DE68902803T2

DE68902803T2 - Befestigungselemente mit schraubgewinde.

Info

Publication number: DE68902803T2
Application number: DE8989304657T
Authority: DE
Inventors: Anthony Michael Highfield
Original assignee: PSM International PLC
Current assignee: McKechnie Specialist Products Ltd
Priority date: 1988-08-03
Filing date: 1989-05-09
Publication date: 1993-02-25
Anticipated expiration: 2009-05-10
Also published as: GB8818414D0; KR930008297B1; EP0353839B1; GR3006441T3; US4941788A; DK376189A; USRE34928E; DE68902803D1; PT91375B; HK894A; KR900003548A; GB2221505A; EP0353839A1; PT91375A; SG118792G; GB2221505B; GB8910627D0; HK5894A; ES2034624T3; ATE80443T1

Description

Die Erfindung betrifft mit Schraubgewinde versehene Befestigungselemente, die im Handel als Einsätze bekannt sind, die in erster Linie dazu bestimmt sind, in beispielsweise aus Kunstharz bestehende Gegenstände mit Hilfe von auf die Befestigungselemente einwirkende Ultraschallvibrationen eingedrückt zu werden. Dies führt zu einem räumlich begrenzten Materialfluß. Eine Führungsbohrung wird am Gegenstand angebracht und der Einsatz weist einen Führungsbereich an einem Ende auf, der in der Bohrung aufgenommen wird und der Anordnung und Positionierung des Befestigungselements zu Beginn der Installationsbewegung dient.
GB-A-12 79 452 betrifft ein bekanntes, derartiges Befestigungselement, enthaltend zwei in axialer Richtung mit Abstand zueinander stehende, im wesentlichen zylindrische Bänder, die voneinander sowie vom Führungselement durch Umfangsnuten getrennt sind, und wobei die beiden Bänder jeweils mit schneckenförmig verlaufenden Zähnen oder Rippen einer Verzahnung versehen sind, die beispielsweise durch Rändelung hergestellt werden kann. Die beiden Sätze stehen in gegensätzlichem Uhrzeigersinn zueinander, d. h. ein Spiralsatz weist im Uhrzeigersinn in Richtung auf das Führungselement und das andere dem Uhrzeigersinn entgegen. Die Zahnwurzeln, d. h. der minimale Durchmesser an der Basis der Nuten zwischen den Zähnen kann in etwa dem Durchmesser des Führungselements und der Umfangsnut zwischen den beiden Bändern entsprechen
Während der Installierung wird das Gegenstandsmaterial durch die Zähne versetzt und fließt, teilweise oder vollständig, zum Füllen zwischen den Nuten zwischen den Zähnen und den Umfangsnuten. Dadurch wird ein axialer und winkeliger Halt gegen ein Herausziehen und Drehbeanspruchungen erzielt.
Ein weiteres, bereits bekanntes Befestigungselement ergibt sich aus FR-A-2 573 494. Dieses weist gleichfalls eine schneckenförmige Verzahnung sowie eine Anzahl von umlaufenden Nuten auf, doch finden in Umfangsrichtung sich erstreckende Rippen zwischen den Nuten Verwendung. Bei Ultraschallinstallation in Thermokunststoff kann das Material zwischen den Rippen fließen.
GB-A-20 39 660 zeigt ein Befestigungselement, das im wesentlichen dem gemäß BP 12 79 452 entspricht, sowie ein weiteres, das mit zwei Enden versehen ist und Führungsbereiche an jedem Ende aufweist. Diese Befestigungselemente sind abgewandelt, um Verfahren zum Einführen unter Verwendung von Hitze sowie bzw. anstelle von Ultraschallvibrationen zu dienen. Dies heißt, daß derartige Befestigungselemente entweder unter Verwendung von Ultraschall oder Hitze eingefügt werden können.
Die mit zwei Enden versehene Form ist besonders geeignet für die automatische Installierung von schüsselartigen Zuführeinrichtungen, in denen die Befestigungselemente herausgeschüttelt werden, um sich längs eines Weges zum Installationspunkt zu bewegen, da dies das Erfordernis von Orientierungseinrichtungen zur Sicherung der Tatsache überflüssig macht, daß der Führungsbereich führt und nicht schleppt. Es wurde jedoch bei Versuchen festgestellt, daß die mit zwei Enden versehenen Formen nur geringere Lasten vertragen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Befestigungselement mit zwei Enden zu entwickeln, das höhere Nutzlasten ermöglicht.
Erfindungsgemäß enthält ein Befestigungselement mit zwei Enden, das zu einem Mittelpunkt auf seiner Längsachse symmetrisch ausgebildet ist, einen Führungsabschnitt an jedem Ende, eine umlaufende Nut nahe jedem Führungsabschnitt sowie einen mit einer Verzahnung versehenen Hauptabschnitt zwischen den Nuten, der sich in Richtung auf den Mittelpunkt erstreckt, wobei die Verzahnung des Hauptabschnitts schneckenförmig verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer Verzahnung versehener, kleinerer Abschnitt zwischen der Nut und dem Hauptabschnitt angeordnet ist und vom Hauptabschnitt durch eine zweite Nut getrennt ist, wobei der kleinere Abschnitt kegelstumpfförmig ausgebildet ist und wobei sich die kleine Abmessung des Kegelstumpfes in Richtung auf den benachbarten Führungsabschnitt erstreckt, und wobei die Verzahnung des kleineren Abschnitts schneckenförmig auf die Verzahnung des Hauptabschnitts ausgerichtet ist.
In Versuchssituationen ohne Drehbeanspruchung oder in denen winkelige, auf ein Herausschrauben gerichtete Kräfte richtungsmäßig fehlen, kann sich eine einzelne Verzahnung über den größten Teil der Länge des Befestigungselements erstrecken. Typischerweise wird die Verzahnung ein rechtshändiger Satz sein, der sich im Uhrzeigersinn, gegenüber dem betrachteten Ende des Befestigungselements in entgegengesetzter Richtung windet. Die beispielsweise anschließend einer mit einer Schraubenbohrung in der Bohrung des Befestigungselements zusammenwirkenden Schraube zugeführte Kraft wird den Einsatz weiter in das Material führen. Dies kann üblicherweise akzeptiert werden und wird von dem Gegenstand verhindert, der eine Sackbohrung zur Aufnahme des Befestigungselements aufweist.
In anderen Situationen können zwei Hauptbänder vorgesehen werden, die durch eine umlaufende Hauptnut getrennt sind. In diesem Fall werden die beiden Bänder in gegensätzlichem Uhrzeigersinn mit einer Verzahnung versehen sein.
Vorzugsweise sind die Führungselemente kugelstumpfartig gebildet, wobei das kleinere Ende des Kegelstumpfes am Ende des Befestigungselements liegt und einen flachen Kegelwinkel, beispielsweise 15º gegenüber der Längsachse, aufweist.
Vorzugsweise sind die kleineren Verzahnungen mit einem steileren Kegelwinkel, beispielsweise 45º, versehen. Die Enden der kleineren Bänder mit großem Durchmesser, die an das größeren Band/die größeren Bänder angrenzen, können den gleichen Durchmesser wie die größeren Bänder aufweisen. Vorzugsweise werden auch die Verzahnungen durch Rändelung hergestellt und in der Herstellung werden die Rändelräder über die größeren und angrenzenden kleineren Bänder in der gleichen Richtung in jedem Fall geführt und dies kann die schneckenförmige Ausrichtung der aufragenden Zähne auf den kleineren Bändern mit den Nutenzähnen auf den größeren Bändern erzeugen. Es wird davon ausgegangen, daß diese Zähne ein besonders gutes Befüllen der Umfangsnuten und damit besonders gute Wirkungsweisen im Hinblick auf das theoretisch Mögliche jedweden Designs sicherstellen können.
Die den Enden der Befestigungselemente nächsten Nuten können von kleinerem Durchmesser sein als der kleine Durchmesser der Führungselemente: Die zwei oder drei anderen Nuten können den gleichen Durchmesser wie das kleine Ende der Führungselemente aufweisen.
Eine geeignete Abfolge von Durchmessern ist für die axiale Länge des Führungselements, des kleineren Bands und der beiden angrenzenden Nuten, die alle im wesentlichen einander entsprechen, vorgesehen. Das Gesamtmaß dieser vier Abmessungen entspricht dem des größeren Bands, wo zwei größere Bänder vorgesehen sind, oder der halben Länge des größeren Bandes, wo nur eines vorgesehen ist.
Beide Versionen werden in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Befestigungselements und
Fig. 2 eine Schnittansicht eines anderen Befestigungselements.
Das in Fig. 1 dargestellte Befestigungselement ist im wesentlichen von kreisförmigem Querschnitt über seine gesamte Länge. Es ist um eine Ebene P symmetrisch, die zur Achse A in rechtem Winkel steht. Jedes Ende ist mit einem Führungsabschnitt 10 versehen, der flach-kegelstumpfförmig ist, wobei der Winkel α in der Größenordnung von 15º liegt. Der Führungsabschnitt ist von der angrenzenden Verzahnung 12, 36 durch eine umlaufende Nut 14, 20 getrennt. Die Nut ist von kleinerem Durchmesser als das Maß 16 am kleinen Ende des kegelstumpfförmigen Führungsabschnitts. Die axialen Abmessungen von 10, 12, 14, 18, 20, 22 und 36 entsprechen in etwa einander. Die axiale Gesamtabmessung 24 entspricht in etwa der axialen Abmessung 26 des mit einer Verzahnung versehenen Hauptabschnitts. Die beiden mit einer Verzahnung versehenen Abschnitte 28 und 30 in Fig. 1 werden durch die Nut 32 getrennt.
Es versteht sich von selbst, daß das Befestigungselement gemäß Fig. 1 eine Gewindebohrung als Halterung für eine Schraube aufweist, und daß sich Bohrung und Schraubgewinde ohne Unterbruch über die gesamte Länge des Einsatzes erstrecken.
Das Band 28 ist schneckenförmig mit Rippen oder Zähnen versehen, so daß es in Abschnitten auf der rechtwinkelig zur Länge der Rippen verlaufenden Linie 34-34 eine Verzahnung aufweist, die möglicherweise symmetrisch stehende Flanken enthält. Diese Zähne oder Rippen stehen in einer Linie mit vergleichbaren Zähnen auf dem Band 12. Zweckmäßigerweise wird in der Herstellung der Befestigungselemente ein Rändelrad nach dem Formen des Einsatzes an seinem Profil verwendet, und das Rad berührt den Bereich des Bandes 28 und des Bandes 12, so daß beide Verzahnungen oder Rippensätze gleichzeitig gebildet werden. Diese Anordnung der Zähne auf den beiden Bändern wird bei der Installierung für wichtig erachtet, was nachfolgend erläutert wird. Da das Band 12 kegelstumpfförmig ist, sind die darauf ausgebildeten Zähne keine ununterbrochen schneckenförmig sich erstreckenden Rippen, da sie nicht auf dem Band 28 sind, sondern mehr als pyramidenförmige einzelne Zähne ausgebildet sind, die im wesentlichen vom Befestigungselement abstehen.
Im Fall des Bandes 30 und des angrenzenden Bandes 36 am anderen Ende des Befestigungselements gilt das gleiche wie beim Band 28 und dem zugehörigen Band 12, abgesehen davon, daß das Band 30 schneckenförmig in entgegengesetzter Richtung des Steigungswinkels gerippt ist; jedoch sind die Zähne auf dem Band 36 mit denen auf dem Band 30 in Linie ausgerichtet, da sie zwischen dem Band 28 und dem Band 12 angeordnet sind. Die Zähne auf dem Band 30 und jene auf dem Band 36 werden in einem einzigen Rändelungsschritt über die beiden geformt, so daß die Zähne mit dem Rippen in einer Linie stehen.
Das Befestigungselement gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von dem gemäß Fig. 1 nur darin, daß ein einziges Zentralband 40 mit den schneckenformig verlaufenden Rippen versehen ist, die mit den Zähnen der Bänder 42, 44 in einer Linie stehen und wiederum in einem einzigen Überarbeiten mit einem Rändelrad erzeugt werden.
Bei der Installation wird das Befestigungselement in ein vorbereitetes und üblicherweise als Sackloch ausgebildetes Loch in dem, beispielsweise aus Thermokunststoff gefertigten, Arbeitsstück eingefügt. Die typische Anordnung des Arbeitsstückes ist mit gestrichelten Linien in Fig. 2 dargestellt. Es wird erkennbar werden, daß der maximale Durchmesser des kegelstumpfförmig eingefügten Führungselements paßgenau in der Bohrung des vorgefertigten Loches sitzt und daß das kegelstumpfförmige Band 44 (in diesem Fall) auf dem Rand des Loches zur Stützung des Befestigungselements ruht, so daß seine Achse in einer Linie und koextensiv mit der Achse des Loches steht. Das Befestigungselement wird dann in das Arbeitsstück mit den angewandten Ultraschallvibrationen eingedrückt, so daß der Thermokunstoff fließt.
Die tatsächlich einzelnen, dornartigen Zähne auf dem Band 44 beginnen, aufgrund ihrer Kegelstumpfform, sofort Kanäle oder Nuten in dem Kunststoffkörper zu bilden, und da die benachbarten Enden des mit einer Verzahnung versehenen Hauptbandes 40 die Stirnfläche 46 des Körpers berührt, stehen die Rippen oder Zähne des Teils 40 automatisch in einer Linie mit diesen Kanälen. Der Steigungswinkel führt zu einer Rotation des Einsatzes, was durch die Installationsvorrichtung ermöglicht wird, so daß sich tatsächlich der Einsatz "selbst" in das Arbeitsstück schraubt.
Das von den Kanälen versetzte Material fließt in die Raumbereiche zwischen den Nuten und in die Rippenbereiche auf den verschiedenen Teilen des Befestigungselements und weiterhin in die umlaufenden Nuten. Das erhärtete oder erstarrte Material umfängt, nachdem die verflüssigende Kraft wie beispielsweise die Vibration oder Hitzeeinwirkung entfernt wurde, das Befestigungselement, wodurch ein Widerstand gegen ein Herausziehen oder Herausschrauben durch Drehmomente erzeugt wird.
Ein im wesentlichen vergleichbares Verfahren liegt dem Befestigungselement gemäß Fig. 1 während der Installation zugrunde, abgesehen davon, daß in diesem Fall das Eindringen des zweiten Bandes 30 in das Material zu einer Serie von Rippen entgegengesetzter Schraubenlinie führt, was zum Einschneiden neuer Kanäle führt, die sich quer zu den bereits bestehenden Kanälen erstrecken, die durch das Ansteigen des Steigungsbandes 28 gebildet wurden. Es wird angenommen, daß eine besondere Tendenz hiergegen durch das Material erzeugt wird, das von nur begrenzter Fluidität ist, und dies erleichtert das Befüllen der zentralen Nut 32 in diesem Ausführungsbeispiel, wodurch ein verbesserter Widerstand gegen ein Herausziehen beim installierten Befestigungselement erzeugt wird. Sobald jedoch die Nut 32 im wesentlichen vollständig befüllt ist, sichert das durch die Rippen auf dem Band 30 bewirkte Versetzen wenigstens eine Teilbefüllung der Kanäle zwischen den Rippen auf diesem Teil und wenigstens eine Teilbefüllung auf den folgenden, umlaufenden Nuten. Es wird verständlich werden, daß in diesem Fall der Widerstand gegen ein Verdrehen in beiden Richtungen durch die einen entgegengesetzten Steigungswinkel aufweisenden Verzahnungen erzeugt wird.

Claims

1. Befestigungselement mit zwei Enden, das zu einem Mittelpunkt (p) auf seiner Längsachse (a) symmetrisch ausgebildet ist, enthaltend einen Führungsabschnitt (10) an jedem Ende, eine umlaufende Nut (14) nahe jedem Führungsabschnitt sowie einen mit einer Verzahnung versehenen Hauptabschnitt (28) zwischen den Nuten, der sich in Richtung auf den Mittelpunkt erstreckt, wobei die Verzahnung des Hauptabschnitts schneckenförmig verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer Verzahnung versehener, kleinerer Abschnitt (12) zwischen der Nut und dem Hauptabschnitt angeordnet ist und vom Hauptabschnitt durch eine zweite Nut getrennt ist, wobei der kleinere Abschnitt kegelstumpfförmig ausgebildet ist und wobei sich die kleine Abmessung des Kegelstumpfes in Richtung auf den benachbarten Führungsabschnitt erstreckt, und wobei die Verzahnung des kleineren Abschnitts schneckenförmig auf die Verzahnung des Hauptabschnitts ausgerichtet sind.

2. Befestigungselement nach Anspruch 1, wobei zwei mit einer Verzahnung versehene Hauptabschnitte (28, 30) vorgesehen sind, die gegenüber dem Mittelpunkt symmetrisch angeordnet und durch eine an der Außenseite umlaufende Nut (32) getrennt sind.

3. Befestigungselement nach Anspruch 1, wobei ein einziger mit einer Verzahnung versehener Hauptabschnitt (40) symmetrisch um den Mittelpunkt angeordnet ist.

4. Befestigungselement nach Anspruch 2, wobei die mit einer Verzahnung versehenen Hauptabschnitte (28, 30) schneckenförmig in entgegengesetzter Richtung des Steigungswinkels gerippt sind.

5. Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Führungsabschnitt kegelstumpfartig ausgebildet ist und wobei sich die kleine Abmessung des Kegelstumpfes am äußersten Ende des Befestigungselements befindet und der Hauptabschnitt an den mit einer Verzahnung versehenen kleineren Abschnitt angrenzt.

6. Befestigungselement nach Anspruch 5, wobei die kleine Abmessung jedes Führungsabschnitts größer ist als der Durchmesser der angrenzenden umlaufenden Nut und wobei der Durchmesser der umlaufenden Nut im wesentlichen der kleinen Abmessung des stumpfkonischen, mit einer Verzahnung versehenen, kleineren Abschnitts entspricht.

7. Befestigungselement nach Anspruch 2, wobei der Durchmesser der umlaufenden Nut im Mittelpunkt im wesentlichen dem Durchmesser der Nut zwischen dem mit einer Verzahnung versehenen Hauptabschnitt und dem mit einer Verzahnung versehenen, kleineren Abschnitt entspricht.