WO2012048686A1

WO2012048686A1 - Käfigmutter

Info

Publication number: WO2012048686A1
Application number: PCT/DE2011/050028
Authority: WO
Inventors: Thorsten Schraer
Original assignee: Ruia Global Fasteners AG
Current assignee: Ruia Global Fasteners AG
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2012-04-19
Anticipated expiration: 2013-02-28
Also published as: DE202010012019U1; JP2013536384A; CA2806627A1; BR112013002470A2; MX2013002346A; US20150345536A1; AU2011316249A1; EP2612041A1; CN103080570A; CA2883732A1; US9121431B2; KR20130057456A; US20130156526A1; DE112011104226A5

Abstract

Käfigmutter (10) zur Montage in einer nur von einer Seite aus zugänglichen, länglichen, vorzugsweise rechteckigen Öffnung (12), mit einem Mutternkörper (16) mit einem zylindrischen Innengewindeträger (20) mit einem Innengewinde (22) und einem daran angebrachten, Widerlagerteil (24) und einem den Mutternkörper (16) umgreifenden Käfig (18), bei der - der Widerlagerteil (24) an die Form der Öffnung (12) angepasst ist und eine etwas geringere Breite und eine etwas geringere Länge aufweist, als die Öffnung (12), wobei die Länge des Widerlagerteils (24) jedoch deutlich größer ist, als die Breite der Öffnung (12); - der Käfig (18) federnd ausgebildet ist, und dergestalt an die Form der Öffnung (12) angepasst ist, dass er in die Öffnung (12) eingeclipst werden kann; und - der Käfig (18) Anschlagelemente (38) trägt, die lediglich ein Verdrehen des Widerlagerteils (24) gegenüber dem Käfig (18) in Einschraubrichtung des Innengewindes (22) aus einer Montagestellung parallel zur Längsrichtung des Käfigs (18) in eine Haltestellung etwa senkrecht dazu erlauben.

Description

Käfigmutter

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Käfigmutter zur Montage in einer nur von einer Seite aus zugänglichen, länglichen, vorzugsweise rechteckigen Öffnung mit einem Mutternkörper mit einem zylindrischen Innengewindeträger mit einem Innengewinde und einem daran angebrachten Widerlagerteil und einem den Mutternkörper umgreifenden Käfig.

Stand der Technik

Für so genannte „Blind-Applikationen“, also Anwendungsfälle, bei denen der Montagepunkt nur von einer Seite zugänglich ist, wie beispielsweise große Bleche, Profilrohre, Karosserieteile oder ähnliche Blechteile, wurden bisher so genannte „Blindnietmuttern“ verwendet, um in solche Teile ein Mutterngewinde einzubringen. Diese Blindnietmuttern (auch als BNM bezeichnet) werden mit einem speziellen Verarbeitungswerkzeug gesetzt, indem man durch Verquetschen der Blindnietmuttern einen so genannten „Schließkopf“ erzeugt, welcher die Mutter fixiert. Da die entsprechenden Blindnietmuttern an sich sowie insbesondere der gebildete Schließkopf relativ weich sind, konnten Blindnietmuttern in der Vergangenheit nur benutzt werden, um leichte oder untergeordnete Bauteile zu befestigen. Die von der Firma Avdel entwickelte „hochfeste Blindnietmutter“ war die erste Blindnietmutter, die aufgrund ihrer höheren Gewindefestigkeit auch Strukturverbindungen mit höheren Vorspannkräften zuließ.

Selbst bei diesen hochfesten Blindnietmuttern zeigte sich relativ schnell das Problem, dass Schrauben mit einer Festigkeit von 10.9 oder höher, die bis in die Streckgrenze verschraubt werden sollen, so hohe Vorspannkräfte erzeugen, dass der Schließkopf anfängt, sich zu setzen beziehungsweise im Zuge der Schraubenmontage sich zu verformen. Im ungünstigsten Fall führte dies bis zum Abscheren des Schließkopfes, also der Zerstörung der Blindnietmutter, die dann ersetzt werden musste. In jedem Fall führte das nachträgliche Setzen/Verformen zu einer deutlich niedrigeren Vorspannkraft, im Vergleich zu den Vorgaben durch die definierte Drehmoment- und Drehwinkelverschraubung. Der zusätzliche Drehwinkel bewirkte nämlich ein Setzen/Verformen der BNM anstatt der gewünschten Erhöhung der Vorspannkraft. Aufgrund dieses Setzens oder Verformens hat die Industrie regelmäßig Probleme, auch mit hochfesten Blindnietmuttern die definierten Verschraubungskurven zu erreichen und so beispielsweise die ordnungsgemäße Montage von Zugstreben an Fahrzeugen zu überwachen.

Eine andere, aus dem Stand der Technik bekannte Möglichkeit, Blechteile mit Innengewinden zu versehen, sind so genannte Käfigmuttern. Für die Montage von Käfigmuttern war es aber im Stand der Technik erforderlich, dass entweder auch die Rückseite des Teils zugänglich ist, oder dass zusätzliche Hilfslöcher zum seitlichen Einführen der Käfigmutter benötigt werden, wie es bei den so genannten „C-Clipsen“ des Standes der Technik nötig ist. Eine solche, als Clips ausgeführte Käfigmutter ist beispielsweise aus der EP 703 021 B1 bekannt, die den zur vorliegenden Erfindung nächstgelegenen Stand der Technik bilden dürfte.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit zu schaffen, ein Innengewinde in eine nur einseitig zugängliche Öffnung eines Blechbauteils einzubringen, ohne dass zusätzliche Hilfsöffnungen (wie bei den C-Clipsen) nötig sind, und ohne die Vorspannkraftbeschränkungen der Blindnietmuttern des Standes der Technik.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch eine Käfigmutter gelöst, die sich zur Montage in einer nur von einer Seite der aus zugänglichen länglichen Öffnung eignet, indem diese Käfigmutter ein Widerlagerteil aufweist, welches an die Form der Öffnung angepasst ist, und eine etwas geringere Breite und eine geringe Länge aufweist, als die Öffnung, wobei die Länge des Widerlagerteils jedoch deutlich größer ist als die Breite der Öffnung, der Käfig federnd ausgebildet ist und dergestalt an die Form der Öffnung angepasst ist, dass er in die Öffnung eingeclipst werden kann, und der Käfig Anschlagelemente trägt, die lediglich ein Verdrehen des Widerlagerteils gegenüber dem Käfig in Einschraubrichtung des Innengewindes aus einer Montagestellung parallel zur Längsrichtung des Käfigs in eine Haltestellung etwa senkrecht dazu erlauben.

Vorzugsweise sind die Anschlagelemente dabei so ausgebildet, dass sie den Mutternkörper in Montagestellung im Käfig schwebend halten. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Mutternkörper auch beim Transport und bei der Verarbeitung sowie beim Einclipsen in der Montagestellung festgehalten ist.

Weiter ist es bevorzugt, das Innengewinde im von der Einschraubseite entfernten Bereich mit einer Gewindesicherung (Klemmung) zu versehen. Dadurch wird sichergestellt, dass der Mutternkörper auf jeden Fall rechtzeitig vor dem Abschluss des Einschraubvorganges aus der Montagestellung in die Haltestellung verdreht wird, da durch die Klemmung eine ausreichende Drehmomentübertragung zwischen der Schraube und dem Mutternkörper erzwungen wird, die das Verdrehen des Mutternkörpers um 90° herbeiführt.

Es ist dabei weiter bevorzugt, dass der Käfig so gestaltet ist, dass er eine Federkraft auf den Mutternkörper in Richtung auf die Öffnung hin ausübt. Auf diese Weise wird der Mutternkörper noch sicherer in der Montagestellung gehalten, sodass ein unbeabsichtigtes vorzeitiges Verdrehen während des Transportes oder des Einclipsens ausgeschlossen werden kann.

Eine besonders bevorzugte Konstruktion ergibt sich, wenn auf dem Mutternkörper eine ringförmige Widerlagerfläche für Federelemente des Käfigs angeordnet ist, und diese Widerlagerfläche dergestalt mit Nocken oder einem Wellenprofil versehen ist, dass die Nocken oder die erhabenen Abschnitte des Wellenprofils genau dann mit den Federelementen des Käfigs in Eingriff kommen, wenn der Mutternkörper seine schwebende Montagestellung im Käfig verlässt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Mutternkörper sicher aus der Montagestellung in die Haltestellung einrastet.

Eine weitere besonders bevorzugte Konstruktion ergibt sich, wenn die Anschlagelemente auf einem kreisringförmigen Widerlager aufliegen, welches in dem Mutternkörper koaxial zu dem Innengewinde auf der der Öffnung zugewandten Seite angeordnet ist, und dieses Widerlager Ausnehmungen zur Aufnahme der Anschlagelemente aufweist, die so angeordnet sind, dass die Anschlagelemente in Haltestellung darin aufgenommen sind. Auf diese Weise wird ausgeschlossen, dass der Mutternkörper bei der Montage über die Haltestellung hinaus wieder in eine neue Montagestellung verdreht werden kann.

Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der Übergang von dem Widerlager in die Ausnehmungen in Richtung des Verdrehens als Schräge ausgebildet ist. Durch diese Weise wird ein fließender Übergang in die Haltestellung sichergestellt und es können unterschiedliche Blechdicken kompensiert werden.

Dabei ist es weiter bevorzugt, dass der Übergang von den Ausnehmungen in das Widerlager als parallel zur Rotationsachse des Innengewindes verlaufende Anschlagfläche ausgebildet ist. Auf diese Weise kann ein „Überdrehen“ des Mutternkörpers in eine erneute Montagestellung sicher ausgeschlossen werden.

Eine weitere, besonders leicht zu fertigende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ergibt sich, wenn blindseitig von dem Käfig ein Kunststoffteil mit einer zentralen Öffnung auf den zylindrischen Innengewindeträger aufgesetzt wird, welches federnde Arme aufweist, die sich über eine blindseitige Fläche des Käfigs hinaus auf die Höhe des Widerlagerteils erstrecken und dieses in Montagestellung schwebend halten.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn das Kunststoffteil mit einem Kragen versehen ist, der sich in Richtung Blindseite erstreckt und den zylindrischen Innengewindeträger konzentrisch umschließt.

Schließlich ist es hierbei besonders bevorzugt, wenn die blindseitige Fläche des Käfigs und das Kunststoffteil ähnliche Abmaße wie das Widerlagerteil aufweisen und die Arme jeweils in Einschraubrichtung des Innengewindes diagonal in der Nähe der Ecken des Kunststoffteils angeordnet sind, während die Anschlagelemente jeweils den Armen gegenüber angeordnet sind.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Kurze Beschreibung der Abbildungen der Zeichnungen

Figur 1 eine erfindungsgemäße Käfigmutter in eine Öffnung in einem Blech eingebracht und bereits in Haltestellung;

Figur 2 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Käfigmutter der Figur 1 parallel in Montagestellung zur Rotationsachse des Innengewindes geschnitten;

Figur 3 die erfindungsgemäße Käfigmutter der Figur 1 in Montagestellung;

Figur 4 verschiedene abgewandelte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Käfigmutter;

Figur 5 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Mutternkörpers;

Figur 6 zeigt einen Schnitt durch die Rotationsachse des Innengewindes und parallel zu den langen Kanten des Mutternkörpers der Figur 5;

Figur 7 zeigt das Ausführungsbeispiel der Figur 5 von oben;

Figur 8 zeigt eine Schnittdarstellung des Ausführungsbeispieles der Figur 5 geschnitten durch die Rotationsachse des Innengewindes und parallel zu den kurzen Kanten des Mutternkörpers;

Figur 9 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des zu dem in Figur 5 dargestellten Mutternkörper gehörigen Käfigs;

Figur 10 zeigt eine Schnittdarstellung durch den Käfig der Figur 9 von der langen Seite aus gesehen;

Figur 11 zeigt den Käfig der Figur 9 von der kurzen Seite aus gesehen;

Figur 12 den Käfig der Figur 9 von oben;

Figur 13 die aus den Teilen gemäß Figur 9 und Figur 5 zusammengesetzte Käfigmutter als dreidimensionale Darstellung schräg von oben in Montagestellung;

Figur 14 die zusammengebaute Käfigmutter der Figur 13 von der langen Seite aus gesehen;

Figur 15 die zusammengesetzte Käfigmutter der Figur 13 von oben;

Figur 16 die zusammengesetzte Käfigmutter der Figur 13 von der kurzen Seite aus gesehen

Figur 17 eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Käfigmutter in Montagestellung in räumlicher Ansicht;

Figur 18 eine räumliche Explosionszeichnung der Käfigmutter der Figur 17 von unten;

Figur 19 eine räumliche Explosionszeichnung der Käfigmutter der Figur 17 schräg von oben;

Figur 20 die Käfigmutter der Figur 17 in Montagestellung von unten;

Figur 21 die Käfigmutter der Figur 17 in Montagestellung von der Seite, teilweise entlang der Rotationsachse des Innengewindes geschnitten;

Figur 22 die Käfigmutter der Figur 17 in Montagestellung von oben;

Figur 23 die in eine geeignete Öffnung montierte Käfigmutter der Figur 17 von der Seite; und

Figur 24 die Käfigmutter der Figur 17 in eine geeignete Öffnung montiert in Montagestellung von der Blindseite aus gesehen.

Weg(e) zur Ausführung der Erfindung

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Käfigmutter 10, die hier bereits in eine Öffnung 12 in einem Blech 14 eingesetzt ist, und sich bereits in Haltestellung befindet. Die entsprechende Schraube, die in der Mutter verschraubt ist, ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.

Die dargestellte erfindungsgemäße Käfigmutter 10 umfasst einen Mutternkörper 16, der von einem Käfig 18 umschlossen wird. Der Mutternkörper 16 umfasst einen zylindrischen Innengewindeträger 20 mit einem Innengewinde 22 und einem Widerlagerteil 24, der die Form eines an den Ecken abgeschrägten länglichen Rechtecks aufweist, und sich aus dem blechseitigen Ende des Innengewindeträgers 20 entwickelt. Der Käfig 18 besteht aus einem dünnen Blech aus Federstahl und weist eine länglich-rechteckige Grundplatte 26 auf, wobei die Form der Grundplatte 26 in etwa der Form des Widerlagerteils 24 entspricht und wobei die Abmaße der Öffnung 12 etwas größer gewählt sind, als die Abmaße des Widerlagerteils 24 beziehungsweise der Grundplatte 26.

Jeweils in der Mitte der beiden kurzen Seiten der Grundplatte 26 schließen sich zwei aufgebogene federnde Arme 28 an. Die Arme 28 sind dabei zuerst schräg nach außen vom Blech 14 weg und sodann leicht schräg nach innen vom Blech 14 weg abgebogen. Auf der Höhe des dem Blech 14 abgewandten Endes des Innengewindeträgers 20 übergreifen die Arme 28 den Innengewindeträger 20 teilweise.

An seinem dem Blech 14 abgewandten Ende weist der Innengewindeträger 20 eine ringförmige Widerlagerfläche 30 auf, die jeweils an den Stellen, an denen sie einer Seite des Widerlagerteils 24 am Nächsten kommt, mit Nocken 32 versehen sind, die nach oben aufgewölbt sind. Die Arme 28 des Käfigs 18 sind dabei mit entsprechenden Aufwölbungen 34 versehen, sodass diese mit den Nocken 32 verrasten können. Die Nocken 32 sind also in einem Abstand von jeweils 90° angeordnet. Sowohl in Montage- als auch in Haltestellung sind also jeweils 2 gegenüberliegende Nocken 32 von den Armen 28 abgedeckt.

Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Käfigmutter 10 der Figur 1 in Montagestellung und entlang der Rotationsachse des Innengewindes 22 geschnitten von der Blechseite her gesehen. Hier ist die Öffnung 36 für den Durchtritt einer Montageschraube deutlich erkennbar, die in der Grundplatte 26 des Käfigs 18 angeordnet ist. Gegenüber den Ansatzpunkten der Arme 28 sind am Rand der Öffnung 36 Anschlagelemente 38 ausgebildet, die ausgehend von der Grundplatte 26 des Käfigs 18 von der Blechseite weg senkrecht nach oben gebogen sind. In der hier dargestellten Montagestellung, wenn also die Längsrichtungen der Grundplatte 26 des Käfigs 18 und des Widerlagerelementes 24 des Mutternkörpers 16 übereinstimmen, laufen die Anschlagselemente 38 auf einer kreisringförmigen Führungsbahn 40, die sich koaxial um das Innengewinde 22 herum an dem blechseitigen Ende des Innengewindes 22 erstreckt. Gegenüber der blechseitigen Oberfläche 42 des Widerlagerteils 24 ist diese Führungsbahn von der Ebene des Bleches 14 weg versetzt angeordnet. Die Führungsbahn 40 ist dabei mit zwei Ausnehmungen 44 versehen, die die Anschlagelemente 38 aufnehmen, wenn sich die Käfigmutter 10 in Haltestellung befindet. Wegen der Schnittdarstellung ist hier nur eine Ausnehmung 44 dargestellt. Die nicht dargestellte weitere Ausnehmung ist punktsymmetrisch zur Rotationsachse des Innengewindes 22 ausgebildet.

Der Übergang von der Führungsbahn 40 in die Ausnehmung 44 ist dabei als Schräge 46 ausgebildet, sodass ein gleitender Übergang von der Montage- in die Haltestellung der Mutter 10 möglich ist. Der Übergang von der Ausnehmung 44 zurück in die Führungsbahn 40 ist dabei als parallel zur Rotationsachse des Innengewindes 22 verlaufende Anschlagfläche 48 ausgestaltet. Auf diese Weise wird ein „Überdrehen“ des Mutternkörpers 16 aus der Haltestellung zurück in die Montagestellung sicher verhindert. Des Weiteren kann die Anschlagfläche 48 so ausgebildet sein, dass sie die gesamte Führungsbahn unterbricht, und sich bis auf die blechseitige Oberfläche 42 des Widerlagerteils 24 erstreckt. Dadurch kann verhindert werden, dass während des Transporters oder der Montage die erfindungsgemäße Käfigmutter 10 entgegen der Einschraubrichtung aus der Montagestellung in die Haltestellung verdreht wird, bevor sie überhaupt montiert worden ist.

Figur 3 zeigt die erfindungsgemäße Käfigmutter 10 wieder aus der Blickrichtung der Figur 1, jedoch in Montagestellung. Der Vergleich der Figuren 1 und 3 erlaubt daher die Beschreibung des Montage- und Verschraubungsvorgangs im Einzelnen.

Die Käfigmutter 10 wird in dem in Figur 3 gezeigten Montagezustand angeliefert. In diesem Zustand sind die Längsseiten von Widerlagerteil 24 und Grundplatte 26 des Käfigs 18 parallel zueinander angeordnet. Dadurch ist der Mutternkörper durch die Anschlagelemente 38 schwebend über der Grundplatte 26 gehalten. Die in Figur 1 dargestellten kleinen Nocken 32 auf der ringförmigen Widerlagerfläche 30 befinden sich unter den entsprechenden Ausnehmungen 34 der Federarme 28. Dadurch ist der Mutternkörper 16 in dieser Stellung einigermaßen verdrehfest gehalten, sodass ein unbeabsichtigtes Verdrehen des Mutternkörpers 16 gegen den Käfig 18 während des Transportes oder der Montage weitgehend vermieden wird.

In Figur 2 ist gut zu erkennen, wie in dieser Stellung der Mutternkörper 16 durch die Anschlagelemente 38, die auf der Führungsbahn 40 aufgestützt sind, gegen die Federkraft der Federarme 28 des Käfigs 18 schwebend gehalten ist, das heißt, es besteht ein definierter Abstand zwischen der Grundplatte 26 des Käfigs 18 und der blechseitigen Oberfläche 42 des Widerlagerteils 24 des Mutternkörpers 16.

In diesem Zustand wird die erfindungsgemäße Käfigmutter 10 in eine geeignete Öffnung 12, beispielsweise in einem Blech 14 eingeclipst. Durch die Federkraft des Käfigs 18 wird die Käfigmutter 10 in der Öffnung 12 gehalten.

Sodann kann eine Schraube in das Innengewinde 22 eingeschraubt werden. Um eine sichere Umstellung von der Montage- in die Haltestellung der Mutter zu gewährleisten, ist das Innengewinde 22 im von der Einschraubseite entfernten Bereich mit einer Gewindesicherung (Klemmung) versehen.

Um sicherzustellen, dass der Mutternkörper 16 auch in der Haltestellung festgehalten ist, sind zusätzlich die in Figur 3 gut erkennbaren vergrößerten Haltenocken 32’ vorgesehen. Diese sind so ausgebildet, dass sie auch eine ausreichende Federvorspannung durch die Federarme 28 des Käfigs 18 auf den Mutternkörper 16 sicherstellen, wenn dieser nach Einsinken der Anschlagelemente 38 in die Ausnehmungen 44 auf das Blech 14 zu verschoben worden ist. Durch diese vergrößerten Nocken 32’ ist auch sichergestellt, dass der Mutternkörper 16 nicht über die Haltestellung hinaus wieder in eine erneute Montagestellung verdreht werden kann, da durch die Nachführung der Federvorspannung sichergestellt worden ist, dass die Anschlagelemente 38 an der Anschlagfläche 48 sicher anliegen.

Figur 4 zeigt weitere Ausführungsmöglichkeiten für erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Federarme 28 des Käfigs 18. Diese können entweder, wie bereits in den Figuren 1-3 dargestellt, an dem vom Blech 14 abgewandten Ende des Innengewindeträgers 20 angreifen, wobei die jeweiligen Angriffsflächen 30b, 30c entweder glatt oder mit einer Hinterschneidung 50 zur Sicherung der Federarme 28 ausgebildet sein kann.

Eine alternative Konstruktion zeigt die Abstützung der Federarme 28 auf dem Halteteil 24 des Mutternkörpers 16. Auch hier kann eine Hinterschneidung 52 zur besseren Halterung der Federarme 28 vorgesehen sein.

In den folgenden Figuren 5 bis 16 wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Käfigmutter in detaillierten Werkstattzeichnungen dargestellt.

Gleiche Bezugszeichen beziehen sich dabei auf die gleichen Elementen wie oben beschrieben.

Figur 5 zeigt eine dreidimensionale räumliche Darstellung des entsprechenden Mutternkörpers 16, wobei hier die kreuzweise Anordnung der Nocken 32 und 32’ sowie deren unterschiedliche Größe sehr gut erkennbar ist.

Figur 6 zeigt eine Schnittdarstellung des Mutternkörpers der Figur 5 geschnitten parallel zu der langen Seite des Mutternkörpers 16 durch die Rotationsachse des Innengewindes 22.

Hierbei ist die Ausnehmung 44 zur Verrastung der Anschlagelemente 38 in Haltestellung besonders deutlich zu erkennen.

Figur 7 zeigt den Mutternkörper 16 der Figur 5 von oben. Auch hier ist die kreuzweise Anordnung und die unterschiedliche Größe der Nocken 32 und 32’ wieder sehr deutlich zu erkennen.

Figur 8 zeigt eine Schnittdarstellung des Mutternkörpers 16 der Figur 5, geschnitten parallel zu der kurzen Seite des Mutternkörpers 16 durch die Rotationsachse des Innengewindes 22.

Figur 9 zeigt einen zu dem Ausführungsbeispiel des Mutternkörpers gemäß Figur 5 passenden Käfig 18 in dreidimensionaler Darstellung. Besonders gut ist hier die Ausbildung der Federarme 28 mit den Ausnehmungen 34 zur Verrastung der Haltenocken 32, 32’ und die Ausbildung der Anschlagelemente 38 zu erkennen.

Figur 10 zeigt den Käfig der Figur 9 von der langen Seite aus gesehen.

Figur 11 zeigt den Käfig 18 der Figur 5 von der kurzen Seite aus gesehen.

Figur 12 zeigt den Käfig 18 der Figur 9 von oben.

Figur 13 zeigt den Zusammenbau des Mutternkörpers 16 mit dem Käfig 18 zu der erfindungsgemäßen Käfigmutter 10 in dreidimensionaler Darstellung schräg von oben und in Montagestellung, also in der Form, wie die erfindungsgemäße Käfigmutter 10 angeliefert und in eine entsprechende Ausnehmung in einem Blech eingesetzt wird.

Figur 14 zeigt die erfindungsgemäße Käfigmutter 10 in zusammengebautem Zustand in Montagestellung von der langen Seite aus gesehen, besonders deutlich ist hier zu erkennen, wie der Mutternkörper 16 „schwebend“ zwischen den Anschlagelementen 38 und den in den Ausnehmungen 34 der Federarme 28 eingerasteten kleineren Nocken 32 gehalten ist. Hier ist auch sehr schön die wesentlich größere Ausführung der vergrößerten Nocken 32’ zu erkennen.

Figur 15 zeigt die erfindungsgemäße Käfigmutter 10 in zusammengebautem Zustand und Montagestellung von oben gesehen. Auch hier ist wieder Ausbildung und Anordnung der Nocken 32, 32’ gut zu erkennen.

Figur 16 zeigt die zusammengebaute erfindungsgemäße Käfigmutter 10 von der kurzen Seite aus gesehen ebenfalls in Montagestellung.

Erfindungsgemäß wird erstmals eine Käfigmutter speziell für den einseitigen Zugang geschaffen. Im Gegensatz zu Käfigmuttern gemäß dem Stand der Technik kann die erfindungsgemäße Käfigmutter direkt in ein rechteckiges Loch in einem Blech oder einem Rohrprofil eingesteckt werden. Es werden keine Hilfslöcher zum seitlichen Einführen des Käfigs benötigt, wie es bei den so genannten C-Clipsen des Standes der Technik nötig ist. Erfindungsgemäß wird erstmals der Käfig 18 selbst direkt in das Loch eingeclipst und automatisch über eine Hinterschneidung im Käfig fixiert. Der Mutternkörper 16 ruht auf zwei Anschlagelementen 38, die sich aus der Grundplatte 26 des Käfigs 18 entwickeln. Die zwei Federarme 28 haben zwei Aufgaben: Zum Einen die Erzeugung einer Federwirkung/Vorspannung, um das Einclipsen des Käfigs 18 in das rechteckige Loch 12 im Blech 14 zu ermöglichen, zum Anderen das Niederhalten/Niederdrücken des Mutternkörpers 16 mit einer Federkraft, so dass dieser auf den Anschlagelementen 38 aufliegt, auch wenn durch das Einstecken/Eindrücken einer Schraube für das Verschrauben eine entsprechende Gegenkraft erzeugt wird.

Das Innengewinde 22 des Mutternkörpers 16 ist vorteilhafterweise mit einer Gewindesicherung (Klemmung) in dem vom Blech abgewandten Bereich versehen, bis zu der die Schraube ohne größeren Widerstand von der Unterseite eingeschraubt werden kann. Sobald die Schraube gegen die Klemmung läuft, dreht sich der Mutternkörper 16 gegen den Käfig 18 und das Blech 14. Da der Mutternkörper 16 nur auf den beiden als Blechlaschen ausgebildeten Anschlagelementen 38 des Käfigs 18 sitzt, lässt sich der Mutternkörper leicht verdrehen. Nach einer Verdrehung um 90° rasten die beiden Anschlagelemente 38 in der rechteckigen Ausnehmung 44 unterhalb des Innengewindes 22 ein. Sobald die Anschlagelemente 38 in der Ausnehmung 44 einrasten, drückt die Federkraft der Federarme 28 den Mutternkörper 16 bis auf das Blech 14 nieder. Gleichzeitig wird eine weitere Rotation des Mutternkörpers 16 gestoppt, da die Anschlagelemente 38 in der Ausnehmung 44 gegen die Kante 48 laufen und dort verrasten beziehungsweise durch diese Kante 48 ein Weiterdrehen blockiert ist. Um sicherzustellen, dass selbst beim Absinken des Mutternkörpers 16 noch genügend Federkraft der Federarme 28 des Käfigs 18 auf den Mutternkörper 16 wirkt, kann der Mutternkörper 16 im oberen Bereich eine Art Nocken 32’ aufweisen, die den Höhenunterschied beim Absinken auf das Blech kompensieren. Nach dem Blockieren des Mutternkörpers 16 an den Anschlagelementen 38 kann die Schraube nun gegen die Klemmung/Sicherung eingeschraubt werden, bis das eingestellte Anziehdrehmoment erreicht wird. Da das Widerlagerteil 24 eine Auflagefläche aufweist, die so groß ist, dass die maximale Flächenpressung des Bleches 14, welches beispielsweise aus Aluminium bestehen kann, nicht überschritten wird, arbeitet die erfindungsgemäße Käfigmutter als normale Schrauben-Mutter-Verbindung, aber mit dem Vorteil einer einfachen Einclipsmontage auch bei nur einseitigem Zugang.

Die Figuren 17 bis 24 zeigen eine besonders ökonomisch zu fertigende Ausführungsform der erfindungsgemäßen Käfigmutter 110.

Figur 17 zeigt diese Käfigmutter 110 schräg von oben, das heißt von der Blindseite aus gesehen. Auch diese Ausführungsform der Käfigmutter weist einen Mutternkörper 116 auf, der von einem Käfig 118 umschlossen wird. Auch hier umfasst der Mutternkörper 116 einen zylindrischen Innengewindeträger 120 mit einem Innengewinde 122 und einem Widerlagerteil 124, der die Form eines an den Ecken abgerundeten länglichen Rechtecks aufweist, und der sich aus dem werkstückseitigen Ende des Innengewindeträgers 120 entwickelt. Der Käfig 118 besteht aus einem dünnen Blech aus Federstahl und weist eine länglich rechteckige Grundplatte 126 auf, wobei die Form der Grundplatte 126 in etwa der Form des Widerlagerteils 124 entspricht. An den beiden Schmalseiten der rechteckigen Grundplatte 126 schließen sich gebogene Federelemente 127 an, die sich in Richtung von der Blindseite weg erstrecken, einen leichten Rücksprung 129 und einen Endanschlag 131 aufweisen, mit denen der Käfig 118 in eine geeignete Öffnung entsprechender Größe in einem Werkstück eingeclipst werden kann.

Des weiteren sind an den Längsseiten der Grundplatte 126 je ein Anschlagelement 138 angebracht, welches sich ebenfalls von der Blindseite weg erstreckt. Die beiden Anschlagselemente 138 sind dabei diagonal einander gegenüberliegend und entgegen der Diagonale angebracht, in die sich der Mutternkörper 116 beim Einschrauben einer Schraube in das Innengewinde 122 bewegen würde. Im vorliegenden Fall ist die Ausführungsform für ein Rechtsgewinde als Innengewinde 122 dargestellt, bei einem Linksgewinde wäre die Ausführungsform spiegelbildlich.

Die Anschlagselemente 138 dienen sowohl dazu, dass der Mutternkörper 116 nicht in die falsche Richtung gedreht werden kann, beispielsweise wenn eine Schraube wieder herausgeschraubt werden soll, und als Anschlagselemente in Einschraubrichtung, so dass der Mutternkörper 116 beim Einschrauben einer Schraube etwa 90° gegenüber der Montagestellung an diesen Anschlagselementen 138 anschlägt und so stehen bleibt.

Auch bei dieser Ausführungsform sieht sich der Konstrukteur vor die Aufgabe gestellt, dass der Mutternkörper in Montagestellung „schwebend“ über der Ebene des Werkstücks gehalten werden muss. Dies wird in dieser Ausführungsform durch ein ebenfalls rechteckiges Kunststoffteil 160 bewirkt, welches in etwa die Abmessungen des Widerlagerteils 124 beziehungsweise der Grundplatte 126 des Käfigs 118 aufweist, wobei des in Längsrichtung kürzer ausgeführt sein kann. Dieses Kunststoffteil 160 ist direkt auf die blindseitige Oberfläche der Grundplatte 126 aufgesetzt. Damit dies möglich ist, weist es eine Durchtrittsöffnung auf, durch die der Innengewindeträger 120 hindurch tritt. Zur Verbesserung der Halterung des Kunststoffteils 160 an dem Innengewindeträger 120 kann sich ein koaxial zu dem Innengewindeträger 120 angeordneter Kragen 164 an dem Kunststoffteil 160 in Richtung der Blindseite erstrecken, wie hier dargestellt. Die Befestigung des Kunststoffteils 160 an dem Innengewindeträger 120 kann dabei entweder über eine Presspassung (durch die Elastizität des Kunststoffs des Kunststoffteils 160 vermittelt) des Innengewindes an der Durchtrittsöffnung 162 beziehungsweise zusätzlich an dem Kragen 164 erfolgen.

Hier dargestellt ist eine verstärkte Befestigung durch Verpressen, erkennbar sind die entsprechenden Verformungen 166 an dem Innengewindeträger 120, durch die ein Abrutschen des Kunststoffteils 160 von dem Innengewindeträger 120 ausgeschlossen ist. Um den Mutternkörper 116 halten zu können, ist das Kunststoffteil 160 mit Armen 168 versehen, die elastisch ausgebildet sind und die Grundplatte 126 ganz und den Widerlagerteil 124 teilweise umgreifen. Um die elastische Verformbarkeit der Arme 168 zu verbessern, können diese mittels eines keilförmigen Einschnitts 170 von dem Kunststoffteil 160 teilweise getrennt sein. Weiter kann in der Grundplatte 126 eine Ausnehmung 172 für jeden der Arme 168 vorgesehen sein.

Die Federelemente 127 an jeder der Längsseiten der Grundplatte 126 können, wie hier dargestellt, lediglich in der Nähe der Ecken der Grundplatte 126 ausgebildet sein und durch eine Ausnehmung 133 getrennt sein, je nach Größe der entsprechenden Käfigmutter und der gewünschten Federkraft für das Einclipsen kann jedoch auch ein durchgehendes Blech verwendet werden, welches sich über die gesamte Schmalseite ohne Ausnehmung erstreckt.

Die Ausführung der einzelnen Bestandteile Kunststoffteil 160, Käfig 118 und Mutternkörper 116 wird in den Explosionszeichnungen der Figuren 18 und 19 noch besser deutlich. Figur 18 zeigt die Explosionszeichnung schräg von unten, das heißt von der Einschraubseite her gesehen. Von unten nach oben ist der Mutternkörper 116 mit dem Innengewinde 122 und dem Innengewindeträger 120 gut zu erkennen. Von der hier dargestellten Seite kann nach der Montage eine passende Schraube in das Innengewinde 122 eingeschraubt werden. Sehr schön ist hier erkennbar, wie bei der hier dargestellten Ausführungsform nicht nur die Kanten der Grundplatte 124 abgerundet ausgeführt sind, sondern, wie hier auch um eine bessere Raumausnutzung im Käfig 118 zu erzielen, die Schmalseiten des rechteckigen Widerlagerteils 124 kreisbogenförmig abgerundet sind. Nach oben hin ist als nächstes der Käfig 118 dargestellt, in dieser Zeichnungsfigur sind die Ausnehmungen 172 für die Arme 168 und die Durchtrittsöffnung 174 durch die Grundplatte 126 des Käfigs 118 hervorragend erkennbar. Durch die kreisförmige Öffnung 174 erstreckt sich im montierten Zustand der Innengewindeträger 120 mit einem entsprechenden Spiel.

Noch weiter oben ist das Kunststoffteil 160 dargestellt, wobei hier die Öffnung 162 zur Aufnahme des Innengewindeträgers 120 und die Arme 168 mit den daneben angeordneten keilförmigen Ausnehmungen 170 besonders gut zu erkennen sind.

Figur 19 stellt die gleiche Explosionszeichnung dar, diesmal aber schräg von oben, das heißt schräg von der Blindseite aus gesehen. Auch hier sind von unten nach oben Mutternkörper 116, Käfig 118 und Kunststoffteil 160 dargestellt. Besonders gut ist hier ebenfalls die Öffnung 174 in der Grundplatte 126 des Käfigs 118 zum Durchtritt des Innengewindeträgers 120 sowie die Ausnehmung 172 für die Arme 168 des Kunststoffteils 160 zu erkennen. Bei der Darstellung des Kunststoffteils 160 ist in diesem Fall nur einer der Arme 168 mit der keilförmigen Ausnehmung 170 sowie der Kragen 164 zu erkennen. Auch hier ist die kreisbogenförmige Abrundung der Schmalseiten des Widerlagerteils 124 des Mutternkörpers 116 gut zu erkennen.

Figur 20 zeigt die bevorzugte Ausführungsform der Käfigmutter 110 von der Einschraubseite aus gesehen. Hier wird ebenfalls die kreisbogenförmige Abrundung der Schmalseiten des Widerlagerteils 124 des Mutternkörpers 116 gut sichtbar.

Figur 21 zeigt die weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Käfigmutter 110 von der Seite und teilweise geschnitten entlang der Rotationsachse des Innengewindes 122. Hier ist besonders gut erkennbar, wie die Grundplatte 126 des Käfigs 118 zwischen dem Kunststoffteil 160 und dem Widerlagerteil 124 des Mutternkörpers 116 aufgenommen ist, während der Kragen 164 des Kunststoffteils 160 einen Presssitz mit dem Innengewindeträger 120 bildet.

Figur 22 zeigt die weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Käfigmutter 110 von der Blindseite her. Hier sind besonders gut die Arme 168 und deren Ausnehmungen 170 zu erkennen.

Figur 23 zeigt schließlich, wie die weitere Ausführungsform der Käfigmutter 110 in eine entsprechende Öffnung 112 in einem Werkstück 114 eingesetzt ist. Hier ist besonders gut erkennbar, wie die Anschlagsenden 131 der Clipse 127 auf dem Werkstück zur Anlage kommen, während die Hinterschneidung 129 der Clipse 127 die Käfigmutter 110 in einer definierten Stellung halten. Ebenso ist gut zu erkennen, wie hier der Widerlagerteil 124 durch die Arme 168 und die Anschläge 138 schwebend über der Ebene des Werkstücks 114 gehalten ist.

Figur 24 zeigt die Darstellung der Figur 23 von der Blindseite her. Hier ist die für die Montage der Käfigmutter 110 vorzusehende Öffnung 112 in dem Werkstück 114 besonders gut zu erkennen.

Ausgehend von dem in den Figuren 23 und 24 dargestellten Montagezustand passiert beim Einschrauben einer Schraube in das Innengewinde 122 sodann Folgendes:

Durch die Verschraubung wird der Mutternkörper 116 einerseits auf die Ebene des Werkstücks 114 hingezogen, und andererseits einem Drehmoment ausgesetzt. Dadurch weichen die Arme 168 aus, der Mutternkörper verdreht sich um 90° in Einschraubrichtung, bis er mit seiner Längsseite an der schmalen Kante der Anschlagelemente 138 in Anlage kommt. Somit befindet sich der Mutternkörper 116 sodann in der Haltestellung, in der er mit einem großen Teil seiner Grundfläche auf dem Werkstück 114 außerhalb der Öffnung 112 aufliegt, und somit ein zuverlässiges Widerlager für die Verschraubung bildet, bei dem auch eine allzu hohe Belastung des Werkstücks 114 vermieden wird, da eine ausreichende Fläche zur Ableitung der Kräfte zur Verfügung steht.

Auch ein Lösen der Verschraubung ist wieder problemlos möglich, da dann der Mutternkörper, sobald die Verschraubungskräfte nachlassen, wieder in die Montagestellung zurückgedreht wird, bis er mit den Breitseiten der Anschlagelemente 138 wieder in Anlage kommt, wodurch sich die Käfigmutter wieder in der Montagestellung befindet. Die Arme 168 können wieder einschnappen und die Mutter könnte sogar wieder durch Zusammendrücken des Clipse 127 aus der Öffnung entfernt werden.

Die vorliegende Erfindung weist daher folgende Vorteile auf:

Die erfindungsgemäße Käfigmutter 10;110 kann direkt in ein gestanztes, rechteckiges Loch eingeclipst werden. Zu dieser Montage sind keine Werkzeuge oder Hilfsmittel nötig und die Montage ist auch einfach mit nur einer Hand möglich. Die erfindungsgemäße Käfigmutter kann nicht wie eine „C-Clip“-Mutter beim Einführen durch die Hilfsbohrung auf der Blindseite herunterfallen und damit „verschwinden“.

Die erfindungsgemäße Käfigmutter 10;110 kann durch entsprechende Gestaltung des Käfigs 18;118 für verschiedene Blechdicken verwendet werden. Weiter existiert eine glatte Auflagefläche für das zu montierende Bauteil, und nicht eine gewölbte Fläche wie bei der „C-Clip“-Mutter. Dadurch ergibt sich ein geringeres Setzen der Verbindung.

Das Verriegeln der erfindungsgemäßen Käfigmutter 10;110 erfolgt vorteilhafterweise automatisch durch das Einstecken und Einschrauben der Schraube.

Schließlich kann bei der vorliegenden Erfindung die Auflagefläche des Widerlagerteils 24;124 so groß gestaltet werden, damit auch Bleche aus Leichtmetall (zum Beispiel Aluminium) die Flächenpressung bei überelastischer Schraubenmontage ertragen.

Claims

Käfigmutter (10;110) zur Montage in einer nur von einer Seite aus zugänglichen, länglichen vorzugsweise rechteckigen Öffnung (12;112), mit einem Mutternkörper (16;116) mit einem zylindrischen Innengewindeträger (20;120) mit einem Innengewinde (22;122) und einem daran angebrachten, Widerlagerteil (24;124) und einem den Mutternkörper (16;116) umgreifenden Käfig (18;118), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s – der Widerlagerteil (24;124) an die Form der Öffnung (12;112) angepasst ist und eine etwas geringere Breite und eine etwas geringere Länge aufweist, als die Öffnung (12;112), wobei die Länge des Widerlagerteils (24;124) jedoch deutlich größer ist, als die Breite der Öffnung (12;112); – der Käfig (18;118) federnd ausgebildet ist, und dergestalt an die Form der Öffnung (12;112) angepasst ist, dass er in die Öffnung (12;112) eingeclipst werden kann und – der Käfig (18;118) Anschlagelemente (38;138) trägt, die lediglich ein Verdrehen des Widerlagerteils (24;124) gegenüber dem Käfig (18;118) in Einschraubrichtung des Innengewindes (22;122) aus einer Montagestellung parallel zur Längsrichtung des Käfigs (18;118) in eine Haltestellung etwa senkrecht dazu erlauben.
Käfigmutter (10) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h-n e t , d a s s die Anschlagelemente (38) so angebildet sind, dass sie den Mutternkörper (16) in Montagestellung im Käfig (18) schwebend halten.
Käfigmutter (10) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n-z e i c h n e t , d a s s das Innengewinde (22) im von der Einschraubseite entfernten Bereich mit einer Gewindesicherung (Klemmung) versehen ist.
Käfigmutter (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Käfig (18) so gestaltet ist, dass er eine Federkraft auf den Mutternkörper (16) in Richtung auf die Öffnung (12) hin ausübt.
Käfigmutter (10) nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s auf dem Mutternkörper (16) eine ringförmige Widerlagerfläche (30) für Federelemente (28) des Käfigs (18) angeordnet ist, und diese Widerlagerfläche dergestalt mit Nocken (32’) oder einem Wellenprofil versehen ist, dass die Nocken (32) oder die erhabenen Abschnitte des Wellenprofils genau dann mit den Federelementen (28) des Käfigs in Eingriff kommen, wenn der Mutternkörper (16) seine schwebende Montagestellung im Käfig (18) verlässt.
Käfigmutter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Anschlagelemente (38) auf einem kreisringförmigen Widerlager (40) aufliegen, welches in dem Mutternkörper (16) koaxial zu dem Innengewinde (22) auf der der Öffnung (12) zugewandeten Seite (42) angeordnet ist, und dieses Widerlager (40) Ausnehmungen (44) zur Aufnahme der Anschlagelemente (38) aufweist, die so angeordnet sind, dass die Anschlagelemente (38) in Haltestellung darin aufgenommen sind.
Käfigmutter nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Übergang von dem Widerlager (40) in die Ausnehmungen (44) in Richtung des Verdrehens als Schräge (46) ausgebildet ist.
Käfigmutter nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Übergang von den Ausnehmungen (44) in das Widerlager (40) als parallel zur Rotationsachse des Innengewindes (22) verlaufende Anschlagfläche (48) ausgebildet ist.
Käfigmutter (110) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s blindseitig von dem Käfig (118) ein Kunststoffteil (160) mit einer zentralen Öffnung (162) auf den zylindrischen Innengewindeträger (120) aufgesetzt ist, welches federnde Arme (168) aufweist, die sich über eine blindseitige Fläche des Käfigs (118) hinaus auf die Höhe des Widerlagerteils (124) erstrecken und dieses in Montagestellung schwebend halten.
Käfigmutter (110) nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Kunststoffteil (160) mit einem Kragen (164) versehen ist, der sich in Richtung Blindseite erstreckt und den zylindrischen Innengewindeträger (120) konzentrisch umschließt.
Käfigmutter (110) nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h- n e t , d a s s die blindseitige Fläche des Käfigs (118) und das Kunststoffteil (160) ähnliche Abmaße wie das Widerlagerteil (124) aufweisen, und die Arme (168) jeweils in Einschraubrichtung des Innengewindes (122) diagonal in der Nähe der Ecken des Kunststoffteils (160) angeordnet sind, während die Anschlagelemente (138) jeweils den Armen (168) gegenüber angeordnet sind.