-
Die
Erfindung betrifft einen Gewindebolzen mit einem Schaft, der zumindest
bereichsweise mit einem Gewinde versehen ist, sowie mit einem Kopfbereich,
der zur Einleitung eines Drehmoments, insbesondere über ein
Werkzeug, ausgebildet ist. Weiter betrifft die Erfindung einen Aufsteckadapter,
der zwischen einem herkömmlichen
Gewindebolzen (Standardschraube) und einem Werkzeug eingesetzt werden
kann.
-
Zur
lösbaren
Verbindung von Bauteilen werden häufig Schrauben oder dgl. Gewindebolzen
verwendet. In vielen Anwendungsbereichen ist es erforderlich, dass
eine solche Verbindung eine definierte Klemmkraft in einer axialen
Richtung, d. h. in der Längsrichtung
des Gewindebolzens, erzeugt. Eine solche definierte Klemmkraft muss
einerseits groß genug
sein, um eine sichere Befestigung der Bauteile aneinander zu erlauben
und ist häufig
auch hinsichtlich der maximalen Kraft begrenzt, um eine Beschädigung an
den Bauteilen zu vermeiden. Hierzu ist es bekannt, drehmomentgesteuerte
Werkzeuge einzusetzen, mit denen eine definierte axiale Klemmkraft bei
einer solchen Schraubverbindung erzeugt werden kann.
-
Bei
drehmomentgesteuerten Werkzeugen beginnt bei einem meist voreinstellbaren
Drehmoment das Werkzeug durchzurutschen, d. h. es wird kein höheres Drehmoment
von dem Werkzeug abgegeben. Hierbei ist zu beachten, dass das jeweils
richtige maximale Drehmoment für
die jeweilige Anmeldung eingestellt wird. Dies ist mit zusätzlichem
Aufwand verbunden und kann zu Bedienfehlern führen. Darüber hinaus stehen drehmomentgesteuerte Werkzeuge
nicht immer zur Verfügung,
so dass eine Schraubverbindung in solchen Fällen nicht mit einer definierten
Klemmkraft hergestellt werden kann.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber einen Gewindebolzen sowie
einen Aufsteckadapter bereitzustellen, die es mit besonders einfachen
Mitteln und möglichst
unter Ausschluss von Bedienfehlern ermöglichen, eine definierte axiale
Klemmkraft bei einer Schraubverbindung herzustellen.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß im Wesentlichen
dadurch gelöst,
dass bei einem Gewindebolzen der eingangs genannten Art der Kopfbereich
derart ausgebildet ist, dass zumindest in einer ersten Drehrichtung
ein in den Kopfbereich eingeleitetes Drehmoment nur bis zu einer
definierten Obergrenze auf den Schaft übertragbar ist. Mit anderen Worten
soll in dem Gewindebolzen selbst eine Einrichtung vorgesehen sein,
die eine Drehmomentsteuerung ermöglicht.
Der Einsatz eines aufwändigen drehmomentgesteuerten
Werkzeugs kann somit entfallen, so dass auch bei der Verwendung
von Standardwerkzeugen eine definierte axiale Klemmkraft mit dem
erfindungsgemäßen Gewindebolzen
erzeugt werden kann. Zumindest in einer Drehrichtung des Gewindebolzens
um dessen Längsachse
ist der Kopfbereich dabei so ausgebildet, dass bei Erreichen eines
definierten maximalen Drehmoments ein Mechanismus in dem Gewindebolzen
durchrutscht, d. h. es wird kein weiteres Drehmoment in den Schaft
des Gewindebolzens eingeleitet.
-
Nach
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass der Kopfbereich eine
erste Reibfläche,
eine mit der ersten Reibfläche
zusammenwirkende zweite Reibfläche
sowie Anpressmittel zum Andrücken
der beiden Reibflächen
gegeneinander aufweist. Die Anpressmittel sind dabei so gewählt, dass
in Abhängigkeit
des aufgebrachten Drehmoments an den Reibflächen entweder ein Haftreibungszustand
oder ein Gleitreibungszustand eintritt. Bei einer Haftreibung ist
die Anpresskraft der beiden Reibflächen aneinander so groß, dass
keine Relativbewegung der beiden Reibflächen auftritt, so dass ein
in dem Gewindebolzen eingeleitetes Drehmoment auch in den Schaft und
das Gewinde übertragen
wird. Dagegen können sich
die beiden Reibflächen
bei der Gleitreibung relativ zueinander bewegen, d. h. sie rutschen
durch, so dass kein zusätzliches
Drehmoment übertragen
wird.
-
Die
Anpressmittel des Gewindebolzens können dabei wenigstens ein Federelement
sowie ein mit dem Schaft verbundenes oder verbindbares Abstützelement
für das
wenigstens eine Federelement aufweisen. Auf Grund des in axialer
Richtung kleinen Bauraums eignen sich insbesondere Tellerfedern
als ein Federelement für
die Anpressmittel.
-
Das
Abstützelement
kann erfindungsgemäß als ein
mit dem Schaft verbundener Nietkopf oder ein umgebördelter
Stift ausgebildet sein. Dieser Stift oder Nietkopf ragt in axialer
Richtung von dem Kopfbereich des Schaftes weg, so dass eine der
Reibflächen
sowie ein oder mehrere Federelemente auf oder an dem Nietkopf oder
Stift aufgebracht werden können.
Durch ein Umbördeln
wird die Reibfläche und
das Federelement dann so an dem Schaft befestigt, dass die beiden
Reibflächen
gegeneinander gedrückt
werden.
-
Alternativ
zu dem Nietkopf oder umgebördelten
Stift kann das Abstützelement
auch als ein mit dem Schaft verbindbarer Gewindebolzen oder als
ein Presspassungs- oder Rändelbolzen
ausgebildet sein. Bei der Verwendung eines Gewindebolzens kann durch
eine Veränderung
der Einschraubtiefe in den Schaft ggf. die Federkraft beeinflusst
werden oder es kann das Federelement ausgetauscht werden. Auf diese
Weise lässt
sich das maximal übertragbare
Drehmoment einstellen.
-
Erfindungsgemäß ist es
vorgesehen, dass wenigstens eine der Reibflächen mit einer Profilierung
versehen ist. Eine solche Profilierung kann das maximal übertragbare
Drehmoment vergrößern. Andererseits
ist es durch eine Profilierung auch möglich, abhängig von der Drehrichtung unterschiedliche
maximal übertragbare
Drehmomente vorzusehen.
-
In
Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, dass
die Reibflächen
derart mit Rampen versehen sind, dass in einer ersten Drehrichtung
ein in den Kopfbereich eingeleitetes Anzugsdrehmoment nur bis zu
einer definierten Obergrenze auf den Schaft übertragbar ist, während in
einer der ersten Drehrichtung entgegen gesetzten zweiten Drehrichtung
ein gegenüber
dem definierten Anzugsdrehmoment höheres Drehmoment auf den Schaft übertragbar
ist. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn zur
Herstellung einer Schraubverbindung eine definierte axiale Klemmkraft erforderlich
ist und gleichzeitig zum Lösen
der Verschraubung ein ggf. höheres
Drehmoment aufgebracht werden soll, beispielsweise weil die Verschraubung
in Folge von Korrosion oder dgl. nicht mit dem Anzugsdrehmoment
lösbar
ist.
-
Die
Rampen der Reibflächen
sind dabei so ausgebildet, dass in der Drehrichtung, in welcher
der Gewindebolzen zum Herstellen der Schraubverbindung gedreht werden
muss, zunächst
mit ihren gegenüber
der Längsachse
des Gewindebolzens schräg
verlaufenden Flächen
aneinander anliegen, bis das maximal übertragbare Drehmoment erreicht wird.
Dann können
die schrägen
Rampenflächen
aufeinander gleiten, wobei die Reibflächen gegen die Kraft des wenigstens
einen Federelements voneinander abgehoben werden. In der entgegengesetzten Drehrichtung
hintergreifen beispielsweise etwa parallel zu der Längsrichtung
des Gewindebolzens ausgerichtete Anschlagflächen der beiden Reibflächen einander,
so dass die Reibflächen
nicht relativ zueinander verdreht werden können, d. h. sie rutschen nicht durch.
Auch festsitzende Schraubverbindungen lassen sich auf diese Weise
lösen.
-
Es
wird bevorzugt, wenn die erste Reibfläche einstückig mit dem Schaft ausgebildet
ist, beispielsweise als ein sich etwa quer zu der Längsrichtung des
Ge windebolzens erstreckender flanschartiger Abschnitt. Die zweite
Reibfläche
ist dagegen erfindungsgemäß als ein
separates, mit dem Schaft verbindbares Bauteil mit einer Durchgangsöffnung ausgebildet.
Die Verbindung zwischen dem Schaft und der zweiten Reibfläche erfolgt
derart, dass die zweite Reibfläche
beispielsweise verliersicher an dem Schaft gehalten ist, jedoch
gegenüber
dem Schaft sowohl gedreht als auch zumindest geringfügig axial verschoben
werden kann.
-
Eine
besonders kompakte Bauweise des erfindungsgemäßen Gewindebolzens kann dadurch
erreicht werden, dass das die zweite Reibfläche aufweisende Bauteil eine Öffnung aufweist,
in welcher die Anpressmittel zumindest teilweise aufgenommen sind.
Besonders bevorzugt wird es, wenn diese Öffnung zur Aufnahme der Anpressmittel
konzentrisch zu der Durchgangsöffnung
ausgebildet ist bzw. als ein vergrößerter Bereich dieser Durchgangsöffnung. Die
Anpressmittel können
auch vollständig
in dieser Öffnung
aufgenommen sein, so dass der erfindungsgemäße Gewindebolzen einen gegenüber Standardschrauben
nicht nennenswert vergrößerten Kopfbereich
aufweist.
-
Der
Kopfbereich des Gewindebolzens ist mit Mitteln zum Angriff eines
Werkzeugs versehen. So kann beispielsweise das die zweite Reibfläche aufweisende
Bauteil an seinem Außenumfang
eine Sechskantkontur zum Angriff eines Werkzeugs aufweisen. Andere
Angriffsformen, wie bspw. Dreikant, Kreuzschlitz, Inbus oder dgl.,
sind in gleicher Weise geeignet.
-
Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiter mit einem Aufsteckadapter
zur Übertragung
eines Drehmoments zwischen einem Gewindebolzen und einem Werkzeug
gelöst.
Dieser Aufsteckadapter weist erfindungsgemäß ein erstes Verbindungselement
zur drehfesten, lösbaren
Verbindung mit dem Kopfbereich eines Gewindebolzens sowie ein zweites
Verbindungselement zur drehfesten, lösbaren Verbindung mit einem
Werkzeug auf, wobei der Aufsteckadap ter zwischen den beiden Verbindungselementen
derart ausgebildet ist, dass zumindest in einer ersten Drehrichtung
ein in das zweite Verbindungselement eingeleitetes Drehmoment nur bis
zu einer definierten Obergrenze auf das erste Verbindungselement übertragbar
ist. Mit anderen Worten ist der erfindungsgemäße Aufsteckadapter dem Kopfbereich
des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Gewindebolzens ähnlich,
wobei der Aufsteckadapter anders als der Kopfbereich des Gewindebolzens
nicht fest mit dem Schaft des Gewindebolzens verbunden ist, sondern
als ein separates Bauteil vorgesehen werden kann, das zum Herstellen
einer Schraubverbindung bei einer Vielzahl von Standardschrauben
zusammen mit einem Standardwerkzeug eingesetzt werden kann. Der
Aufsteckadapter ist somit wiederverwendbar.
-
Bevorzugt
besteht der Aufsteckadapter aus zwei Elementen, die derart miteinander
verbunden sind, dass diese eine Drehbewegung relativ zueinander
sowie eine begrenzte axiale Bewegung relativ zueinander ausführen können. Jedes
dieser Elemente bildet eine Reibfläche, wobei die beiden Reibflächen, die
beispielsweise mit Rampen oder dgl. Profilierungen versehen sind, über Federn
gegeneinander gepresst werden. Weiter ist jeder der Reibflächen ein Verbindungselement
zugeordnet, wobei eines der Verbindungselemente zum Angriff eines
Werkzeugs und das andere Verbindungselement zur Anbindung an einen
Gewindebolzen ausgebildet sind.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele
und die Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen schematisch:
-
1 in
Perspektivansicht einen Gewindebolzen nach einer ersten Ausführungsform
der Erfindung,
-
2 in
Perspektivansicht die Bauteile des Gewindebolzens nach 1,
-
3 einen
Schnitt durch den Gewindebolzen nach 1,
-
4 in
Perspektivansicht die Bauteile eines Gewindebolzens nach einer zweiten
Ausführungsform
und
-
5 in
Perspektivansicht die Bauteile eines Gewindebolzens nach einer dritten
Ausführungsform.
-
Der
in 1 dargestellte Gewindebolzen 1 hat im
Wesentlichen die Gestalt einer Standardschraube, d. h. der Gewindebolzen 1 umfasst
einen zylindrischen Schaft 2, der bereichsweise mit einem Gewinde 3 versehen
ist, sowie einen dem Gewinde 3 abgewandten Kopfbereich 4,
der zum Angriff eines Werkzeugs ausgestaltet ist. Wie aus den 2 und 3 ersichtlich
ist, ist der Kopfbereich 4 des Gewindebolzens 1 anders
als bei Standardschrauben nicht vollständig einstückig mit dem Schaft 2 ausgebildet. Vielmehr
sind lediglich eine flanschartige Auskragung 5 sowie ein
sich in axialer Richtung des Gewindebolzens 1 erstreckender
Stift 6 einstückig
mit dem Schaft 2 verbunden.
-
Die
Auskragung 5 ist dabei auf ihrer dem Gewinde 3 abgewandten
Seite als eine Reibfläche 7 ausgebildet,
auf der eine durch Rampen 8 definierte Profilierung vorgesehen
ist. Ein Schraubenkopf 9 ist als ein separates Bauteil
ausgebildet, wobei der Schraubenkopf 9 in der dargestellten
Ausführungsform
bereichsweise eine Sechskant-Außenkontur zum
Angriff eines Werkzeugs aufweist, wobei andere Außenkonturen
ebenfalls möglich
sind. Auf der dem Schaft 2 zugewandten Seite des Schraubenkopfes 9 ist
eine zweite Reibfläche 10 ausgebildet,
die ebenfalls Rampen 11 aufweist. Die Rampen 8 und 11 der Reibflächen 7 bzw. 10 sind
so gestaltet, dass der Schraubenkopf 9 relativ zu dem Schaft 2 im
Uhrzeigersinn gedreht werden kann, so dass die Rampen 8, 11 übereinander
gleiten, während
eine Drehung in der entgegen gesetzten Richtung durch die Rampengeometrie
blockiert wird. Die Festlegung, in welcher Drehrichtung ein größeres Drehmoment übertragen werden
kann, kann den Anforderungen an den Gewindebolzen entsprechend gewählt werden.
So kann bei einem Linksgewinde die Ausrichtung der Rampen genau
umgekehrt erfolgen.
-
Der
Schraubenkopf 9 ist mit einer Durchgangsöffnung 12 versehen,
mit welcher der Schraubenkopf 9 auf den Stift 6 derart
aufsetzbar ist, dass der Schraubenkopf 9 relativ zu dem
Schaft 2 frei gedreht werden kann. Wie insbesondere aus 3 ersichtlich,
ist die Durchgangsöffnung 12 in
dem Schraubenkopf 9 auf der dem Schaft 2 abgewandten Seite
vergrößert ausgebildet,
so dass auf den Stift 6 mehrere Tellerfedern 13 sowie
eine Scheibe 14 aufsteckbar sind.
-
Zur
Verbindung des Schraubenkopfes 9 mit dem Schaft 2 wird
das dem Gewinde 3 abgewandte Ende des Stiftes 6 umgebördelt bzw.
in der Art eines Nietkopfes aufgeweitet. Der so gebildete Nietkopf wirkt
damit als ein Gegenlager, an welchem sich die Tellerfedern 13 abstützen, um
den Schraubenkopf 9 gegen die Auskragung 5 zu
pressen. Mit anderen Worten werden die Reibflächen 7 und 10 durch
die Kraft der Tellerfedern 13 gegeneinander gedrückt. Die
Durchgangsöffnung 12 kann
zusätzlich
durch eine Kappe 15 verschlossen werden.
-
Wird
nun über
ein Werkzeug, beispielsweise einen herkömmlichen Schraubschlüssel, ein
Drehmoment in den Schraubenkopf 9 eingeleitet, so ist die Reibkraft
zwischen den Reibflächen 7 und 10 auf Grund
des Anpressdrucks der Tellerfedern 13 so groß, dass
der Schaft 2 zunächst
einer Drehung des Schraubenkopfes 9 folgt. Wenn das Drehmoment weiter
gesteigert wird, wird der Schraubenkopf 9 bei einem vorbestimmten
maximal übertragbaren
Drehmoment durch die Rampengeometrie gegen die Kraft der Tellerfedern 13 von
der Auskragung 5 abgehoben, so dass sich der Schraubenkopf 9 relativ
zu dem Schaft 2 drehen kann, wobei die Rampen 11 des Schraubenkopfes
ratschenartig über
die Rampen 8 der Auskragung 5 gleiten. In diesem
Zustand kann kein größeres Drehmoment
von dem Schraubenkopf 9 in den Schaft 2 übertragen
werden.
-
Umgekehrt
wird bei einer entgegen gesetzten Drehung des Schraubenkopfes 9 mit
einem Werkzeug der Schraubenkopf 9 wieder durch die Kraft
der Tellerfedern 13 in Richtung zu der Auskragung 5 gedrängt, wodurch
die Rampen 8 und 11 wieder miteinander in Eingriff
treten. Die Rampengeometrie ist dabei so gewählt, dass keine relative Drehbewegung
zwischen dem Schraubenkopf 9 und dem Schaft 2 auftreten
kann. Der Gewindebolzen kann folglich mit einem Drehmoment aus der
Verschraubung gelöst
werden, das größer ist
als das maximal übertragbare
Anzugsdrehmoment.
-
In
den 4 und 5 sind weitere Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Gewindebolzens 1 dargestellt,
die gegenüber
der Ausführungsform
nach den 1 bis 3 lediglich
hinsichtlich der Befestigung der zweiten Reibfläche sowie der Federelemente
an dem Schaft 2 verändert
ist. Hierbei ist jeweils der Stift 6, der in der Ausführungsform nach
den 1 bis 3 einstückig mit dem Schaft 2 ausgebildet
ist, durch einen in den Schaft 2 einschraubbaren Gewindebolzen 16 (4)
bzw. einen Presspassungs- oder Rändelbolzen 17 (5)
ersetzt, welcher ebenfalls fest mit dem Schaft zwei verbunden werden
kann. Das Umbördeln
oder die Ausformung eines Nietkopfes nach der Ausführungsform der 1 bis 3 kann
auf diese Weise entfallen.
-
- 1
- Gewindebolzen
- 2
- Schaft
- 3
- Gewinde
- 4
- Kopfbereich
- 5
- Auskragung
- 6
- Nietkopf
bzw. Stift
- 7
- erste
Reibfläche
- 8
- Rampe
- 9
- Schraubenkopf
(Antrieb)
- 10
- zweite
Reibfläche
- 11
- Rampe
- 12
- Durchgangsöffnung
- 13
- Tellerfedern
- 14
- Scheibe
- 15
- Kappe
- 16
- Gewindebolzen
- 17
- Presspassungs-
oder Rändelbolzen