von Figur 1.

4 Befestigungselement Außenansicht (Figur 1) 90° um seine Achse gedreht.

5 Arbeitslage des Befestigungselementes mit Trägerteil und zu befestigendes Bauteil

6 Arbeitslage des Befestigungselementes mit Trägerteil und zu befestigendes Bauteil mit Scheibe.

7 Arbeitslage des Befestigungselementes mit Trägerteil und zu befestigendes Bauteil mit Halteblech für die vereinfachte Montage.

8 Befestigungselement mit Sechskantkopf (mit und ohne Sackloch möglich).

9 Befestigungselement mit geschlitztem Kopf.

10 Befestigungselement mit Kreuzschlitz.

11 Befestigungselement mit Rändelkopf.

12 Befestigungselement mit Zweilochkopf.

13 Befestigungselement mit Kreuzlochkopf.

14 Befestigungselement mit Flügelkopf.

15 Verschiedene Positionen bei der Montage (hier mit Scheibe (14))·

16 Befestigungselement mit Sollbruchstelle (17) .

Claims

Schutzansprüche Akt.Z. G 91 07 135.6 Seite - 1 eansprüche

1 Befestigungselement (1) aus Kunststoff mit dem ein Bauteil (11) auf ein Trägerteil (12) mit Gewindebolzen (13) befestigt werden kann, wobei die Kraftübertragung über das in die um den Umfang verteilten federnden Flügel (3) eingearbeitete Innengewinde (4) erfolgt.
2 Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Flügel (3) durch Schlitze

(6) voneinander getrennt sind, um das Federn nach außen und innen zu ermöglichen. Die Breite der Schlitze richtet sich danach, daß der Außendurchmesser der zusammengerückten federnden Flügel kleiner als die Bohrung im Halteblech (10) sein muß damit die Funktion entsprechend Anspruch 6 erfüllt ist.
3 Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Flügel

(3) mit dem Grundkörper (2) verbunden sind, und der

Grundkörper die Funktion übernimmt, die einzelnen federnden

Flügel (3) zu einer Einheit zusammenzuhalten, und die Kopfgestaltung (Figuren 8 bis 14) zu ermöglichen.
4 Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der federnden Flügel (3) entsprechend der kegeligen Senkung (15) kegelig ausgeformt sind, so daß das Gewinde (4) auf den federnden Flügeln (3) bei entsprechender axialer Belastung auf das Gewinde des Bolzens (13) gepreßt wird, wobei eine Kraftschlußverbindung erzielt wird.
5 Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragung durch Formschluß (ineinandergreifen von Innen- und Außengewinde) und Kraftschluß nach Anspruch 4 erfolgt.

Schutzansprüche Akt.Z. G 91 07 13 5.
6 Seite - 2 -

6 Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Flügel (3) mit einer Haltekante (7) ausgeführt sein können, wobei sich das Befestigungselement (1) in dem zu befestigenden Bauteil (11) durch einschnappen in ein Halteblech (10) das auf dem zu befestigenden Bauteil (11) angebracht ist, befestigt werden kann und die Montage vereinfacht wird.
7 Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Grundkörper

(2) eine Sollbruchstelle (17) (Figur 16) eingearbeitet sein kann, die es ermöglicht das Anzugsmoment zu begrenzen und auf einen exaktem Wert mit geringen Schwankungen zu halten. Das Anzugsmoment ist somit nur von Materialeigenschaften und Formtoleranz der Sollbruchstelle (17) abhängig.
8 Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Die Kopfform auf dem Grundkörper (2) nach Art des Anzugs- bzw. Lösewerkzeuges gestaltet sein kann. Kopfformen wie z.B. Sechskant, Vierkant, Innensechskant, Schlitz, Kreuzschlitz, Haken-, Rändel-, Nut-, Flügel-, Kreuzloch-, Zweiloch-, Hutmutterform sind möglich.
9 Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2) je nach Anforderung und Kopfform mit einem Durchgangsloch (13) oder Sackloch ausgeführt sein kann.
10 Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Montage des Befestigungselementes (1) über den größten Teil des Gewindebolzens (13) in axialer Richtung (19) erfolgen kann, eine rotierende Bewegung (20) des Befestigungselementes (1) ist möglich und besonders dann von Vorteil wenn das Befestigungselement (1) angezogen werden soll um eine Vorspannkraft aufzubringen, und um die Verbindung zu lösen.

Schutzansprüche Akt.Z. G 91 07 135.6 Seite - 3 -
11 Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Demontage- und Montagekräfte im unbelasteten des Befestigungselementes (1) gleich groß sind, sich das Befestigungselement (1) aber nicht mehr axial verschieben läßt sobald es axial belastet ist und der Fall nach Anspruch 4 eintritt.