WO2006131554A1 - Befestigungsanordnung und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

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WO2006131554A1
WO2006131554A1 PCT/EP2006/063036 EP2006063036W WO2006131554A1 WO 2006131554 A1 WO2006131554 A1 WO 2006131554A1 EP 2006063036 W EP2006063036 W EP 2006063036W WO 2006131554 A1 WO2006131554 A1 WO 2006131554A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
housing
fastening arrangement
arrangement according
threaded insert
bore
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/063036
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sascha Costabel
Original Assignee
Sfs Intec Holding Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sfs Intec Holding Ag filed Critical Sfs Intec Holding Ag
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Priority to US11/815,699 priority patent/US20080008558A1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B37/00—Nuts or like thread-engaging members
    • F16B37/12—Nuts or like thread-engaging members with thread-engaging surfaces formed by inserted coil-springs, discs, or the like; Independent pieces of wound wire used as nuts; Threaded inserts for holes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B5/00—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them
    • F16B5/01—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them by means of fastening elements specially adapted for honeycomb panels

Definitions

  • the present invention relates to a mounting arrangement on a component, in particular a lightweight component, with a housing can be introduced into the housing, which has an internal thread, and with an externally threaded screw member, wherein the housing is integrally formed and wherein in a bore of the housing as a helically wound wire trained threaded insert is force and / or positively inserted, the inner boundary forms the internal thread of the housing for screwing the screw member.
  • the invention relates to a method for producing such a fitting arrangement, wherein the housing is introduced into the component, in the bore in the housing of the threaded insert is introduced and the screw element is screwed into the threaded insert,
  • a mounting arrangement of the type mentioned is known from GB 684 832.
  • the known fastening arrangement is used for sealing electrical or other devices and for visualizing an unauthorized opening of the device.
  • the threaded insert formed as a helically wound wire is visibly anchored in the non-threaded bore of the device with one end.
  • the anchored end of the threaded insert is visibly released from its engagement with the device and deformed. It is virtually impossible to restore the anchoring of the threaded insert to the device.
  • the device to which the known mounting arrangement is attached may be a part of a device housing, a support arm or the like. be.
  • a fastening arrangement of the type mentioned is also known for various other special applications.
  • this lightweight element is reinforced by the use of a housing.
  • the housing which is typically made of plastic, is provided with .theta.
  • a threaded insert is known (DE 197 40 167 A1), which is screwed for reinforcement in a threaded bore of a workpiece.
  • the object of the invention is to improve a fastening arrangement of the type mentioned above so that its use can be made on a lightweight component housing without inserting a metallic part with threaded hole and introduced into the lightweight component.
  • a further internal thread is formed in the wall of the bore into which the threaded insert is introduced, or in that the threaded insert introduced into the bore of the housing in a formed in the wall of the bore further internal thread when inserting becomes.
  • High pull-out values in the connection between the housing and the threaded insert are achieved particularly well by the fact that the threaded insert with the inner shape of the bore in the housing has a shape that can be brought into contact with the housing as form-fitting as possible. Due to the nature of the inner shape of the bore in the housing as a further internal thread, the threaded insert can be optimally anchored in the housing and fixed radially and axially.
  • the threaded insert By screwing in the screw element, the threaded insert is additionally braced in the housing and thus significantly increases the pull-out values of the screw and the threaded insert from the housing.
  • the shape of the further internal thread can correspond to any thread shape.
  • the one-piece production of the housing in particular from a non-metallic material weight and cost savings in the manufacture of the housing can be achieved.
  • the production is particularly simplified in that no additional part, such as a metal threaded sleeve od. Like. To reinforce the thread, must be inserted during injection molding.
  • the fastening arrangement according to the invention is based on the fact that the screw element is easily attached to a lightweight component by means of the second internal thread.
  • the structure of a lightweight construction element does not permit a direct connection to a screw element, since the structure is mostly porous or larger Has cavities.
  • the lightweight element is provided at the point of attachment point with the housing of the mounting arrangement according to the invention, which is preferably made of a material having a low specific gravity.
  • the object of the housing is to reinforce the lightweight element at the location where a mounting arrangement is to be attached. Due to the circumference and the height of the housing, the fastening arrangement with respect to the bore in the housing is designed such that the pull-out values between the lightweight component and the housing are of the same order of magnitude as between the housing and the screw element.
  • the housing has a lower strength than the threaded insert.
  • the pull-out values in the bore in the housing are significantly lower without using a reinforcement when using materials with the same strength values as between the lightweight component and the housing, since the shear area is correspondingly lower.
  • the smaller area is compensated by the higher strength of the threaded insert. Pronounced is when the threaded insert is anchored positively in the housing.
  • the threaded insert also contributes to the fact that higher tightening torques can be achieved and thus by the higher preload forces the consequences of a possible structure of the housing, e.g. by aging od. Like., Can be countered, which prevents loosening of the screw member.
  • the housing has a lower strength than the screw element.
  • the screw member is designed so that the requirements of the mounting arrangement are met, but also results in a minimum weight.
  • lightweight materials such as light metals, composite materials or other plastics can be used in the screw element, which are characterized by high strength.
  • the housing is made of plastic.
  • Plastics fulfill the property of particularly low specific density and can therefore be used to save weight. Despite the low weight, it is possible to achieve good strength values that meet the requirements of the fastening arrangement according to the invention. By injection molding od. Like.
  • the housing can be made more economical and because of the ease of manufacture with a higher process reliability.
  • polyester imide PET
  • PEEK polyester ether ketone
  • PES polyethersulfone
  • GRP carbon and glass fiber reinforced plastic
  • the housing may be made of wood or the. Like. Exist. The case can be made of cellulose instead of wood or natural product. Housing of such porous materials are characterized in that the mounting arrangement can be connected to another component such as the lightweight element by an adhesive material, since the adhesive material diffuses or penetrates into the porous structures of the housing and the lightweight component and cures there. Furthermore, these materials are also very light.
  • the further internal thread is simply formed by groove-shaped contours in the wall of the bore.
  • Another possibility is to provide the threaded insert with a self-tapping external thread for producing the further internal thread.
  • an additional simplification of the manufacturing and assembly process can be achieved because during injection molding of the housing, the inner shape of the bore groove on the housing or can be made thread-free and the threaded insert so is designed so that this self-tapping produces the additional internal thread during assembly in the housing.
  • the simplified manufacturing process as an even better form fit between the threaded insert and the housing is achieved.
  • the housing is in a lightweight component of AI foam, light metal or their alloys, GRP, sandwich panels od.
  • the use of the fastening arrangement according to the invention is particularly advantageous in the use of solutions that are designed to offer low-weight heavy duty attachment points.
  • particularly lightweight components such as in honeycomb form.
  • materials such as Al foam, light metal or their alloys or GRP od.
  • the honeycomb of paper od.
  • a thermosetting foam or any other material be prepared.
  • the fastening arrangement can be used in aerospace.
  • the search for ever lighter and more sustainable materials is particularly influenced by the aerospace technology.
  • the fastening arrangement according to the invention is particularly aimed at high quality lightweight components based on known and future materials.
  • the mounting arrangement is suitable for use in the field of automotive engineering, rail vehicles od. Like. Also very good.
  • the fastening arrangement according to the invention forms the possibility of economically and efficiently using fastening arrangements on lightweight components, in particular in bodywork construction.
  • the materials used today predominantly in prototype construction and in small batches, such as carbon, fiber composite materials such as fiberglass or the like, will in future offer potential fields of application for this fastening arrangement since the manufacturing costs are lowered and the process reliability is increased by the fastening arrangement according to the invention.
  • the housing is expediently made in one piece, preferably by injection molding.
  • the insertion of the threaded insert takes place.
  • the preassembled housing od with epoxy resin.
  • the preassembled housing od with epoxy resin.
  • FIG. 1 shows a mounting arrangement on a lightweight component.
  • FIG. 2 shows an integrally manufactured housing for a fastening arrangement on a lightweight component
  • Fig. 3 is an integrally manufactured housing with built-in threaded insert for a mounting arrangement on a lightweight component.
  • Fig. 1 illustrates a mounting arrangement on a lightweight construction element 1, which consists of an introduced into the lightweight component 1 housing 2 with a bore or opening 3 with an internal thread 4 and a screw member 5.
  • the housing 2 is integrally formed.
  • In the internal thread 4 of the bore 3 is formed as a helically wound wire threaded insert 6 is positively inserted.
  • the inner boundary of the threaded insert 6 forms an internal thread 14 for screwing the screw element 5 provided with an external thread.
  • the housing 2 can be manufactured particularly simply and economically, since it can be produced in one piece, that is to say without inserting another part, eg by injection molding , In the dimensioning of the housing 2, due to the simplification in the inner region of the housing 2, the expression on the cylindrical outer area can be better addressed.
  • the housing 2 has a lower strength than the threaded insert 6.
  • the threaded insert 6 must ensure the power transmission of the screw element 5 to the housing 2.
  • the strength properties of the threaded insert 6 are in an advantageous embodiment, therefore, in the region of the screw member 5.
  • Particularly advantageous is an embodiment of the threaded insert 6 made of wire, in turn od of spring steel.
  • the threaded insert 6 can ideally be adapted to the internal thread 4 of the housing 2 and at the same time surround the screw element 5.
  • the housing 2 has a lower strength than the screw element 5.
  • the lightweight component 1 is reinforced at this point by the insertion of the housing 2. It is primarily paid to an ideal power transmission between the lightweight component 1 and the housing 2.
  • the circumference U and the height H of the housing 2 are designed so that due to the dimensioning of the shear surface 10 stresses can be achieved, which can withstand the screw 5, the threaded insert 5 and the internal thread 4 in the housing 2.
  • the housing 2 is reinforced in the internal thread 4, so that in the internal thread 14, the screw member 5 can be screwed, which is capable of larger and more proportionate heavier parts to be attached to the lightweight construction element 1.
  • the screw member 5 must have a strength that can withstand not only the loads caused by the attached weight but also possible vibrations and other interactions.
  • the housing 2 is in a lightweight construction element 1 of AI foam, light metal or its alloys, GRP, sandwich panels od. Like. Used. In order to achieve the most weight-saving lightweight construction elements 1, it is desirable that these elements are usually constructed in such a way that a honeycomb-shaped light structure is built up between two thin outer layers which, in cooperation with the outer layers, form a rigid unit.
  • honeycomb structure is unsuitable for an attachment point. It must therefore be installed at the attachment points a housing that allows the installation of a mounting arrangement without much weight.
  • An attachment arrangement of the type according to the invention is particularly suitable for applications in the aerospace and automotive industries and in rail vehicles or the like. The efforts of the aviation and vehicle industry to achieve ever greater payload and consume less energy result in Weight optimization offers significant competitive advantages in the market. While the aerospace industry is already testing and implementing, if possible, all reasonable weight optimisations, there is still a great potential for weight reductions in the areas of automotive engineering, rail vehicles and the like, as is the case with the fastening devices according to the invention. Showing order.
  • a mounting arrangement with the features according to the invention can be produced particularly economically by the housing 2 is mounted in the lightweight component 1 and in the bore 3, a threaded insert 6 is inserted, in which in turn a screw member 5 is positively secured.
  • This simple method ensures that a fastening arrangement can be mounted on the guide component 1 efficiently and quickly, which meets high demands.
  • the simple manufacturing process also increases the process reliability and thus also the overall quality of the fastening arrangement.
  • the fastening arrangement is formed in the lightweight component 1 with a housing 2 made of plastic.
  • the central element is the housing 2.
  • the housing 2 must be able to be integrated firmly in the lightweight component 1 and to withstand the loads caused by the screw element 5.
  • Plastics not only meet the requirements for a low weight of the housing 2, they can also be designed specifically for the respective task of the mounting arrangement.
  • the plastic used is particularly polyester imide (PEI), polyetheretherketone (PEEK), polytheresulfone (PES), GRP, carbon and glass fiber reinforced plastic, composite material od. Like. Used.
  • the housing 2 may be made of wood or the like.
  • the wood structure can be glued, pressed or raw. Compacted versions have the advantage of being less susceptible to moisture-induced changes and thus of achieving a higher consistency of the fastening arrangement, but are usually somewhat more difficult.
  • the connection between the lightweight component 1 and the housing 2 can be optimally designed by an adhesive material 8, which penetrates into the pores of the wood structure, but also in the cavities of the lightweight component 1 and cures.
  • the bore 3 in the housing 2 has the internal thread 4 or groove-shaped contours 9.
  • groove-shaped contours 9 are already to be introduced during injection molding, the production of the internal thread 4 is also possible later.
  • the groove-like contours 9 can and should also be matched to the threaded insert 6 to be used in the best possible way.
  • atypical contours can also be used for a thread.
  • the used thread or RiI Lining must be determined and designed on the basis of the necessary technical characteristics.
  • Fig. 3 shows a fastening arrangement in a lightweight construction element 1, the threaded insert 6 may have a self-tapping external thread.
  • the housing 2 is provided with a bore 3, which does not yet have a thread or groove contour.
  • the internal thread 4 is cut directly or by the self-inserting threaded insert 6 itself or molded. The thread contour is created even more form-fitting and achieved an optimal connection.

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Abstract

Befestigungsanordnung an einem Leichtbauelement (1), bestehend aus einem in das Leichtbauelement (1) eingebrachten Gehäuse (2), welches eine Bohrung (3) mit Innengewinde (4) aufweist und einem Schraubenelement (5). Das Gehäuse (2) ist einstückig ausgebildet. In der Bohrung (3) ist ein als schraubenlinienförmig gewundener Draht ausgebildeter Gewindeeinsatz (6) kraft- und/oder formschlüssig eingebracht, dessen Innenbegrenzung ein Innengewinde (4) zum Eindrehen des mit einem Außengewinde (7) versehenen Schraubenelementes (5) bildet.

Description

BEFESTIGUNGSANORDNUNG UND VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung an einem Bauelement, insbesondere einem Leichtbauelement, mit einem in das Bauelement einbringbaren Gehäuse, welches ein Innengewinde aufweist, und mit einem mit Außengewinde versehenen Schraubenelement, wobei das Gehäuse einstückig ausgebildet ist und wobei in eine Bohrung des Gehäuses ein als schraubenlinienförmig gewundener Draht ausgebildeter Gewindeeinsatz kraft- und/oder formschlüssig eingebracht ist, dessen Innenbegrenzung das Innengewinde des Gehäuses zum Eindrehen des Schraubenelementes bildet.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Befesϊ- gungsanordnung, wobei das Gehäuse in das Bauelement eingebracht wird, in die Bohrung in dem Gehäuse der Gewindeeinsatz eingebracht wird und das Schraubenelement in den Gewindeeinsatz eingedreht wird,
Eine Befestigungsanordnung der eingangs genannten Art ist aus der GB 684 832 bekannt. Die bekannte Befestigungsanordnung dient zum Versiegeln von elektrischen oder anderen Geräten und zum Sichtbarmachen eines unbefugten Öffnens des Gerätes. Bei versiegeltem Gerät ist der als schraubenlinienförmig gewundener Draht ausgebildete Gewindeeinsatz in der nicht mit Gewinde versehenen Bohrung des Gerätes mit einem Ende sichtbar verankert. Bei dem Öffnen des Gerätes wird das verankerte Ende des Gewindeeinsatzes aus seinem Eingriff mit dem Gerät sichtbar gelöst und verformt. Es ist praktisch unmöglich, die Verankerung des Gewindeeinsatzes an dem Gerät wieder herzustellen. Das Bauelement, an welchem die bekannte Befestigungsanordnung angebracht wird, kann ein Teil eines Gerätegehäuses, ein Tragarm od.dgl. sein.
Eine Befestigungsanordnung der eingangs genannten Art ist auch für diverse andere Spezialanwendungen bekannt. Insbesondere ist in der Luftfahrttechnik bekannt, dass zum Anbringen von Schraubenelementen an einem Leichtbauelement, z. B. an einer Sandwich-Panele, dieses Leichtbauelement durch den Einsatz eines Gehäuses verstärkt wird. Das typischerweise aus Kunststoff hergestellte Gehäuse wird dafür mit θ- nem metallischen Teil mit Gewindebohrung durch Spritzgießen hergestellt, wofür das metallische Teil aufwändig in die Spritzgussform eingelegt werden muss.
Ferner ist ein Gewindeeinsatz bekannt (DE 197 40 167 A1), der zur Verstärkung in eine Gewindebohrung eines Werkstückes eingedreht wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Befestigungsanordnung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass bei seinem Einsatz an einem Leichtbauelement sein Gehäuse ohne Einlegen eines metallischen Teiles mit Gewindebohrung hergestellt und in das Leichtbauelement eingebracht werden kann.
Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Befestigungsanordnung geschaffen werden.
Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, dass ein weiteres Innengewinde in der Wand der Bohrung gebildet ist, in das der Gewindeeinsatz eingebracht ist, bzw. dadurch, dass der Gewindeeinsatz bei dem Einbringen in die Bohrung des Gehäuses in ein in der Wand der Bohrung gebildetes weiteres Innengewinde eingebracht wird. Hohe Auszugswerte bei der Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Gewindeeinsatz werden besonders gut dadurch erreicht, dass der Gewindeeinsatz mit der Innenform der Bohrung im Gehäuse eine Form aufweist, die möglichst formschlüssig in Kontakt mit dem Gehäuse gebracht werden kann. Durch die Ausprägung der Innenform der Bohrung im Gehäuse als weiteres Innengewinde kann sich der Gewindeeinsatz optimal im Gehäuse verankern und radial und axial fixieren. Durch das Eindrehen des Schraubenelementes verspannt sich der Gewindeeinsatz zusätzlich im Gehäuse und erhöht so die Auszugswerte der Schraube und des Gewindeeinsatzes aus dem Gehäuse maßgeblich. Die Form des weiteren Innengewindes kann dabei einer beliebigen Gewindeform entsprechen. Durch die einstückige Herstellung des Gehäuses insbesondere aus einem nichtmetallischen Werkstoff werden Gewichts- und Kosteneinsparungen bei der Fertigung des Gehäuses erzielt. Die Herstellung wird insbesondere dadurch vereinfacht, dass kein zusätzliches Teil, wie dies z.B. eine Metallgewindehülse od. dgl. zum Verstärken des Gewindes ist, beim Spritzgießen eingelegt werden muss. Die Befestigungsanordnung nach der Erfindung basiert darauf, dass das Schraubenelement mit Hilfe des zweiten Innengewindes auf einfache Weise an einem Leichtbauelement angebracht wird. Die Struktur eines Leichtbauelementes lässt eine direkte Verbindung mit einem Schraubenelement nicht zu, da die Struktur meist porös ist oder größere Hohlräume aufweist. Das Leichtbauelement wird an der Stelle des Befestigungspunktes mit dem Gehäuse der Befestigungsanordnung nach der .Erfindung versehen, das vorzugsweise aus einem Werkstoff mit geringer spezifischer Dichte ausgeführt wird. Damit wird die Anforderung eines minimalen Gewichtes der Befestigungsanordnung bestmöglichst erfüllt. Die Aufgabe des Gehäuses ist es, das Leichtbauelement an der Stelle zu verstärken, an der eine Befestigungsanordnung angebracht werden soll. Durch den Umfang und die Höhe des Gehäuses wird die Befestigungsanordnung gegenüber der Bohrung im Gehäuse so ausgelegt, dass die Auszugswerte zwischen dem Leichtbauelement und dem Gehäuse in derselben Größenordung liegen wie zwischen dem Gehäuse und dem Schraubenelement.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Befestigungsanordnung nach der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.
In einer Ausgestaltung weist das Gehäuse eine niedrigere Festigkeit auf als der Gewindeeinsatz. Die Auszugswerte in der Bohrung im Gehäuse liegen ohne eine Verstärkung bei der Verwendung von Materialien mit denselben Festigkeitswerten deutlich tiefer als zwischen dem Leichtbauelement und dem Gehäuse, da die Scherfläche entsprechend geringer ist. Durch die Verwendung eines Gewindeeinsatzes wird die geringere Fläche durch die höhere Festigkeit des Gewindeeinsatzes kompensiert. Vortel- haft ist, wenn der Gewindeeinsatz im Gehäuse formschlüssig verankert ist. Der Gewindeeinsatz trägt ebenfalls dazu bei, dass höhere Anzugsmomente erreicht werden können und so durch die höheren Vorspan nkräfte den Folgen eines möglichen Schruπrp- fens des Gehäuses, z.B. durch Alterung od. dgl., entgegnet werden kann, was ein Lösen des Schraubenelementes verhindert.
In einer weiteren Ausgestaltung weist das Gehäuse eine niedrigere Festigkeit auf als das Schraubenelement. Auch das Schraubenelement wird so ausgelegt, dass die Ansprüche an die Befestigungsanordnung erfüllt sind, aber auch ein minimales Gewicht resultiert. Dazu können auch beim Schraubenelement Leichtbauwerkstoffe wie Leichtmetalle, Composit-Materialien oder andere Kunststoffe eingesetzt werden, die sich durch eine hohe Festigkeit auszeichnen. Durch das Einbringen eines Gewindeeinsatzes in das Gehäuse wird die Verbindung zwischen Schraubenelement und Gehäuse so verstärkt, dass das Gehäuse mit einer niedrigeren Festigkeit hergestellt werden kann, ohne für die Befestigungsanordnung zum kritischen Element bezüglich Materialversagen, z.B. durch niedrige Auszugswerte od. dgl., zu werden. Bei geringen Anforderun- gen können die Auszugswerte durch die Merkmale der Befestigungsanordnung nach der Erfindung mindestens stark erhöht werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse aus Kunststoff hergestellt ist. Kunststoffe erfüllen die Eigenschaft besonders geringer spezifischer Dichte und sind somit gewichtssparend einsetzbar. Trotz des geringen Gewichtes besteht die Möglichkeit, gute Festigkeitswerte zu erreichen, die dem Anspruch der erfindungsgemäßen Befesii- gungsanordnung gerecht werden. Durch Spritzgießen od. dgl. können die Gehäuse wirtschaftlicher und wegen der einfachen Herstellung auch mit einer höheren Prozesssicherheit gefertigt werden.
Als Kunststoff werden insbesondere Polyesterimid (PEI), Polyesteretherketon (PEEK), Polyethersulfon (PES), GFK, kohle- und glasfaserverstärkter Kunststoff, Composit- Material od. dgl. für die Verwendung vorgeschlagen. Diese Materialen eignen sich besonders, um mit den üblichen Herstellverfahren spezifisch auf die Anwendungen abgestimmte Bauteile zu produzieren. Kunststoffe öffnen heute noch ein großes Potential an neuen Kombinationen, insbesondere in Verbindung mit weiteren beigefügten Materialien, die zur Verstärkung und somit Verbesserung der Materialeigenschaften führen.
Als weitere Ausgestaltung kann das Gehäuse aus Holz od. dgl. bestehen. Das Gehäuse kann statt aus Holz aus einem anderen aus Zellulose hergestellten oder natürlichen Produkt bestehen. Gehäuse aus solchen porösen Materialien zeichnen sich dadurch aus, dass die Befestigungsanordnung mit einem weiteren Bauelement wie dem Leichtbauelement durch ein klebendes Material verbunden werden kann, da das klebende Material in die porösen Strukturen des Gehäuses und des Leichtbauelementes diffundiert oder eindringt und dort aushärtet. Im Weiteren sind diese Materialien ebenfalls besonders leicht.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das weitere Innengewinde einfach durch rillenförrri- ge Konturen in der Wand der Bohrung gebildet.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Gewindeeinsatz mit einem selbstschneidenden Außengewinde zum Herstellen des weiteren Innengewindes zu versehen. Dadurch kann eine zusätzliche Vereinfachung des Fertigungs- und Montageablaufes erzielt werden, weil beim Spritzgießen des Gehäuses die Innenform der Bohrung am Gehäuse rillen- oder gewindefrei hergestellt werden kann und der Gewindeeinsatz so ausgelegt ist, dass dieser bei der Montage in das Gehäuse selbstschneidend das weitere Innengewinde erzeugt. Neben dem vereinfachten Herstellprozess wird so eine noch bessere Formschlüssigkeit zwischen Gewindeeinsatz und Gehäuse erreicht.
Vorzugsweise ist das Gehäuse in einem Leichtbauelement aus AI-Schaum, Leichtmetall oder deren Legierungen, GFK, Sandwich-Panelen od. dgl. eingesetzt. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung ist besonders vorteilhaft beim Einsatz von Lösungen, die darauf ausgelegt werden, gewichtsarm hochbelastbare Befestigungspunkte anzubieten. Dazu eignen sich besonders Leichtbauelemente wie beispielsweise in Wabenform od. dgl. und aus Materialien wie AI-Schaum, Leichtmetall oder deren Legierungen oder GFK od. dgl. Dabei können die Waben aus Papier od. dgl., einem aushärtenden Schaum oder einem beliebigen anderen Werkstoff hergestellt sein.
Besonders vorteilhaft kann die Befestigungsanordnung in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden. Die Suche nach immer leichteren und tragfähigeren Materialien wird besonders durch die Luft- und Raumfahrtstechnologie geprägt. Die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung zielt besonders auf hochwertige Leichtbauelemente ab, die auf bekannten und künftigen Materialien basieren.
Im Weiteren eignet sich die Befestigungsanordnung zum Einsatz im Bereich des Automobilbaus, der Schienenfahrzeuge od. dgl. ebenfalls besonders gut. Durch den vermehrten Einsatz von Leichtbauwerkstoffen in der Fahrzeugtechnik bildet die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung die Möglichkeit, wirtschaftlich und effizient Befestigungsanordnungen an Leichtbauteilen insbesondere im Karosseriebau einzusetzen. Die heute vorwiegend im Prototypenbau und bei Kleinserien eingesetzten Materialien wie Carbon, Faserverbundwerkstoffe wie GFK od. dgl. werden künftig potentielle Anwendungsgebiete dieser Befestigungsanordnung bieten, da durch die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung die Herstellkosten gesenkt werden und die Prozesssicherheit erhöht wird.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung wird zweckmäßig das Gehäuse einstückig, vorzugsweise durch Spritzgießen gefertigt. In der anschließenden Vormontage erfolgt das Einsetzen des Gewindeeinsatzes. In einem weiteren Schritt wird das vormontierte Gehäuse mit Epoxidharz od. dgl. in das Leichtbauelement eingebettet, vorzugsweise eingeklebt. Dabei wird die Zone um das Gehäuse im Leichtbauelement praktisch inkompressibel, wobei die Auszugswerte des Gehäuses aus dem Leichtbauelement steigen und damit die Befestigungsanordnung stärker belastet werden kann. Die so erstellte Gewindebch- rung kann nun zum Eindrehen eines Schraubenelementes dienen, welches nach den spezifischen Anforderungen ausgelegt ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Befestigungsanordnung an einem Leichtbauelement;
Fig. 2 ein einstückig gefertigtes Gehäuse für eine Befestigungsanordnung an einem Leichtbauelement;
Fig. 3 ein einstückig gefertigtes Gehäuse mit eingebautem Gewindeeinsatz für eine Befestigungsanordnung an einem Leichtbauelement.
Fig. 1 stellt eine Befestigungsanordnung an einem Leichtbauelement 1 dar, die aus einem in das Leichtbauelement 1 eingebrachten Gehäuse 2 mit einer Bohrung oder Öffnung 3 mit einem Innengewinde 4 und einem Schraubenelement 5 besteht. Das Gehäuse 2 ist einstückig ausgebildet. In das Innengewinde 4 der Bohrung 3 ist ein als schraubenlinienförmig gewundener Draht ausgebildeter Gewindeeinsatz 6 formschlüssig eingebracht. Die Innenbegrenzung des Gewindeeinsatzes 6 bildet ein Innengewinde 14 zum Eindrehen des mit einem Außengewinde 7 versehenen Schraubenelementes 5. Das Gehäuse 2 lässt sich besonders einfach und wirtschaftlich fertigen, da es einstückig, das heißt ohne Einlegen eines weiteren Teils, z.B. durch Spritzgießen, hergestellt werden kann. Bei der Dimensionierung des Gehäuses 2 kann aufgrund der Vereinfachung im Innenbereich des Gehäuses 2 besser auf die Ausprägung am zylindrischen Außenbereich eingegangen werden. Diese Kontur kann nun optimaler an die Eigenschaften des Leichtbauelementes 1 angepasst werden. Dies führt zu einer noch optimaleren Verbindung zwischen dem Leichtbauelement 1 und dem Gehäuse 2. Das Gehäuse 2 weist eine niedrigere Festigkeit auf als der Gewindeeinsatz 6. Der Gewh- deeinsatz 6 muss die Kraftübertragung des Schraubenelementes 5 auf das Gehäuse 2 sicherstellen. Die Festigkeitseigenschaften des Gewindeeinsatz 6 liegen in vorteilhafter Ausgestaltung daher im Bereich des Schraubenelementes 5. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung des Gewindeeinsatzes 6 aus Draht, der wiederum aus Federstahl od. dgl. hergestellt ist. Durch die Federwirkung kann sich der Gewindeeinsatz 6 ideal an das Innengewinde 4 des Gehäuses 2 anpassen und gleichzeitig das Schraubenelement 5 umschließen. Das Gehäuse 2 weist eine niedrigere Festigkeit auf als das Schraubenelement 5. Um an einem Leichtbauelement 1 einen Befestigungspunkt anbringen zu können, wird das Leichtbauelement 1 an diesem Punkt durch das Einsetzen des Gehäuses 2 verstärkt. Dabei wird in erster Linie auf eine ideale Kraftübertragung zwischen dem Leichtbauelement 1 und dem Gehäuse 2 geachtet. Dazu werden der Umfang U und die Höhe H des Gehäuses 2 so ausgelegt, dass aufgrund der Dimensionierung der Scherfläche 10 Beanspruchungen erreicht werden können, die auch das Schraubenelement 5, der Gewindeeinsatz 5 und das Innengewinde 4 in dem Gehäuse 2 aushalten können. Dazu ist es wesentlich, ein Gehäuse 2 mit geringem Gewicht einsetzen zu können, da ansonsten die Gewichtseinsparung durch das Leichtbauelement 1 wieder verloren gehen würde. Die Festigkeit des Gehäuses 2 liegt entsprechend über der des Leichtbauelementes 1. Mit Hilfe des Gewindeeinsatzes 6 wird das Gehäuse 2 in dem Innengewinde 4 verstärkt, so dass in das Innengewinde 14 das Schraubenelement 5 eingedreht werden kann, das in der Lage ist, größere und verhältnismäßig schwerere Teile an dem Leichtbauelement 1 zu befestigen. Dazu muss das Schraubenelement 5 eine Festigkeit ausweisen, die neben den Belastungen durch das befestigte Gewicht auch möglichen Vibrationen und anderen Wechselwirkungen standhalten kann. Das Gehäuse 2 wird in ein Leichtbauelement 1 aus AI- Schaum, Leichtmetall oder dessen Legierungen, GFK, Sandwich-Panelen od. dgl. eingesetzt. Um möglichst gewichtssparende Leichtbauelemente 1 zu erreichen, wird angestrebt, dass diese Elemente meist so aufgebaut sind, dass zwischen zwei dünnen Außenschichten eine wabenförmige leichte Struktur aufgebaut wird, die im Zusammenwirken mit den Außenschichten eine starre Einheit ergeben. Die wabenförmige Struktur ist aber für einen Befestigungspunkt ungeeignet. Es muss daher an den Befestigungspunkten ein Gehäuse eingebaut werden, das ohne großes Gewicht den Einbau einer Befestigungsanordnung zulässt. Eine Befestigungsanordnung der erfh- dungsgemäßen Art eignet sich besonders für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie im Automobilbau und bei Schienenfahrzeugen od. dgl. Die Bestrebungen der Luftfahrt- und Fahrzeugindustrie, immer mehr Nutzlast zu erreichen und weniger Energie zu verbrauchen, führen dazu, dass Gewichtsoptimierungen entscheidende Wettbewerbsvorteile im Markt bieten. Während die Luft- und Raumfahrtindustrie bereits heute alle vertretbaren Gewichtsoptimierungen prüft und wenn möglich umsetzt, ist in den Bereichen Automobilbau, Schienenfahrzeuge od. dgl. noch ein großes Potential an Gewichtsreduktionen vorhanden, wie es auch die erfindungsgemäße Befestigungsan- Ordnung aufzeigt. Eine Befestigungsanordnung mit den erfindungsgemäßen Merkmalen kann besonders wirtschaftlich hergestellt werden, indem das Gehäuse 2 in dem Leichtbauelement 1 befestigt wird und in dessen Bohrung 3 ein Gewindeeinsatz 6 eingelegt wird, in dem wiederum ein Schraubenelement 5 formschlüssig befestigt wird. Dieses einfache Verfahren stellt sicher, dass effizient und schnell eine Befestigungsanordnung an dem Leitbauelement 1 angebracht werden kann, das hohen Ansprüchen gerecht wird. Durch den einfachen Herstellprozess erhöht sich auch die Prozesssicherheit und somit auch die Gesamtqualität der Befestigungsanordnung.
In einer Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 ist die Befestigungsanordnung in dem Leichtbauelement 1 mit einem Gehäuse 2 aus Kunststoff gebildet. Für die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung ist das zentrale Element das Gehäuse 2. Das Gehäuse 2 muss in der Lage sein, fest im Leichtbauelement 1 integriert zu sein und den Belastungen durch das Schraubenelement 5 stand zu halten. Kunststoffe erfüllen nicht nur die Anforderungen an ein geringes Gewicht des Gehäuses 2, sie können spezifisch auch technisch für die jeweilige Aufgabe der Befestigungsanordnung ausgelegt werden. Als Kunststoff wird besonders Polyesterimid (PEI), Polyestheretherketon (PEEK), Polythersulfon (PES), GFK, kohle- und glasfaserverstärkter Kunststoff, Composite- Material od. dgl. verwendet. Besonders für heikle Anwendungen wird vorgeschlagen, auf bereits bekannte Materialkombinationen zurück zu greifen, da die materialspezifischen Eigenschaften wie Kriechverhalten, Alterung, Wetterbeständigkeit usw. wesentlich für eine optimale Befestigungsanordnung sind. Als alternative Ausführungsvariante kann das Gehäuse 2 aus Holz od. dgl. bestehen. Die Holzstruktur kann dabei verklebt, gepresst oder roh sein. Verdichtete Ausführungen haben den Vorteil, weniger anfällig auf feuchtigkeitsbedingte Veränderungen zu reagieren und somit eine höhere Konstanz der Befestigungsanordnung zu erreichen, sind aber meist etwas schwerer. Die Verbindung zwischen dem Leichtbauelement 1 und dem Gehäuse 2 kann durch ein klebendes Material 8, das in die Poren der Holzstruktur, aber auch in die Hohlräume des Leichtbauelementes 1 eindringt und aushärtet, optimal ausgelegt werden. Die Bohrung 3 in dem Gehäuse 2 weist das Innengewinde 4 oder rillenförmige Konturen 9 auf. Während die rillenförmigen Konturen 9 bereits beim Spritzgießen einzubringen sind, ist die Herstellung des Innengewindes 4 auch nachträglich möglich. Auch die rillenförmigen Konturen 9 können und sollen bestmöglich auf den einzusetzenden Gewindeeh- satz 6 abgestimmt werden. Bei dem Gewindeeinsatz 6 können dabei auch für ein Gewinde untypische Konturen verwendet werden. Die verwendetete Gewinde- oder RiI- lenkontur muss aufgrund der notwendigen technischen Eigenschaften bestimmt und ausgelegt werden.
In einer weiteren Ausführungsvariante zeigt Fig. 3 eine Befestigungsanordnung in einem Leichtbauelement 1, dessen Gewindeeinsatz 6 ein selbstschneidendes Außengewinde aufweisen kann. In einer besonders einfachen Ausprägung wird das Gehäuse 2 mit einer Bohrung 3 versehen, die noch keine Gewinde- oder Rillenkontur aufweist. Damit ist es auch möglich, dass das Innengewinde 4 direkt und durch den einzubringenden Gewindeeinsatz 6 selbst geschnitten oder geformt wird. Die Gewindekontur wird so noch formschlüssiger erstellt und eine optimale Verbindung erreicht.

Claims

Patentansprüche
1. Befestigungsanordnung an einem Bauelement, insbesondere einem Leichtbauelement (1 ), mit einem in das Bauelement (1 ) einbringbaren Gehäuse (2), welches ein Innengewinde (14) aufweist, und mit einem mit Außengewinde (7) versehenen Schraubenelement (5), wobei das Gehäuse (2) einstückig ausgebildet ist und wobei in eine Bohrung (3) des Gehäuses (2) ein als schraubenlinienförmig gewundener Draht ausgebildeter Gewindeeinsatz (6) kraft- und/oder formschlüssig eingebracht ist, dessen Innenbegrenzung das Innengewinde (14) des Gehäuses (2) zum Eindrehen des Schraubenelementes (5) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Innengewinde (4) in der Wand der Bohrung (3) gebildet ist, in das der Gewindeeinsatz (6) eingebracht ist.
2. Befestigungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine niedrigere Festigkeit aufweist als der Gewindeeinsatz (6).
3. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine niedrigere Festigkeit aufweist als das Schraubenelement (5).
4. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) aus einem Kunststoff besteht.
5. Befestigungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoff Polyesterimid (PEI), Polyesteretherketon (PEEK), Polye- thersulfon (PES), GFK, kohle- und glasfaserverstärkter Kunststoff, Com- posit-Material od. dgl. verwendet wird.
6. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) aus Holz od. dgl. besteht.
7. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Innengewinde (4) durch rillenförmige Konturen (9) in der Wand der Bohrung (3) gebildet ist.
8. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeeinsatz (6) ein selbstschneidendes Außengewinde (7) zum Herstellen des weiteren Innengewindes (4) aufweist.
9. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) in ein Leichtbauelement (1 ) aus AI- Schaum, Leichtmetall oder dessen Legierungen, GFK, Sandwich-Panelen od. dgl. eingesetzt ist.
10. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsanordnung in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt wird.
11. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsanordnung im Bereich des Automobilbaus, der Schienenfahrzeuge od. dgl. eingesetzt wird.
12. Verfahren zur Herstellung einer Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei das Gehäuse (2) in das Bauelement (1 ) eingebracht wird, in die Bohrung (3) in dem Gehäuse (2) der Gewindeeinsatz (6) eingebracht wird und das Schraubenelement (5) in den Gewindeeinsatz (6) eingedreht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeeinsatz (6) bei dem Einbringen in die Bohrung (3) des Gehäuses (2) in ein in der Wand der Bohrung (3) gebildetes weiteres Innengewinde (4) eingebracht wird.
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