WO2007134588A1

WO2007134588A1 - Federschraube

Info

Publication number: WO2007134588A1
Application number: PCT/DE2007/000920
Authority: WO
Inventors: Jürgen Bodenschatz; Bert Weiner
Original assignee: Magna Engineering Center Gmbh
Priority date: 2006-05-24
Filing date: 2007-05-21
Publication date: 2007-11-29
Also published as: DE112007001759A5

Abstract

Zum lösbaren Verbindung von schwindenden, kriechenden oder sich setzenden Materialien sind Federschrauben bekannt. Die bekannten Federschrauben sind allerdings mehrteilig und eigenen sich damit nicht für die Herstellung von einfachen und kostengünstigen Schraubverbindungen mit eher kleiner Haltekraft. Vorgeschlagen wird daher ein einfach herzustellendes Schraubbefestigungsmittel (1) mit einer Windung aus einem Draht (6), der in einem ersten, so genannten Gewindeabschnitt (2) annähernd schraubenförmig auf einer im wesentlichen zylindrischen, schwach kegelförmigen oder schwach tonnenförmigen Oberfläche und in einem zweiten, so genannten Kopfabschnitt (4) annähernd spiralförmig in einem Kreisring verläuft, wobei der Kopfabschnitt (B) in radialer Richtung wesentlich über den Gewindeabschnitt (2) hinaus ragt. Weiterhin wird zum Eindrehen dieses Schraubbefestigungsmittels (1) in ein deformierbares Werkstück (9) ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem in das Werkstück zunächst eine Bohrung (10) eingebracht wird, ein Drahtendes (3) am vorderen freien Ende des Gewindeabschnitts (2) des Schraubbefestigungsmittels (1) mit einem Eindrehwerkzeug (9) gegriffen und das Schraubbefestigungsmittels (1) in die Bohrung (10) eingedreht wird, wobei der annähernd schraubenförmig in dem Gewindeabschnitt (2) verlaufende Draht ein Muttergewinde (11) in die Oberfläche der Bohrung (10) eindrückt.

Description

Federschraube

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schraubbefestigungsmittel und insbesondere eine Federschraube, Verfahren zu deren Setzen und Lösen sowie Werkzeuge zur Durchführung dieser Verfahren.

Eine bekannte Federschraube zeigt das Dokument DE 102 04 721 A1. Diese insbesondere zur Verwendung an Membranpumpen vorgesehene Federschraube umfasst einen Kopf und einen Schaft, der an seinem vorderen Ende einen starren Gewindeabschnitt aufweist. Zwischen dem Kopf und dem Gewindeabschnitt ist ein schraubenfederartiger Abschnitt mit einer oder mehreren Windungen vorgesehen. Diese Schraube ist allerdings aufgrund ihrer Geometrie schwierig herzustellen. Um den massiven Gewindeabschnitt zu erhalten, muss bei einer einstückigen Herstellung ein massives stabförmiges Ausgangsmaterial verwendet werden. Der schraubenfederartige Abschnitt ist dementsprechend durch komplizierte Span abhebende Bearbeitung oder andersartigen Materialabtrag auszubilden.

Die vorliegende Erfindung stellt sich unter einem ersten Aspekt die Aufgabe, eine verbes- serte Federschraube oder ein vergleichbares kostengünstig herstellbares lösbares

Schraubbefestigungsmittel zur Verwendung mit weicheren Materialien bereit zu stellen. Unter einem weiteren Aspekt stellt sich die vorliegende Erfindung insbesondere die Aufgabe, in Kombination mit einem kostengünstigen Verfahren den Vorspannungsverlust, der bei manchen Materialien unter Wärmeeinfluss entsteht, zu verringern.

Unter dem zuerst genannten Aspekt löst die vorliegende Erfindung die gestellte Aufgabe durch ein Schraubbefestigungsmittel mit der Kombination der Merkmale gemäß Anspruch 1. Unter dem weiteren erwähnten Aspekt löst die Erfindung die gestellte Aufgabe weitergehend durch ein Verfahren mit den Schritten gemäß Anspruch 4.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

Eine Federschraube als eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schraubbefestigungsmittels, eine bevorzugte Durchführungsform eines Verfahrens zum Eindrehen und Entfernen dieser Federschraube und ein Eindreh- sowie ein Ausdrehwerkzeug zur Durchführung des jeweiligen besonderen Verfahrens werden nachfolgend bei- spielshalber beschrieben, wobei zur Veranschaulichung auf die schematischen Zeichnungen Bezug genommen wird. Darin zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Federschraube in perspektivischer Absicht von links;

Fig. 2 die Federschraube gemäß Fig. 1 von der unteren Stirnseite; Fig. 3 eine für die Verbindung eines plattenförmigen Werkstückes verbunden mit einem weiteren plattenförmigen oder eines massiven Werkstück vorbereitete Bohrung im Schnitt;

Fig. 4 die Werkstücke gemäß Fig. 3 mit einer Federschraube und einer eingesteckten

Eindrehvorrichtung im Schnitt; Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht des Details „F" in Fig. 4;

Fig. 6 die Situation gemäß Fig. 4 in einer anderen Schnittebene;

Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht des Details „G" in Fig. 6; und

Fig. 8 die Werkstücke gemäß Fig. 3 mit einer Federschraube und einer aufgesetzten Ausdrehvorrichtung.

Gemäß den Fig. 1 und Fig. 2 ist eine Federschraube 1 aus einem Stück eines Federdrahts 6 gewickelt. Der Federdraht 6 wird nachfolgend abkürzend als "Draht" in Bezug genommen und hat in der dargestellten Ausführungsform für allgemeine Zwecke vorzugsweise einen runden Querschnitt. Für besondere Anwendungen können jedoch andere Querschnitte vorteilhaft sein, wie beispielsweise ovale, linsenförmige oder rhombische. . In einem ersten, als Gewindeabschnitt 2 bezeichneten Bereich ist der Draht 6 in der Art einer zylindrischen Schraubenfeder gewunden. Die neutrale Faser des Drahts 6 verläuft ungefähr auf einem Kreiszylinder. Dieser Gewindeabschnitt 2 kann, wie die nachfolgende Erläuterung zu dessen Funktion verständlich macht, in gewissen Grenzen von der dargestellten annähernd exakt zylindrischen Form abweichen. Allerdings sind unrunde Abwei- chungen für die meisten Anwendungen unzweckmäßig. Hingegen kann für manche Anwendungen eine kreiskegelförmige oder tonnenförmige Form des Gewindeabschnitts 2 vorteilhaft sein.

Weiterhin ist das im Bereich des Gewindeabschnitts 2 liegende Ende 3 des Drahts 6 in der dargestellten Ausführungsform diametral vor dem Ende des Gewindeabschnitts 2 ab- gewinkelt und bildet solcherart eine Haltemöglichkeit für ein Eindrehwerkzeug. Einzelheiten hierzu sind einem nachfolgenden Abschnitt zur Beschreibung des Eindrehverfahrens vorbehalten. In einem vorliegend unmittelbar an den Gewindeabschnitt 2 angrenzenden Kopfabschnitt 4 bildet der Draht 6 durch den spiralförmigen Verlauf in einer Kreisringscheibe einen flachen Schraubenkopf nach. Natürlich kann der Verlauf des Drahts in diesem Kopfabschnitt 4 in gewissen Grenzen von der dargestellten ebenen Spirale abweichen. Mit Blick auf das nachfolgend beschriebene Löseverfahren kann es allerdings vorteilhaft sein, wenn die äußerste Windung der Spirale annähernd in einem gegenüber der Figurenachse des Gewindeabschnitts 2 zentrierten Kreis verläuft.

Das im Bereich des Kopfabschnitts 4 liegende Ende 5 des Drahts 6 ist in radialer Richtung abgewinkelt und bildet derart eine Haltemöglichkeit für ein Ausdrehwerkzeug. Ein- zelheiten hierzu sind der Beschreibung in einem nachfolgenden Abschnitt betreffend das Löseverfahren vorbehalten.

Die beiden beschriebenen Abschnitte, nämlich Gewindeabschnitt 2 und Kopfabschnitt 4, müssen nicht zwingend wie in den Zeichnungen gezeigt unmittelbar aneinander grenzen. Je nach gewünschter Funktion kann zwischen diesen beiden Abschnitten noch ein weite- rer Abschnitt mit abweichender Gestalt angelegt sein. Beispielsweise kann dieser weitere Abschnitt eine zylindrische Hüllform mit einem von dem des Gewindeabschnitts 2 abweichenden Durchmesser haben, oder zwecks Anpassung der Federrate in diesem Abschnitt mit einer anderen Gewindesteigung gewickelt sein.

Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 6 zeigen das Eindrehen der vorstehend beschriebenen Fe- derschraube 1 in einer Paarung aus zwei z.B. plattenförmigen Werkstücken 7, 9 mit einer Eindrehvorrichtung 12. Die dargestellte Eindrehvorrichtung 12 ist für die manuelle Betätigung bestimmt und weist eine Werkzeugseite 13 und eine Griffseite 16 auf. Am oberen Ende der Griffseite 16 ist ein Quergriff 17 zur leichten Handhabung angeordnet. Die Griffseite 16 geht zweckmäßig in einem glatten Schaft in die Werkzeugseite 13 über, die einen vorzugsweise zylindrischen Abschnitt 14 mit einer stirnseitigen Aussparung 15 aufweist. Das Setzen der Federschraube 1 erfolgt in vorbereitete fluchtende Bohrungen 8, 10, von denen die erste durch das erste Werkstücke 7 hindurch und in die zweite wenigstens abschnittsweise in das zweite Werkstück 9 hinein verläuft. Der Durchmesser der ersten Bohrung 8 im oberen Werkstück 7 ist geringfügig größer gewählt als der äußere Durchmesser der Federschraube 1. Dadurch wird erreicht, dass zwischen Unterseite des Kopfabschnitts 4 und dem Beginn des tragenden Teils des Gewindeabschnitts 2 ein Teil der Federschraube 1 ohne Kontakt zu einem Werkstück 7, 9 verbleibt, wodurch sich ein elastischer, d.h. federnder, axialer Weg ergibt. Dieser kompensiert das beim Kriechen der _{„ ,}

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Werkstücke 7, 9 auftretende Schwundmaß im Gewindegang und unter dem Kopf größtenteils.

Zum Eindrehen der Federschraube 1 wird diese zunächst auf den werkzeugseitigen zylindrischen Abschnitt 14 der Eindrehvorrichtung 12 aufgesteckt, der wie dargestellt vor- 5 zugsweise eine kreiszylindrische, in den Innenraum des Gewindeabschnitts 2 passende Form hat. Das ungefähr diametral abgewinkelte Endes des Drahts 6 greift dabei in die stirnseitige Aussparung 15 ein und ermöglicht die Übertragung eines Drehmoments zwischen Federschraube 1 und Eindrehvorrichtung 12. Vorzugsweise wird der Durchmesser der Eindrehvorrichtung 12 etwas kleiner als der Innendurchmesser der Federschraube 1 10 gewählt, damit sich die Federschraube 1 mit dem Gewindeabschnitt 2 beim Eindrehen auf die Eindrehvorrichtung 12 aufziehen und im Durchmesser verkleinern kann. Dadurch ergibt sich vorteilhaft eine größere elastische Vorspannung des Gewindeabschnitts 2 gegen die Wand der Bohrung 10.

Die auf der Eindrehvorrichtung 12 aufgenommene Federschraube 1 wird in die vorbereite- 15 te Bohrung 8, 10 angesetzt und unter angemessenem axialen Druck auf die Eindrehvorrichtung 12 bei deren gleichzeitiger Drehung in Einschraubrichtung in das nachgiebige untere Werkstück 9 eingedreht. Dabei drücken sich die Windungen des Drahts 6 im Gewindeabschnitt 2 in die nachgiebige Oberfläche der Bohrung 10 im Bereich deren Verlaufs durch das zweite Werkstück 9 ein und bilden dort eine Gewindespur 11 in der Art eines 20 Muttergewindes 11. Hierbei ist zu beachten, dass der Außendurchmesser des auf die

Eindrehvorrichtung 12 aufgezogenes Gewindeabschnitts 2 ein Übermaß zum Durchmesser der Bohrung 10 aufweist. Andernfalls wird sich der Gewindeabschnitt 2 nicht in ausreichendem Umfang in Wand der Bohrung 10 eindrücken.

Die Federschraube 1 wird so tief in die Bohrung 8, 10 eingedreht, dass der spiralförmig 25 gewickelte Kopfabschnitt 4 mit definiertem Druck auf die Oberfläche des ersten, oben liegenden Werkstücks 7 anliegt. Nach dem Eindrehen der Federschraube 1 wird die Eindrehvorrichtung 12 einfach nach oben herausgezogen und steht für das Eindrehen weiterer Federschrauben zur Verfügung.

Alternativ zu dem beschriebenen manuellen Eindrehverfahren kann die Federschraube 1 30 auch durch eine automatische Eindrehvorrichtung gesetzt werden. Diese wird werkzeug- seitig ähnlich der beschriebenen manuellen Eindrehvorrichtung 12 aufgebaut und dazu eingerichtet sein, in einem ersten Schritt die aufgesetzte Federschraube langsam drehend entsprechend der Ganghöhe der Windungen im Gewindeabschnitt 2 in die Bohrung hinein vorzuschieben. Das Erreichen der vorgesehenen Eindrehtiefe wird von der automatischen Eindrehvorrichtung vorzugsweise erkannt, um den ersten Schritt selbsttätig zu beenden. Die automatische Vorrichtung wird dementsprechend Drehung und Vorschub stoppen. In einem anschließenden zweiten Schritt wird die Vorrichtung die Werkzeugseite ohne Drehung aus der eingedrehten Federschraube 1 heraus ziehen.

Fig. 8 zeigt eine Ausdrehvorrichtung 18 zum Lösen einer wie vorstehend beschrieben hergestellten Verbindung. Die Ausdrehvorrichtung 18 hat eine vordere Werkzeugseite 19 und eine Griffseite 23. Die Griffseite 23 ist als scheibenförmiger runder Griff zur Handha- bung der Ausdrehvorrichtung 18 ausgeführt. In der Werkzeugseite 19 ist eine vorzugsweise zylindrische und nach vorne offene Bohrung 20 enthalten. Der Rand der Werkzeugseite 19 am Austritt der Bohrung 20 ist zu deren Achse senkrecht eben ausgeführt und bildet einen Auflagerand 22 zum sicheren Aufsetzen der Ausdrehvorrichtung 18 auf ein ebenes Werkstück 7. Die Werkzeugseite 19 weist ferner einen ungefähr in Längsrichtung der Bohrung 20 verlaufenden Schlitz 21 auf, der am Auflagerand 22 austritt. Dieser Schlitz 21 dient der Aufnahme des von dem spiralförmig gewickelten Kopfabschnitt B radial abstehenden Drahtendes einer eingedrehten Federschraube 1. In der dargestellten Ausführungsform der Ausdrehvorrichtung 18 verläuft der Schlitz 21 annähernd exakt auf einer Mantellinie der zylindrischen Bohrung 20. Dies ist vorteilhaft aber nicht zwingend.

Alternativ kann sich der Schlitz 21 auch mit verhältnismäßig großer Ganghöhe entlang der Bohrung 20 winden. Zum Lösen einer Verbindung wird die Ausdrehvorrichtung 18 wie in der Zeichnung dargestellt mit der Werkzeugseite 19 über einer gesetzten Federschraube 1 auf die Werkstückoberfläche aufgesetzt, wobei das abstehende Ende der Drahts im Kopfabschnitt B in dem Schlitz 21 aufgenommen ist. Der Durchmesser der Bohrung 20 ist so bemessen, dass der Kopfabschnitt 4 der Federschraube 1 möglichst genau darin geführt ist. Die solcherart aufgesetzte Ausdrehvorrichtung 18 wird im dargestellten Fall manuell in eine Drehung versetzt, die eine herausschrauben des Gewindeabschnitts A aus der Spur in der Bohrung 10 bewirkt. Die Ausdrehvorrichtung 18 bleibt beim Lösen dauernd auf der Oberfläche des oberen Werkstücks 7 aufgesetzt. Der Schlitz 21 ermöglicht dabei die freie Bewegung des aufgenommenen Drahtendes in der Richtung der sich aus der Bohrung heraus bewegenden Federschraube 1. Es ist klar, dass der wie dargestellt genau auf der Mantellinie angebrachte Schlitz 21 dabei keine Kräfte in dieser Richtung auf das Drahtende ausüben wird. Falls eine am Kopfabschnitt 4 angreifende Auszugskraft gewünscht sein sollte, wird dies erreicht, wenn der Schlitz 21 auf einer Wendellinie mit großer Ganghöhe angelegt ist. Diese Wendellinie hat dabei eine zu dem Gewindeabschnitt 4 umgekehrte Orientierung. Nach dem Ausdrehen der Federschraube 1 ist diese in der Bohrung der Ausdrehvorrichtung 18 enthalten und kann daraus nach dem Abheben vom Werkstück 7 entnommen werden.

Beim Ausdrehen von Federschrauben 1 kann die über den Kopfabschnitt 4 bewirkte Ausrichtung der Ausdrehvorrichtung 18 über der Bohrung 5 nicht ausreichen, um eine sichere Funktion zu gewährleisten. Dieses Problem kann behoben werden, indem in der Achse der zylindrischen Bohrung 20 ein längs verschieblicher axial gefederter Zapfen vorgese- hen wird, der auf der oberen Seite des Kopfes anliegt. Dieser Zapfen wird eine sichere Ausrichtung der Ausdrehvorrichtung während des gesamten Lösevorgangs bewirken. Dies ist in den Zeichnungen jedoch nicht dargestellt.

Bezugszeichen:

Federschraube 1

Gewindeabschnitt 2

Drahtende 3

Kopfabschnitt 4

Drahtende 5

Draht 6

Werkstück, erstes 7

Bohrung 8

Werkstück, zweites 9

Bohrung 10

Gewindespur 11

Eindrehvorrichtung 12

Werkzeugseite 13

Zylindrischer Abschnitt 14

Stirnseitige Aussparung 15

Griffseite 16

Griff 17

Ausdrehvorrichtung 18

Werkzeugseite 19

Bohrung 20

Schlitz 21

Auflagerand 22

Griffseite 23

Claims

Ansprüche:

1. Schraubbefestigungsmittel (1) mit einem gewundenen Draht (6), der in einem ersten, so genannten Gewindeabschnitt (2) annähernd schraubenförmig auf einer im wesentlichen zylindrischen, schwach kegelförmigen oder schwach tonnenförmigen Oberfläche und in einem zweiten, so genannten Kopfabschnitt (4) annähernd spiralförmig in einem Kreisring verläuft, wobei der Kopfabschnitt (B) in radialer Richtung wesentlich über den Gewindeabschnitt (2) hinaus ragt.

2. Schraubbefestigungsmittel (1 ) nach Anspruch 1 , wobei ein Drahtende (3) am freien Ende des Gewindeabschnitts (2) zum Einhaken der Werkzeugseite (13) einer Ein- drehvorrichtung (12) abgewinkelt oder gekröpft ist.

3. Schraubbefestigungsmittel (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Drahtende (4) im Kopfabschnitt (4) zum Einhaken der Werkzeugseite (19) einer Ausdrehvorrichtung (18) abgewinkelt oder gekröpft ist.

4. Verfahren zum Eindrehen eines Schraubbefestigungsmittels (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche in ein deformierbares Werkstück (9), umfassend Schritte zum Einbringen einer Bohrung (10) in das Werkstück, Greifen eines Drahtendes (3) am vorderen freien Ende des Gewindeabschnitts (2) mit einem Eindrehwerkzeug (9) und Eindrehen des Schraubbefestigungsmittels (1) in die Bohrung (10), wobei der annähernd schraubenförmig in dem Gewindeabschnitt (2) verlaufende Draht ein Muttergewinde (11 ) in die Oberfläche der Bohrung (10) eindrückt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Werkzeugseite (13) der Eindrehvorrichtung (12) innerhalb des Gewindeabschnitts (2) aufgenommen ist und dessen Windungen gegenüber einer Deformation aufgrund äußerer radialer Kräfte beim Eindrehen abstützt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Werkzeugseite (13) der Eindrehvorrichtung (12) einen werkzeugseitigen annähernd zylindrischen Abschnitt (14) mit einer stirnseitig diametral verlaufenden Nut (15) aufweist.