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Befestigungselement mit mechanischer Drehmomentanzeige
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Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement, wie Schrauben, Dübel
und dergleichen mit mechanischer Drehmomentanzeige, mit Gegenlager am rückwärtigen
Ende des Befestigungselementes und damit in Wirkverbindung stehendem Angriffsteil
zum Aufbringen eines Drehmomentes.
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Der Haltewert von Befestigungselementen, wie Schrauben, Dübel und
dergleichen, hängt unter anderem von dem am Gegenlager des Befestigungselementes
beim Festlegen desselben aufgebrachten Drehmoment ab. Um eine ausreichende Belastbarkeit
des Befestigungselementes zu erzielen, muss somit ein entsprechendes vorbestimmtes
Moment aufgebracht werden.
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Es ist bekannt, zur Erzielung der ausreichenden Belastbarkeit des
Befestigungselementes das vorbestimmte Drehmoment mit Hilfe eines Drehmomentschlüssels
am zumeist als Mehrkantkopf ausgebildeten Gegenlager aufzubringen. Insbesondere
wenn die Befestigungselemente im rauen Baustellenbetrieb eingesetzt werden, erweisen
sich Drehmomentschlüssel als zu diffizile und aufwendige Werkzeuge, was sich primär
durch ungenaue Anzeigewerte auswirkt. Zudem ist als erheblicher Handhabungsnachteil
anzusehen, dass bei unterschiedlichen Dimensionen der Befestigungselemente auch
unterschiedliche Drehmomentwerte zu berücksichtigen sind.
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Ausgehend von dieser Problematik ist man neuerdings dazu übergegangen,
das Befestigungselement selbst mit einer mechanischen Drehmomentanzeige zu versehen.
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Bei einem bekannten schraubenartigen Befestigungselement trägt das
Gegenlager einen zentrisch abstehenden Zapfen, auf den ein scheibenförmiges Angriffsteil
mit mehrkantiger Aussenkontur aufgesetzt ist. Die in gegenseitigem Berührungskontakt
stehenden Stirnseiten von Gegen lager und Angriffs teil weisen zur Kupplung der
beiden Teile auf Drehung miteinander in Eingriff stehende Verzahnungen auf.
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Das Angriffsteil wird durch einen das Angriffs teil oberseitig überragenden
Kopf des Zapfens formschlüssig an das Gegen lager gehalten.
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Das mittels einem einfachen Werkzeug am Angriffsteil aufgebrachte
Drehmoment kann bis zu einem vorbestimmten Wert durch die Verzahnung auf das Gegenlager
bzw. den Schaft des Befestigungselementes übertragen werden. Hat das Drehmoment
den besagten Wert erreicht, so kommen die Verzahnungen ausser gegenseitigen Eingriff
und die dabei auftretende axiale Kraftkomponente führt zu einer axialen Verformung
des Ansatzes bzw. dessen Kopfes. Das Angriffsteil lässt sich nunmehr leer durchdrehen,
wodurch das Erreichen des vorbestimmten Drehmomentes angezeigt ist.
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Diese Ausbildung des Befestigungselementes hat sich als zu aufwendig,
störungsanfällig und hinsichtlich des Anzeigewertes des-Drehmomentes als ungenau
erwiesen.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine einfache und
präzise. Drehmomentanzeige für Befestigungselemente zu schaffen.
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Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Gegen lager
einen dessen rückwärtige Stirnfläche überragenden Gewindezapfen trägt, auf dem das
Angriffsteil angeordnet ist, und dass bei Erreichen eines vorbestimmten Drehmomentes
die Verbindung zwischen Angriffsteil und Gegenlager gelöst wird bzw. zwischen Angriffs
teil und Gewindezapfen eine axiale Verschiebung stattfindet.
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Für-die Funktionsweise der Drehmomentanzeige ist es massgebend, dass
der Gewindezapfen das Gegenlager zentrisch überragt und mit diesem drehfest verbunden
ist. In axialer Richtung kann der Gewindezapfen entweder frei verschieblich oder
unverschieblich am Gegenlager angeordnet sein.
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Das Angriffsteil ist vorteilhaft als kostengünstig erhältlicher Normteil,
beispielsweise in Form einer Sechskantmutter, ausgebildet. Das Gegenlager kann durch
den Kopf einer Normschraube bzw. Ankerstange eines Dübels gebildet sein. Um nach
erfolgtem Befestigungsvorgang und durch die Drehmomentanzeige sichtbar gemachtem
Erreichen des vorbestimmten Drehmomentes ein nachträgliches Manipulieren am Befestigungselement
unterbinden, kann das Gegenlager einfachheitshalber als Rundkopf ausgebildet sein,
sodass ein formschlüssiger Angriff eines Werkzeuges am Gegenlager nicht möglich
ist.
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Der Gewindezapfen erfährt durch sein zentrisches Anordnen am Gegen
lager bzw. Angriffsteil beim Aufbringen des Drehmomentes eine gleichmässige Beanspruchung.
Dadurch unterliegt die zum Lösen der Verbindung zwischen Angriffsteil und Gegenlager
erforderliche Kraft keiner nennenswerten Streuung, wobei das Vorhandensein nur eines
einzigen Kupplungsgliedes zwischen Angriffs teil und Gegenlager auch durch die material-
und formmässige Gestaltung des Gewindezapfens definierte Kraftübertragungsverhältnisse
gewährleistet.
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Mit Vorteil ist der Gewindezapfen über eine bei Erreichen des vorbestimmten
Drehmomentes ansprechende Sollbrucheinrichtung einstückig mit dem Gegenlager verbunden.
Die Sollbrucheinrichtung ist dabei zweckmässig am Uebergang vom Gewindezapfen zum
Gegen lager angeordnet und kann beispielsweise als scharfkantiger Uebergang oder
Einschnürung ausgebildet sein. Durch die entsprechende Gestaltung der Sollbrucheinrichtung
lässt sich das vom Angriffs teil auf das Gegenlager übertragbare Drehmoment präzise
vorbestimmen.
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Mit Vorteil steht der Gewindezapfen über eine bei Erreichen des vorbestimmten
Drehmomentes lösbare Verbindung mit dem Gegenlager in Kontakt. Der Gewindezapfen
kann dabei in eine zentrische Aufnahmeöffnung des Gegen lagers definiert eingepresst
oder eingeklebt sein. Ueber das Angriffs teil kann so ein Drehmoment auf das Gegenlager
zur Erzielung eines Haltewertes des Befestigungselementes übertragen werden.
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Die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Gewindezapfen und dem Gegenlager
ist so festgesetzt, dass bei Erreichen des ausreichenden Haltewertes des Befestigungselementes
die Festigkeit der Verbindung überschritten und dadurch der Gewindezapfen durch
das Angriffsteil aus dem Gegenlager gezogen wird. Sobald sich die Verbindung zwischen
Gewindezapfen und Gegenlager gelöst hat, lässt sich das Angriffsteil leicht drehen
und der zuvor bündig im Angriffs teil sitzende Gewindezapfen überragt alsdann das
Angriffs teil rückseitig. Somit ist angezeigt, dass der gewünschte.Haltewert erreicht
ist.
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Einem weiteren Vorschlag der Erfindung entsprechend, stützt sich der
Gewindezapfen über ein bei Erreichen des vorbestimmten Drehmomentes ansprechendes
Verformungsteil am Angriffsteii ab. Das Verformungsteil vermag das vom Angriffsteil
abgegebene Drehmoment zu übertragen, solange die Eigenfestigkeit des Verformungsteiles
nicht überschritten wird. Diese Festigkeitsmarke ist so gelegt, dass sie dem Wert
für die Erzielung des vorbestimmten Drehmomentes entspricht.
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Zweckmässig ist das Verformungsteil als ein am Angriffsteil angeordneter
Scherdeckel ausgebildet. In Ausgangsstellung des Angriffsmittels steht die rückwärtige
Stirnseite des Gewindezapfens am Scherdeckel auf und die vordere Stirnseite des
Angriffs teiles stützt sich am Gegenlager ab. Durch Drehen des Angriffsteiles in
Anzugsrichtung wird
der im Gegenlager drehfest verbundene Gewindezapfen
mit zunehmender Kraft gegen den Scherdeckel gedrückt. Solange der Scherdeckel den
Gewindezapfen abzustützen vermag, lässt sich vom Angriffs teil über den Gewindezapfen
ein Drehmoment auf das Gegenlager übertragen. Die Festigkeit des Scherdeckels ist
so ausgelegt, dass bei Erreichen des ordnungsgemässen Haltewertes des Befestigungselementes
der Scherdeckel dem vom Gewindezapfen auf ihn aufgegebenen Druck nicht mehr Stand
hält und dadurch ausbricht. Dadurch ist angezeigt, dass das vorbestimmte Drehmoment
erreicht wurde und das Befestigungselement ordnungsgemäss sitzt.
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Durch weiteres Drehen des Angriffsteiles kann der zweckmässig elastisch
und somit axial beweglich in das Gegenlager eingeklebte Gewindezapfen aus dem Gegenlager
gezogen werden, sodass sich das Angriffs teil und der Gewindezapfen vom Gegenlager
vollends entfernen lassen und dadurch eine saubere rückwärtige Stirnseite des Gegenlagers
freigelegt wird.
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Das Verformungsteil ist nach einem weiteren Vorschlag als ein zwischen
einem Bund am Gewindezapfen und dem Angriffsteil angeordnetes Ringelement ausgebildet.
Der Bund am Gewindezapfen wird einfachheitshalber zweckmässig durch einen im Gegenlager
drehschlüssig eingreifenden Kopf gebildet.
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Das Ringelement ist aus verdichtbarem Material geschaffen, das sich
bei Aufbringen einer vorbestimmten Kraft entweder elastisch verformt oder berstet.
Als Materialien eignen sich beispielsweise Gummi oder Keramik.
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Wird das zur Erzielung des Haltewertes vorbestimmte Drehmoment am
Angriffsteil überschritten, so verformt sich das Ringelement, wodurch der Gewindezapfen
durch weiteres Drehen des Angriffsteiles in diesem axial nach hinten verschoben
wird,
sodass er einerseits aus dem Gegenlager gelöst wird und andererseits rückseitig
aus dem Angriffsteil austritt.
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Es ist so der Abschluss des Befestigungsvorganges deutlich erkennbar.
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Mit Vorteil weist der Gewindezapfen ein der Drehrichtung zum Aufbringen
des Drehmomentes gegenläufiges Gewinde auf.
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Das Angriffsteil ist im vormontierten Zustand des Befestigungselementes
über den Gewindezapfen-gegenüber dem Gegenlager verkontert, wobei der Grad der Verkonterung
durch das zur Erzielung derselben zuvor aufgebrachte Drehmoment definiert ist. Wird
das Befestigungselement in Einsatz gebracht, so kann am Angriffsteil das zur Erzielung
des Haltewertes des Befestigungselementes vorbestimmte Drehmoment aufgebracht werden,
worauf sich die Verkonterung zwischen Angriffsteil und Gegenlager löst.
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Da die besagte Verkonterung jedoch mit einem Drehmoment erfolgte,
das jenem zur Erzielung des Haltewertes des Befestigungselementes erforderlichen
entspricht, ist durch das Lösen der Verkonterung der ordnungsgemässe Sitz des Befestigungselementes
angezeigt.
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In entkontertem Zustand des Angriffsteiles kann dieses zusammen mit
dem das Gegen lager überstehenden Teil des Gewindezapfens vom Gegenlager abgetrennt
werden, wobei zu diesem Zwecke der Gewindezapfen mit Vorteil eine entsprechende
Sollbruchstelle aufweist.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung weist der Gewindezapfen
zur Verdrehsicherung zwischen Gewindezapfen und Gegenlager einen in eine korrespondierende
Ausnehmung des Gegenlagers eingreifenden Mehrkant auf. Der Mehrkant kann sich dabei
sowohl im wesentlichen mit gleichem Durchmesser
an das Gewinde
anschliessen oder durch einen Kopf gebildet sein. In beiden Fällen handelt es sich
bei solchen Gewindezapfen um kostengünstig erhältliche Normteile.
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Die Erfindung soll nunmehr anhand einer sie beispielsweise wiedergebenden
Zeichnung näher erläutert werden und zwar zeigen Fig. la einen Dübel in ungespreizter
Stellung, Fig. lb den Dübel gemäss Fig. la in gespreizter Stellung, Fig. 2 bis 5
unterschiedliche Kopfausbildungen eines Befestigungselementes.
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Der in Figur la dargestellte, gesamthaft mit I.bezeichnete Dübel ist
in ein Bohrloch 2 eines Aufnahmematerials 3 eingesetzt. Der Dübel 1 dient dem Befestigen
eines plattenförmigen Gegenstandes 4 am Aufnahmematerial 3.
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Der Dübel 1 besteht im wesentlichen aus einer Spreizhülse 5, die von
einer Ankerstange 6, in Form einer Innensechskantschraube, durchsetzt ist. Vorderseitig
greift in die Spreizhülse 5 ein mittels der Ankerstange 6 in erstere zu deren radialen
Weitung einziehbarer Spreizkonus 7 ein. Um das Weiten der Spreizhülse 5 zu erleichtern,
sind im Spreizbereich ein oder mehrere Längsschlitze 5a vorgesehen.
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Rückseitig stützt sich der als Gegen lager dienende Kopf 6a der Ankerstange
6 über eine Beilegscheibe 8 am Gegenstand 4 ab. In den Innensechskant 6b ist eine
Schraube 9 mit ihrem Sechskant-Kopf 9a eingesetzt, sodass eine drehschlüssige Verbindung
zwischen der Schraube 9 und dem Kopf 6a besteht. Mit Vorteil ist der Sechskantkopf
9a stirnseitig mit dem Kopf 6a lösbar verklebt.
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Auf den Kopf 6a ist eine den Durchmesser des Kopfes 6a überragende
Scheibe 11 aufgesetzt, die mittels einer auf den Schaft 9b der Schraube 9 aufgedrehten
Gewindemutter 12 gegen den Kopf 6a und den Sechskantkopf 9a gehalten wird.
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Wird mittels eines entsprechenden Werkzeuges, z.B. einem Gabelschlüssel,
an der als Angriffsteil dienenden Gewindemutter 12 ein Drehmoment angelegt, so überträgt
die Schraube 9 die Drehbewegung auf die Ankerstange 6, die ihrerseits den Spreizkonus
7 in die Spreizhülse 5 einzieht, wodurch letztere radial geweitet und zur Verankerung
gegen die Wandung des Bohrloches 2 gedrückt wird. Die zunehmende Weitung der Spreizhülse
5 erfordert zunehmende Einziehkraft des Spreizkonus' 7 und somit Erhöhung des an
die Gewindemutter 12 abzugebenden und von dieser auf die Ankerstange 6 zu übertragenden
Drehmomentes. Die Schraube 9 ist so ausgebildet, dass deren Schaft 9b bricht, sobald
ein ausreichender Spreizwert des Dübels 1 erzielt ist. Die Scheibe 11 verhindert
während des Angriffs des Werkzeuges an der Gewindemutter 12 ein Uebergreifen des
Werkzeuges auf die Angriffsflächen des Kopfes 6a.
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Figur lb zeigt den Dübel 1 in verankerter Stellung, wobei der Schaft
9b der Schraube 9 gebrochen ist, sodass die Gewindemutter 12 und die Scheibe 11
vom Kopf 6a abfallen, wodurch die ordnungsgemässe Verankerung des Dübels 1 angezeigt
ist.
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In Figur 2 weist der Kopf 13 einesBefestigungselementes rückseitig
einen abstehenden Gewindezapfen 13a auf. Am Uebergang des Gewindezapfens 13a zum
Kopf 13 ist eine Eindrehung 13b vorgesehen, sodass die besagte Uebergangszone zu
einer Sollbrucheinrichtung 13c wird. Gegen eine Schulter 13d wird eine Scheibe 14,
die funktionell und ausbildungsmässig der Scheibe 11 entspricht, mittels einer Gewindemutter
15
gehalten. Die Sollbrucheinrichtung 13c ist konstruktiv so ausgelegt, dass sie jene
auf die Gewindemutter 15 abgegebenen Drehmomente zu übertragen vermag, die zur Erzielung
eines ordnungsgemässen Haltewertes des Befestigungselementes erforderlich sind.
Ist der vorbestimmte Haltewert erreicht, vermag der Gewindezapfen 13a das erhöhte
Drehmoment nicht mehr zu übertragen und bricht an der Sollbrucheinrichtung 13c ab,
woraufhin zur Signalisierung des abgeschlossenen Befestigungsvorganges die Gewindemutter
15 und die Scheibe 14 vom Kopf 13 abfallen.
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Die Kopfausbildung gemäss Figur 3 ist hinsichtlich der Gestaltung
des vorderseitigen Bereiches analog jener der Figuren la und lb. Auch hier handelt
es sich um einen Kopf 16 einer als Normteil erhältlichen Innensechskantschraube.
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In dem Kopf 16 ist wiederum eine Schraube 17 eingeklebt und drehschlüssig
gefasst. Der Schaft 17a trägt eine Mutter 18, deren Gewindebohrung rückseitig durch
einen Scherdeckel 18a abgedeckt ist. In der gezeigten vormontierten Stellung steht
der Scherdeckel 18a am Auslauf des Schaftes 17a auf, während sich die Mutter insgesamt
über eine funktionell der Scheibe 11 entsprechende Scheibe 19 gegen den Kopf 16
abstützt. Die Scheibe 19 weist eine gegenüber dem Kopf 17b der Schraube 17 im Durchmesser
grössere Durchbrechung 19a auf, an die sich auch in der Mutter 18 eine Vertiefung
18b gleichen Querschnitts anschliesst.
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Uebersteigt das an die Mutter 18 angelegte Drehmoment den vorbestimmten
Wert, so drückt der Schaft 17a den Scherdeckel 18a durch, sodass das Erreichen des
Haltewertes optisch klar erkenntlich ist. Durch weiteres Anziehen der Mutter 18
kann die Schraube 17 gesamthaft aus dem Kopf 16 gezogen werden, sodass sich die
Mutter 18, die Scheibe 19 und die Schraube 17 entfernen lassen.
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Die Figur 4 zeigt eine Innensechskantschraube mit rundem Kopf 21,
in den wiederum drehschlüssig eine Schraube 22 eingeklebt ist. Auf dem den Kopf
21 überragenden Schaft 22a ist eine Sechskantmutter 23 aufgeschraubt, die sich direkt
am Kopf 21 abstützt. In der gezeigten vormontierten Stellung liegt der Schaft 22a
bündig mit der rückwärtigen Stirnseite der Sechskantmutter 23. Die Sechskantmutter
23 trägt an der dem Kopf 21 zugewandten Stirnseite zentrisch eine gegenüber dem
Durchmesser des Kopfes 22b grössere Vertiefung 23a, in die ein als Ringelement ausgebildetes
Verformungsteil 24 eingelegt ist. Das Verformungsteil 24 ist konstruktiv so ausgelegt,
dass es sich erst dann verformt, wenn mit dem an die Sechskantmutter 23 angelegten
Drehmoment der erforderliche Haltewert des Befestigungselementes erzielt wurde.
Sobald sich das Verformungselement 24 zusammendrücken lässt, wird die Schraube 22
gegen die Sechskantmutter 23 gezogen, sodass das rückwärtige Ende des Schaftes 22a
über die rückwärtige Stirnfläche der Sechskantmutter 23 vorsteht. Dadurch ist das
Erreichen des Haltewertes des Befestigungselementes erkennbar Bei weiterem Andrehen
der Sechskantmutter 23 wird die Schraube 22 völlig aus dem Kopf 21 gezogen, sodass
die Sechskantmutter 23 zusammen mit der Schraube 22 und den Resten des Verformungsteiles
24 vom Kopf 21 abgenommen werden kann.
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In Figur 5 trägt das schraubenähnliche Befestigungselement 25 einen
runden Kopf 26 an den rückseitig ein Gewindezapfen 27 angeformt ist. Das am Schraubenschaft
28 vorgesehene Gewinde 28a ist gegenläufig zum Gewinde 27a des Gewindezapfens 27.
Auf dem Gewindezapfen 27 ist eine entsprechende Kontermutter 29 aufgeschraubt, die
im gezeigten, vormontierten Zustand mit einem vorbestimmten Drehmoment gegenüber
dem Kopf 26 verkontert ist. Die Verkonterung vermag
beim Befestigungsvorgang
des Befestigungselementes ein dem des zur Verkonterung aufgebrachten Drehmomentes
entsprechendes Drehmoment in umgekehrter Drehrichtung zu übertragen. Die Grösse
des Drehmomentes ist so gewählt, dass bei dessen Aufbringung ein ausreichender Haltewert
des Befestigungselementes 25 gewährleistet ist. Hat sich nach Aufbringen des zur
Befestigung erforderlichen Drehmomentes die Verkonterung gelöst, so ist durch die
freie Verdrehbarkeit der Kontermutter 29 auf dem Gewindezapfen 27 der erreichte
Haltewert signalisiert. Die Kontermutter 29 kann dann beispielsweise abgenommen
werden und der Gewindezapfen 27, begünstigt durch eine zweckmässigerweise angebrachte
Sollbruchstelle, vom Kopf 26 getrennt werden.