Vorrichtung zur Drehmomentbegrenzung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Drehmomentbegrenzung, insbesondere eine Abreissmutter oder Abreissschraube, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Abreissmuttern oder Abreissschrauben mit einem Kopfteil und einem Gewindeteil bekannt, die über eine Schweissverbindung miteinander verbunden sind. Beim Anbringen dieser Muttern bzw. Schrauben wird mittels eines Befestigungswerkzeugs ein Drehmoment auf das Kopfteil aufgebracht, wobei das Drehmoment zu Beginn des Befestigungsvorganges über die Schweissverbindung auf das Gewindeteil übertragen wird. Wird am Ende des Befestigungsvorganges ein vorgegebenes Grenzdrehmoment erreicht, so schert das Kopfteil an der Schweissverbindung vom Gewindeteil ab. Durch dieses Abscheren wird das maximal auf das Gewindeteil wirkende Drehmoment begrenzt.

Eine Abreissmutter geht beispielsweise aus der US 2002/076295 A1 hervor.

Abreissmuttern werden insbesondere zum Verbinden von Metallteilen eingesetzt. Bei der Verwendung solcher Muttern bei Betonankern hingegen können sich unter Umständen Zuverlässigkeitsprobleme einstellen. Insbesondere wurde beobachtet, dass die Abreissmutter bei der Verwendung an Betonankern vorzeitig abreissen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine besonders zuverlässige Vorrichtung zur begrenzten Übertragung eines Drehmomentes anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur drehentkoppelten Übertragung von Axialkräften vom Kopfteil auf das Gewindeteil vorgesehen sind.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Schwierigkeiten, welche bei der Verwendung von Abreissmuttern gemäss dem Stand der Technik an Betonankern beobachtet wurden, auf den Vorgang des Einhämmerns zurückzuführen sind, der beim Setzen von Betonankem häufig erforderlich ist. Beim Einhämmern wirken hohe Stosskräfte auf das Kopfteil. Bei den bekannten Abreissmuttern wirken diese Stosskräfte aber auch auf die Mittel zur Drehmomentübertragung. Daher können die Stosskräfte die Mittel zur Drehmomentübertragung beschädigen oder zumindest schwächen. Dies kann insbesondere zur Folge haben, dass die Mittel zur Drehmomentübertragung bereits vor Erreichen des Grenzdrehmomentes brechen, so dass eine korrekte Kontrolle der Vorspannung beim Anziehen des Ankers nicht mehr möglich ist.

Hier setzt die Erfindung an und sieht zusätzlich zu den Mitteln zur Drehmomentübertragung Mittel zur drehentkoppelten Übertragung von Axialkräften vom Kopfteil auf das Gewindeteil vor. Diese Mittel zur Übertragung von Axialkräften sind den Mitteln zur Drehmomentübertragung kräftemässig parallel geschaltet. Sie geben daher zumindest einen Teil der axial gerichteten Stosskräfte vom Kopfteil auf das Gewindeteil weiter und entlasten somit die Mittel zur Drehmomentübertragung in entsprechendem Masse. Die Mittel zur Übertragung von Axialkräften sind dabei zur drehentkoppelten Kraftübertragung vorgesehen, dass heisst im Gegensatz zu den Mitteln zur Drehmomentübertragung übertragen sie allenfalls einen Bruchteil des auf das Kopfteil wirkenden Drehmoments auf das Gewindeteil. Somit wirkt weiterhin praktisch das gesamte Drehmoment auf die Mittel zur Drehmomentübertragung, so das Grenzdrehmoment, an dem die Mittel zur Drehmomentübertragung brechen, weiterhin für die gesamte Vorrichtung gilt.

Erfindungsgemäss werden somit die Mittel zur Drehmomentübertragung vor Axialkräften geschützt, ohne dass die Drehmomentübertragungscharakteristik der Vorrichtung wesentlich geändert wird. Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann somit insbesondere auch bei Betonankern zum Einsatz kommen, bei denen zum Setzen häufig ein Einhämmern mit entsprechenden Axialkräften erforderlich ist.

Soweit hier von einer Axialrichtung sowie von Drehmomenten die Rede ist, können sich diese Angaben insbesondere auf dieselbe Richtung beziehen, d.h. das Drehmoment betrifft eine Drehung um eine in Axialrichtung verlaufende Achse. Insbesondere können sich das Drehmomerit und/oder die Axialrichtung auf eine Längs- und/oder Symmetrieachse der Vorrichtung beziehen.

Das Drehangriffsmittel kann zum Beispiel ein Aussen mehrkant, insbesondere ein Aussensechskant sein.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Mittel zur drehentkoppelten Übertragung von Axialkräften zumindest einen am Kopfteil angeordneten Axialanschlag für das Gewindeteil aufweisen. Ein solcher Axialanschlag kann Axialkräfte übertragen, sobald das Gewindeteil an ihm zur Anlage kommt. Insbesondere wenn es sich beim Gewindeteil um eine Schraubmutter handelt, kann der Axialanschlag eine ringförmige Anschlagfläche für das Gewindeteil aufweisen, wobei die ringförmige Anschlagfläche vorzugsweise koaxial zur Durchgangsöffnung der Mutter angeordnet ist.

Erfindungsgemäss kann vorgesehen sein, dass das Gewindeteil bereits im axial unbelasteten Zustand der Vorrichtung am Axialanschlag anliegt. In diesem Fall tragen die Mittel zur drehentkoppelten Übertragung von Axialkräften bereits zur Übertragung kleinster Axialkräfte bei. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Gewindeteil im axial unbelasteten Zustand vom Axialanschlag beabstandet ist. In diesem Fall ist eine besonders gute Drehentkopplung von Kopfteil und Gewindeteil gegeben, da zwischen Gewindeteil und Anschlag ein Spalt gegeben ist. Die Axialkraftübertragung findet in diesem Fall erst dann statt, wenn die Axialkräfte hinreichend hoch sind, um die Vorrichtung so weit zu deformieren, dass der Spalt zwischen Gewindeteil und Anschlag geschlossen wird.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Mittel zur Drehmomentübertragung zumindest einen Steg aufweisen, der das Kopfteil und das Gewindeteil verbindet. Ein solcher Steg kann eine Sollbruchstelle bilden, die bei Erreichen des Grenzdrehmomentes bricht. Vorzugsweise sind mehrere Stege vorgesehen, die insbesondere um die Längsachse der Vorrichtung herum angeordnet sein können. Im Hinblick auf die Kräftesymmetrie ist es vorteilhaft, dass die Stege äquidistant angeordnet sind.

Grundsätzlich kann können die Mittel zur Drehmomentübertragung durch jede Art der Verbindung zwischen Kopfteil und Gewindeteil gebildet sein. Insbesondere können die Mittel durch eine Schweissverbindung gebildet sein. Beispielsweise im Hinblick auf den konstruktiven Aufwand kann es vorteilhaft sein, dass die Mittel zur Drehmomentübertragung am Kopfteil radial weiter aussen als die Mittel zur drehentkoppelten Übertragung von Axialkräften angeordnet sind. Die Radialrichtung kann sich dabei insbesondere auf die Längsachse der Vorrichtung beziehen. Beispielsweise kann eine Anschlagfläche zur Übertragung von Axialkräften vorgesehen sein, die in der Draufsicht von Stegen zur Drehmomentübertragung umgeben ist.

Weiterhin ist es im Hinblick auf den konstruktiven Aufwand bevorzugt, dass die Vorrichtung ein, vorzugsweise kronenförmiges, Halteelement aufweist, welches das Kopfteil, die Mittel zur Drehmomentübertragung sowie eine Aufnahme für das Gewindeteil umfasst, wobei die Mittel zur Drehmomentübertragung das Kopfteil und die Aufnahme verbinden. Bei einer solchen Ausführungsform bilden das Kopfteil, die Mittel zur Drehmomentübertragung sowie die Aufnahme, die das Gewindeteil aufnehmen kann, zusammen eine Einheit, das sogenannte Halteelement. Die Vorrichtung kann somit in besonders einfacher Weise zweiteilig ausgebildet werden.

Besonders bevorzugt ist es, dass das Gewindeteil in der Aufnahme zumindest formschlüssig aufgenommen ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Aufnahme das Gewindeteil aber auch reibschlüssig oder/und stoffschlüssig aufnehmen. Beispielsweise kann die Aufnahme einen Innenmehrkant, insbesondere einen Innensechskant aufweisen, und das Gewindeteil einen korrespondierenden Aussenmehrkant, insbesondere Aussensechskant.

Zum Beispiel kann die erfindungsgemässe Vorrichtung als Abreissmutter ausgebildet sein. Demgemäss ist es bevorzugt, dass das Gewinde des Gewindeteils ein Innengewinde ist. Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann aber auch als Abreisschraube ausgebildet sein, wobei dann das Gewinde des Gewindeteils ein Aussengewinde ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die schematisch in den beiliegenden Figuren dargestellt sind. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Vorrichtung;

Fig. 2 eine Ansicht die Vorrichtung der Fig. 1 von oben; eine Querschnittsansicht A-A' gemäss Fig. 2 der Vorrichtung der Fig. 1 ;

Fig. 4 eine Ansicht die Vorrichtung der Fig. 1 von unten; und Fig. 5 eine Ansicht die Vorrichtung der Fig. 1 von unten, wobei im Gegensatz zu Fig. 4 das Gewindeteil nicht dargestellt ist.

Ein Ausführungsbeispiel einer als Abreissmutter ausgebildeten erfindungsgemässen Vorrichtung zur Drehmomentbegrenzung ist in den Figuren 1 bis 5 dargestellt.

Wie die Figuren zeigen, weist die Vorrichtung ein kronenförmiges Halteelement 1 auf, welches ein Kopfteil 10, eine fussseitige Aufnahme 60 sowie zumindest einen Steg 43 umfasst. Der zumindest eine Steg 43 verbindet das Kopfteil 10 und die Aufnahme 60 und bildet dabei Mittel 40 zur Drehmomentübertragung. Das Kopfteil 10, der zumindest eine Steg 43 sowie die Aufnahme 60 können insbesondere einstückig ausgebildet sein und/oder ein Metallmaterial aufweisen.

Wie insbesondere die Figuren 1 , 3, 4 und 5 zeigen, ist in der Aufnahme 60 eine Aufnahmeöffnung 63 ausgebildet, in der bei zusammengefügter Vorrichtung ein als Sechskantmutter ausgebildetes Gewindeteil 30 mit einem als Innengewinde ausgebildeten Gewinde 32 formschlüssig aufgenommen ist. Zur formschlüssigen Drehmomentübertragung von der Aufnahme 60 auf das Gewindeteil 30 weist die Aufnahmeöffnung 63 einen Innensechskant auf, der mit einem Aussensechskant des als Sechskantmutter ausgebildeten Gewindeteils 30 korrespondiert. Anstelle eine Sechskants kann auch eine andere Mehrkantstruktur vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine kraftschlüssige Verbindung vorhanden sein.

Wie insbesondere Figur 2 zeigt, weist das Kopfteil 10 ein als Aussensechskant ausgebildetes Drehangriffsmittel 12 auf, mittels dem ein Drehmoment von einem nicht dargestellten Setzwerkzeug formschlüssig auf das Kopfteil 10 übertragbar ist. Wie insbesondere Figur 2 weiter zeigt, sind zwischen Kopfteil 10 und Aufnahme 60 mehrere Stege 43 zur Drehmomentübertragung vom Kopfteil 10 auf die Aufnahme 60 und somit auf das Gewindeteil 30 vorgesehen, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel auf jede Kante des Drehangriffsmittels 12 ein Steg 43 entfällt. Somit sind im dargestellten Beispiel insgesamt sechs Stege 43 vorhanden.

Das Gewindeteil 30 und das Kopfteil 10 sind koaxial angeordnet und definieren eine gemeinsame Längsachse 5 der Vorrichtung. Das Kopfteil 10 weist eine Durchgangsbohrung 15 auf, die mit der Gewindebohrung 35 des Gewindeteils 30 fluchtet, so dass die Vorrichtung in Längsrichtung gesehen (vgl. Fig. 2) durchgängig ist.

Wie insbesondere in Figur 3 erkennbar ist, weist das Kopfteil 10 einen ringförmigen Axialanschlag 51 auf, der eine Axialbewegung des in der Aufnahmeöffnung 63 aufgenommenen Gewindeteils 30 relativ zum Kopfteil 10 begrenzt. Der Axialanschlag 51 bildet Mittel 50 zur drehentkoppelten Übertragung von Axialkräften vom Kopfteil 10 auf das Gewindeteil 30.

Beim Betrieb wird mittels eines Setzwerkzeuges über das Drehangriffsmittel 12 ein Drehmoment auf das Kopfteil 10 ausgeübt. Dieses Drehmoment wird über die Stege 43 auf die Aufnahme 60 und von der Aufnahme 60 wiederum auf das Gewindeteil 30 übertragen. Die als Axialanschlag 51 ausgebildeten Mittel 50 zur drehentkoppelten Axialkraftübertragung nehmen an der Drehmomentübertragung hingegen nicht nennenswert teil.

Wirken während des Betriebes Axialkräfte, d.h. Kräfte mit einer Komponente in Richtung der Längsachse 5, auf das Kopfteil 10, beispielsweise aufgrund von Hammerschlägen auf das Kopfteil 10, so werden diese Axialkräfte vorrangig über den Axialanschlag 51 , d.h. die Mittel 50 zur drehentkoppelten Axialkraftübertragung, an das Gewindeteil 30 übertragen. Die Stege 43 nehmen hingegen an der Kraftübertragung allenfalls unwesentlich, bedingt durch Reibungskräfte an der Innenwand der Aufnahmeöffnung 63, teil. Die Stege 43 und somit die Mittel 40 zur Drehmomentübertragung werden folglich erfindungsgemäss durch Axialkräfte nicht wesentlich beeinträchtigt.

Erreicht das am Kopfteil 10 aufgebrachte Drehmoment ein vorbestimmtes Grenzdrehmoment, so reissen die Stege 43, mit der Folge, dass das Kopfteil 10 von der Aufnahme 60 abgetrennt wird und keine weitere Drehmomentübertragung mehr auf das Gewindeteil 30 stattfindet. Die Vorrichtung wirkt daher als drehmomentbegrenzende Abreissmutter.