DE19929016A1 - Schnellbefestigungsmutter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schnellbefestigungsmutter (10) mit einem Gehäuse (12) und mehreren Gewindekrallen (18), die beim Einschieben eines Gewindes radial nach außen ausweichen und bei entgegengesetzter Zugbelastung des Gewindes sich gegen dieses verkrallen. Bekannte Ausführungsformen lassen sich nur aus Blech kostengünstig herstellen und erfordern eine spezielle Anpassung der Segmente an den Nenndurchmesser. Um eine variablere Fertigung zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, jede Gewindekralle (18) an einem separaten Segment (16) anzuordnen, wobei die Segmente (16) getrennt voneinander an dem Gehäuse (12) festlegbar sind. Die vorzugsweise einstückig mit den Gewindekrallen (18) ausgebildeten Segmente (16) können aus Federstahl bestehen.

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Schnellbefestigungsmutter mit einem Gehäuse und wenigstens einer von dem Gehäuse ge­ trennt angeordneten Gewindekralle, die beim Einschieben eines Gewindeschaftes in einer Richtung elastisch radial nach außen ausweicht und sich bei Zugbelastung des Gewindeschaftes in der entgegengesetzten Richtung gegen dessen Gewinde ver­ krallt.

Derartige Schnellbefestigungsmuttern bieten den Vorteil, daß ein Gewindeschaft, z. B. einer Schraube, einer Gewindestange oder eines Gewindestiftes, nicht über seine gesamte Länge in die Mutter eingedreht zu werden braucht, sondern schnell und einfach in eine Vormontagestellung axial in die Mutter einge­ drückt werden kann und erst abschließend durch Drehen um ei­ nen vergleichsweise kleinen Drehwinkel in seine endgültig an­ gezogene Position gebracht wird.

Ein Schnellbefestigungselement, das diesen Anforderungen ge­ recht wird, ist bereits aus der WO 99/08 007 bekannt. Das dort beschriebene Befestigungselement besteht aus einem inneren Einsatzstück aus Blech, das den einzuschiebenden Gewinde­ schaft vollständig umschließt und an welchem eine Vielzahl von Gewindekrallen ausgeformt sind. Das Einsatzstück wird axial in ein Gehäuse mit entsprechender Innenkontur gescho­ ben, wodurch sich ein drehstarrer Halt zwischen dem Gehäuse und dem Einsatzstück ergibt.

Eine derartige Lösung besitzt jedoch den Nachteil, daß für jede Gewindegröße ein spezielles Einsatzstück gefertigt wer­ den muß, damit dieses die entstehenden Kräfte zwischen dem Gehäuse und dem Gewindeschaft übertragen kann. Zudem läßt sich ein derartiges Einsatzstück nur dann kostengünstig fer­ tigen, wenn es vollständig aus einfachem Blech besteht, wor­ unter allerdings die Festigkeitseigenschaften der einstückig an dem Einsatzstück angeformten Gewindekrallen leiden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schnellbefesti­ gungsmutter zu schaffen, die in der Herstellung variabler ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß jede Ge­ windekralle an einem separaten Segment angeordnet und jedes Segment einzeln an dem Gehäuse festlegbar ist.

Ein erster Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht dar­ in, daß zur Herstellung von Schnellbefestigungsmuttern unter­ schiedlicher Nennweiten zumindest innerhalb eines gewissen Rahmens lediglich unterschiedliche Gehäuse gefertigt werden müssen, an welchen dann die Segmente mit den Gewindekrallen festgelegt werden. Ferner ist es möglich, durch entsprechende Gestaltung des Gehäuses das Festlegen einer bestimmten, über den Umfang gleichmäßig verteilten Anzahl von Gewindekrallen zu ermöglichen, wobei die Segmente selbst nicht verändert werden müssen. Grundsätzlich genügt bereits eine einzige Ge­ windekralle, vorzugsweise sind wenigstens drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Gewindekrallen vorgesehen, die für eine gleichmäßige Abstützung des Gewindeschaftes sorgen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schnellbefesti­ gungsmutter besteht darin, daß man durch die Auftrennung der Segmente in kleine Bauteile relativ frei in der Materialwahl ist und weniger Rücksicht auf fertigungstechnische Besonder­ heiten nehmen muß, wie dies bei einstückig miteinander ver­ bundenen Segmenten der Fall ist.

So ist in bevorzugter Ausführungsform der Erfindung vorgese­ hen, daß die Gewindekrallen als Federzungen einstückig mit den Segmenten ausgebildet sind. Die Materialwahl richtet sich dabei in erster Linie nach den Belastungen der Federzungen, so daß sich insgesamt höhere Festigkeitswerte für die Schnellbefestigungsmutter erreichen lassen, ohne daß ferti­ gungstechnische Probleme zu erwarten sind. Beispielsweise können die Segmente mit den Federzungen aus Federstahl beste­ hen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Federzungen von dem Segment ausgehend zunächst radial nach außen und mit ihrem freien Ende dann ra­ dial nach innen weisend gebogen sind. Derartige Federzungen bieten verbesserte Elastizitätseigenschaften und erleichtern das Einführen des Gewindeschaftes, ohne daß Nachteile in der Festigkeit entstünden. Vorzugsweise sind gehäuse- oder seg­ mentseitig Anschläge vorgesehen, an denen sich die radial nach außen gebogenen Bereiche der Federzungen bei zunehmender Belastung anlegen. Dadurch bietet die Schnellbefestigungsmut­ ter durch die unter höherer Belastung verhärtenden Federzun­ gen die Möglichkeit, höhere Kräfte aufzunehmen, die ansonsten unter Umständen zu einem Ausreißen des Gewindeschaftes aus der Schnellbefestigungsmutter führen könnten. Auch wird ein wesentlicher Teil der Kräfte bereits von den Anschlägen auf­ genommen und gar nicht erst in das Segment eingeleitet, wo­ durch insbesondere die Befestigungsstelle der Federzunge an dem jeweiligen Segment vor zu hoher Belastung geschützt wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Segmente als Profilelemente mit im wesentlichen U-förmigem Querschnitt ausgebildet sind. Eine derartige Ausbildung der Segmente sorgt für eine besonders hohe Biegesteifigkeit und erlaubt die Einleitung hoher Vor­ spannkräfte des Gewindeschaftes in das Gehäuse.

Bei einer derartigen Ausbildung der Segmente als Profilele­ mente ist es auch ohne weiteres denkbar, wenigstens zwei Krallen axial hintereinander als Federzungen im Boden wenig­ stens eines Profilelements ausgebildet sind. Durch die Erhä­ hung der Anzahl von Gewindekrallen in axialer Richtung können die eher punktuell angelegten Belastungen zwischen den Feder­ zungen und dem Gewinde des Gewindeschaftes reduziert werden, was wiederum zu verbesserten Festigkeitswerten der Schnellbe­ festigungsmutter führt.

Eine besonders zweckmäßige Art der Festlegung der Segmente an dem Gehäuse wird dadurch erreicht, daß in einer weiteren be­ vorzugten Ausführungsform der Erfindung die Schenkelenden der Segmente mit sich zu ihren freien Enden hin vergrößerndem Ab­ stand radial nach außen weisen und in jeweils einer als hin­ terschnittene Nut ausgebildeten Aufnahme in dem Gehäuse ein­ rastbar sind.

Durch eine derartige Ausbildung des Gehäuses und der Segmente wird eine besonders einfache Vormontage der Schnellbefesti­ gungsmutter möglich, wobei die Segmente beim Vorspannen des Gewindeschaftes zusätzlich gegen das Gehäuse verspannt wer­ den. Bei einem aus einem schweißbaren Material gefertigten Gehäuse ist das Gehäuse vorzugsweise mit einem zu befestigen­ den Bauteil verschweißt und die Segmente sind durch die Durchgangsbohrung in das Gehäuse einführbar und an diesem festlegbar. Bei einer solchen Ausführungsform, die bevorzugt auch das Einrasten der Segmente in einer hinterschnittenen Nut vorsieht, kann das Gehäuse mit dem zu befestigenden Bau­ teil verschweißt werden, bevor die Segmente mit den Gewinde­ krallen an dem Gehäuse festgelegt werden. Dadurch wird ein unnötiger Wärmeeintrag in die Segmente vermieden, der zu An­ laßvorgängen führen könnte, die insbesondere bei Federstählen zu einer erheblichen Verschlechterung der Festigkeitseigen­ schaften des Materials führen können.

Das Gehäuse selbst kann aus Vollmaterial gefertigt sein und z. B. aus einem Stahl bestehen, wie er für Schrauben und Mut­ tern herkömmlicher Art verwendet wird, wobei Aufnahmen für die Segmente in das Gehäuse eingearbeitet sind. Ein derartig aufgebautes Gehäuse bietet gegenüber aus Blech gefertigten Gehäusen erhebliche bessere Festigkeitseigenschaften und eig­ net sich besser für den Einsatz nach industriellen Standards. Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, teilgeschnittene Schrägansicht einer Schnellbefesti­ gungsmutter;

Fig. 2 einen Querschnitt der Schnellbefesti­ gungsmutter gemäß Fig. 1 ohne Gewinde­ schaft;

Fig. 3 einen Fig. 2 entsprechenden Querschnitt mit in die Mutter eingeführten Gewinde­ schaft;

Fig. 4 eine teilgeschnittene Queransicht der Schnellbefestigungsmutter;

Fig. 5 einen bezüglich Fig. 4 um 90° gedrehten Längsschnitt der Schnellbefestigungs­ mutter.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen, teilgeschnittenen Schrägansicht eine Schnellbefestigungsmutter 10, die mit ei­ nem zu befestigenden Bauteil 13 (nicht näher dargestellt), wie z. B. einer Rohrschelle, verschweißt ist. Die Schnellbe­ festigungsmutter 10 besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 12, das eine Innenbohrung 14 (siehe auch Fig. 2 und 3) auf­ weist, in welcher drei Segmente 16 mit Gewindekrallen 18 an­ geordnet sind. Das Gehäuse 12 ist aus schweißbarem Vollma­ terial hergestellt, wobei die Innenbohrung 14 im Bereich der Segmente 16 als Axialnut 20 erweitert ist, deren Flanken 22 Hinterschneidungen aufweisen. In der Mitte der Axialnuten 20 sind radial nach innen weisende Vorsprünge 24 ausgebildet. Die Nuten 20 in dem Gehäuse 12 sind einseitig offen ausgebil­ det und durch das angeschweißte Bauteil 13 axial verschlos­ sen.

Die vorzugsweise aus Federstahl gefertigten Segmente 16 sind als Profilelemente mit im wesentlichen U-förmigen Querschnitt ausgebildet, wobei sich die Abstände der Schenkel 26 zu ihren freien Enden hin entsprechend den hinterschnittenen Flanken 22 vergrößern, so daß die Segmente 16 mit radial nach außen weisenden Schenkeln 26 in die hinterschnittenen Axialnuten 20 einrastbar sind. Die Querschnittsform der Segmente 16 ist so gewählt, daß sich die Segmente 16 nach dem Aufschweißen des Gehäuses 12 auf das Bauteil 13 durch die kreisförmige Öffnung 28 des Gehäuses einführen und in die Nuten 20 einrasten las­ sen.

In den Böden der U-förmig ausgebildeten Segmente 16 sind Fe­ derzungen 30 ausgeformt (siehe auch Fig. 4 und S) die bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform einfach schräg nach innen gestellt sind und bei der in Fig. 2 bis 5 dargestellten Ausführungsform im Übergangsbereich zu den Böden 32 der Seg­ mente 16 zunächst radial nach außen gebogene Bereiche 34 und im übrigen schräg nach innen gebogene Federzungenenden 36 aufweisen. Die Schrägstellung der Federzungenenden 36 ent­ spricht dabei im wesentlichen der Neigung der Gewindegänge eines einzuführenden Gewindeschaftes. Die freien Kanten 38 der Federzungenenden 36 sind als Radius ausgebildet, um eine möglichst großflächige Anlage der Gewindekrallen 18 am Ge­ winde des Gewindeschaftes zu ermöglichen.

Zur Befestigung des Bauteils 13 wird beispielsweise eine Schraube mit einem Gewindeschaft 40 durch die Öffnung 28 von oben in das Gehäuse 12 eingeführt, wobei der Einführvorgang durch eine Fase 42 um den Rand der Öffnung 28 erleichtert wird. Die Innenbohrung 14 des Gehäuses 12 ist zwischen den Nuten mit durchgehenden Führungsvorsprüngen 44 versehen, die mit der Öffnung 28 im wesentlichen fluchtend ausgebildet sind und dadurch eine Führung des Gewindeschaftes 40 auch inner­ halb des Gehäuses 12 ermöglichen. Außerdem dienen die Füh­ rungsvorsprünge 44 dazu, Radialkräfte, die auf den Gewinde­ bolzen 40 wirken können, aufzunehmen, um eine Verformung der Federzungen 18 zu verhindern, was die Sicherheit gegen Aus­ reißen des Gewindebolzens 40 wesentlich erhöht. Beim weiteren Einführen werden die in die Bewegungsbahnen des Gewindeschaf­ tes 40 ragenden Federzungenenden 36 der Gewindekrallen 18 aufgrund ihrer Schrägstellung von den Gewindegängen 46 radial nach außen aufgebogen, wobei sie jeweils in die einzelnen Ge­ windegänge 46 des Gewindeschaftes 40 einrasten. Nach Errei­ chen der gewünschten Endstellung wird die Schraube angezogen, wodurch sich die Gewindekrallen 18 mit ihren Kanten 38 der Federzungenenden 36 in dem jeweils eingerasteten Gewindegang verkrallen. Ein radiales Ausweichen der Federzungen 30 ist aufgrund deren Schrägstellung kaum und bei höherer Vorspan­ nung nur bis zu einem Punkt möglich, an welchem sich die ra­ dial nach außen gebogenen Bereiche 34 der Federzungen 30 an den Vorsprüngen 24 des Gehäuses in der Mitte der Axialnuten angelegt haben.

Ein weiteres Anziehen der in die Schnellbefestigungsmutter 10 eingeführten Schraube führt zu einem Verspannen des Gewinde­ schaftes 40 mit dem Gehäuse 12 und stellt die gewünschte Be­ festigung her. Ein wesentlicher Teil der Vorspannkräfte wird dabei unmittelbar über die radial nach außen gebogenen Berei­ che 34 der Federzungen 30 an die Vorsprünge 24 des Gehäuses abgeleitet, wodurch die Böden 32 der Segmente entlastet wer­ den.

Insbesondere bei größeren Gewindedurchmessern ist es auch oh­ ne weiteres denkbar, mehr als drei Segmente mit Gewinde­ krallen gleichmäßig über den Umfang zu verteilen, um eine noch gleichmäßigere Krafteinleitung in das Gehäuse 12 zu er­ möglichen. Eine weitere Möglichkeit der Erhöhung der Anzahl wirksamer Gewindekrallen 18 besteht darin, an dem Segment 16 in axialer Richtung mehrere Federzungen 30 anzuordnen, bei­ spielsweise wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, wobei jedoch bei längeren Gehäusen 12 und längeren Segmenten 16 auch drei oder mehr Federzungen 30 in den Böden 32 der Segmente 16 angeformt sein können.

Um Schnellbefestigungsmuttern für verschiedene Nenndurchmes­ ser fertigen zu können, kann es innerhalb eines gewissen Be­ reiches von Nenndurchmessern ausreichend sein, lediglich un­ terschiedliche Gehäuse mit den Nenndurchmessern angepaßten Innenbohrungen zu fertigen und im wesentlichen identische Segmente 16 in die Gehäuse verschiedener Nenndurchmesser ein­ zusetzen. Die verringerte Teileanzahl führt dabei zu einer Reduzierung der Herstellungskosten.

Zudem erlaubt es der vergleichsweise einfache Aufbau der ein­ stückig mit den Federzungen 30 ausgebildeten Segmente 16, Werkstoffe sehr hoher Festigkeit mit großer Elastizität, wie z. B. Federstähle einzusetzen. Da derartige Werkstoffe meist sehr empfindlich auf überhöhten Wärmeeintrag reagieren, ist die Möglichkeit der nachträglichen Montage der Segmente nach dem Aufschweißen des Gehäuses 12 auf dem Bauteil 13 von be­ sonderem Vorteil.

Claims (14)

1. Schnellbefestigungsmutter mit einem Gehäuse (12) und we­ nigstens einer von dem Gehäuse (12) getrennt angeordneten Gewindekralle (18), die beim Einschieben eines Gewinde­ schaftes (40) in einer Richtung elastisch radial nach au­ ßen ausweicht und sich bei Zugbelastung des Gewindeschaf­ tes (40) in der entgegengesetzten Richtung gegen dessen 1 Gewinde verkrallt, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ge­ windekralle (18) an einem separaten Segment (16) angeord­ net und jedes Segment (16) einzeln an dem Gehäuse (12) festlegbar ist.

2. Schnellbefestigungsmutter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in das Gehäuse (12) aus Vollmaterial Aufnahmen (20) für die Segmente (16) eingearbeitet sind.

3. Schnellbefestigungsmutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) aus einem schweißba­ ren Material besteht.

4. Schnellbefestigungsmutter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei gleich­ mäßig über den Umfang verteilte Gewindekrallen (18) vor­ gesehen sind.

5. Schnellbefestigungsmutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindekrallen (18) als Federzungen (30) einstückig mit den Segmenten (16) ausgebildet sind.

6. Schnellbefestigungsmutter nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Federzungen (30) von dem jeweiligen Segment (16) ausgehend zunächst radial nach außen und mit ihrem freien Ende (36) dann radial schräg nach innen wei­ send gebogen sind.

7. Schnellbefestigungsmutter nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Anschläge (24) vorgesehen sind, an de­ nen sich die radial nach außen gebogenen Bereiche (34) der Federzungen (30) bei zunehmender Belastung anlegen.

8. Schnellbefestigungsmutter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (16) und die Federzungen (30) aus Federstahl bestehen.

9. Schnellbefestigungsmutter nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (16) als Pro­ filelemente mit im wesentlichen U-förmigen Querschnitt ausgebildet sind.

10. Schnellbefestigungsmutter nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß wenigstens zwei Krallen (18) axial hin­ tereinander als Federzungen (30) im Boden (32) wenigstens eines Profilelements ausgebildet sind.

11. Schnellbefestigungsmutter nach Anspruch 9 oder 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schenkelenden (26) der Seg­ mente (16) mit sich zu ihren freien Enden hin vergrößern­ dem Abstand radial nach außen weisen und in jeweils einer als hinterschnittene Nut (20) ausgebildeten Aufnahme in dem Gehäuse (12) einrastbar sind.

12. Schnellbefestigungsmutter nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Mitte der Nuten (20) wenigstens im Bereich der Federzungen (30) radial nach innen wei­ sende Vorsprünge (24) vorgesehen sind, die als Anschläge für die radial nach außen gebogenen Bereiche (34) der Fe­ derzungen (30) dienen.

13. Schnellbefestigungsmutter nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) zwischen den Aufnahmen (20) radial nach innen weisende Vorsprünge (44) aufweist, die für eine Führung des Gewindeschaftes (42) beim Einführen sorgen und radiale Kräfte, die auf den Gewindeschaft wirken können, aufnehmen.

14. Schnellbefestigungsmutter nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) mit ei­ nem zu befestigenden Bauteil (13) verschweißt ist und die Segmente (16) durch eine Durchgangsbohrung (28) in das Gehäuse (12) einführbar sind.