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Die Erfindung betrifft eine Buchse zum Einsetzen in ein Werkstück, ein Befestigungselement mit einer erfindungsgemäßen Buchse und einer Gewindefurchschraube sowie ein Verfahren zum Anordnen eines erfindungsgemäßen Befestigungselements an bzw. in einem Werkstück.
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Mit der Erfindung soll eine Buchse, ein Befestigungselement und ein Verfahren zum Anordnen eines Befestigungselements hinsichtlich der erzielbaren Auszugskräfte und hinsichtlich einer einfachen Anwendung verbessert werden.
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Erfindungsgemäß ist hierzu eine Buchse zum Einsetzen in ein Werkstück vorgesehen, wobei die Buchse für das Einschrauben einer Schraube vorgesehen ist, wobei die Buchse an ihrem Außenumfang mit Vorsprüngen zur Verankerung in dem Werkstück versehen ist, wobei die Buchse eine Innenbohrung mit geschlossenem Umfang und einen Außenumfang aufweist, wobei der Außenumfang in Längsrichtung der Buchse gesehen in wenigstens einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt unterteilt ist, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt jeweils mit in radialer Richtung vorragenden Vorsprüngen versehen sind, wobei die Vorsprünge des ersten Abschnitts und die Vorsprünge des zweiten Abschnitts sich in Längsrichtung der Buchse gesehen wenigstens teilweise in unterschiedliche Richtungen erstrecken und wobei die Innenbohrung zum Einfurchen eines Gewindes mittels einer Gewindefurchschraube ausgebildet ist.
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Durch Aufteilen des Außenumfangs der Buchse in zwei Abschnitte, wobei sich eine Ausrichtung der Vorsprünge der Abschnitte unterscheidet, und durch Ausbildung der Innenbohrung zum Einfurchen eines Gewindes mittels einer Gewindefurchschraube lassen sich eine überraschend einfache Verarbeitung der Buchse und vor allem gegenüber konventionellen Buchsen erheblich verbesserte Verdrehsicherungskräfte und Auszugskräfte erzielen. Durch das Einfurchen eines Gewindes mittels einer Gewindefurchschraube kann eine Spreizung der Buchse über wenigstens einen Teil ihrer Länge erzielt werden. Dadurch lässt sich auf einfache Weise erreichen, dass die Buchse besonders fest in dem Werkstück angeordnet ist und insbesondere erheblichen Auszugskräften widersteht. Gerade bei der Anordnung von Buchsen in Kunststoffen ist dies von erheblichem Vorteil. Das Aufweiten der Buchse geschieht dabei gleichzeitig mit dem Einfurchen eines Gewindes. Alternativ kann das Aufweiten auch durch einen gewindefreien Konus am freien Ende der Gewindefurchschraube erfolgen. Die feste Verankerung der Buchse in dem Werkstück und das Einbringen eines Innengewindes in die Buchse erfolgt damit gleichzeitig. Zweckmäßigerweise kann die Gewindefurchschraube gleichzeitig zum Befestigen eines Bauelements an dem Werkstück mit der Buchse verwendet werden. Die Gewindefurchschraube kann mehrfach ein- und ausgedreht werden, ohne das einmal eingefurchte Gewinde zu beschädigen.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die Vorsprünge im ersten Abschnitt zur Verhinderung einer Drehung der Buchse im Werkstück um die Längsachse der Buchse ausgebildet.
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Die Vorsprünge im ersten Abschnitt sind dadurch in einer Vorzugsrichtung angeordnet, die eine Drehung der Buchse um die Längsachse verhindert. Dadurch kann gegenüber konventionellen Buchsen, die auf ihrem Außenumfang mit Vorsprüngen versehen sind, die gleichzeitig ein Ausziehen der Buchse und eine Verdrehung der Buchse verhindern, eine wesentlich verbesserte Drehsicherung erreicht werden.
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Vorteilhafterweise verlaufen die Vorsprünge im ersten Abschnitt parallel oder schräg zur Längsrichtung der Buchse.
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Auf diese Weise lässt sich eine besonders gute Verdrehsicherung der Buchse erzielen.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die Vorsprünge im zweiten Abschnitt zum Verhindern einer Verschiebung der Buchse im Werkstück in und entgegen der Längsrichtung der Buchse ausgebildet.
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Auf diese Weise können die Vorsprünge im zweiten Abschnitt speziell zum Verhindern des Ausziehens der Buchse ausgebildet und angeordnet werden. Auch hier lässt sich gegenüber konventionellen Buchsen mit in alle Richtungen wirkenden Vorsprüngen eine wesentliche Verbesserung der maximal erzielbaren Auszugskraft erreichen.
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Vorteilhafterweise verlaufen die Vorsprünge im zweiten Abschnitt senkrecht oder schräg zur Längsrichtung.
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Die Vorsprünge im zweiten Abschnitt setzen somit einer Verdrehung der Buchse nur einen sehr geringen Widerstand entgegen, sorgen aber dafür, dass sehr hohe Auszugskräfte der Buchse erreicht werden. Die Vorsprünge können beispielsweise auch in Form eines Gewindes auf dem zweiten Abschnitt ausgebildet sein. Die Anordnung der Vorsprünge im zweiten Abschnitt wird dabei auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt. Beispielsweise können sogar Kreuzrändel eingesetzt werden, so dass sich die Vorsprünge im zweiten Abschnitt also kreuzen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist ein Außendurchmesser des ersten Abschnitts größer als ein Außendurchmesser des zweiten Abschnitts.
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Eine solche Ausbildung der erfindungsgemäßen Buchse ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Buchse in eine Bohrung im Werkstück eingepresst wird. Der zweite Abschnitt, auf dem die Vorsprünge zum Verhindern einer Verschiebung der Buchse im Werkstück in und entgegen der Längsrichtung der Buchse vorhanden sind, kann dadurch mit vergleichsweise geringer Einpresskraft eingedrückt werden. Die Vorsprünge des ersten Abschnitts verlaufen ja dahingegen vorzugsweise parallel zur Längsrichtung der Buchse und können dadurch auch mit dem größeren Außendurchmesser des ersten Abschnitts noch in die Bohrung des Werkstücks eingepresst werden, ohne dass eine Beschädigung des Werkstoffs des Werkstücks zu befürchten ist. Beim Einpressen der Buchse verankern sich die in Längsrichtung oder im Wesentlichen in Längsrichtung verlaufenden Vorsprünge des ersten Abschnitts im Werkstoff des Werkstücks. Die Vorsprünge des zweiten Abschnitts verankern sich dann beim Einfurchen eines Gewindes in die Buchse im Werkstoff, da die Buchse ja wenigstens im Bereich ihres zweiten Abschnitts beim Einfurchen eines Gewindes aufgeweitet wird.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der zweite Abschnitt wenigstens abschnittsweise mit einer geringeren Wandstärke als der erste Abschnitt ausgebildet.
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Auf diese Weise vergrößert der zweite Abschnitt beim Einfurchen eines Gewindes mittels der Gewindefurchschraube seinen Außendurchmesser wenigstens abschnittsweise. Durch Verringerung der Wandstärke des zweiten Abschnitts kann die Aufweitung der Buchse beim Einfurchen eines Gewindes kontrolliert und insbesondere beschränkt auf den zweiten Abschnitt erfolgen. Eine abschnittsweise Verringerung der Wandstärke kann beispielsweise mittels Nuten erfolgen. Die Innenbohrung hat aber immer einen geschlossenen Umfang, um das Einfurchen eines Gewindes zu ermöglichen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der zweite Abschnitt an seinem Außenumfang mit parallel oder schräg zur Längsrichtung der Buchse verlaufenden Nuten versehen.
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Mittels solcher Nuten lässt sich eine abschnittsweise Verringerung der Wandstärke in besonders einfacher und definierter Weise erzielen. Die Nuten sind dabei ausgehend vom Außenumfang der Buchse angeordnet. In der Innenbohrung der Buchse ist dahingegen eine geschlossene Oberfläche vorteilhaft, um ein Gewinde einfurchen zu können.
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In Weiterbildung der Erfindung besteht die Buchse aus Metall, insbesondere Messing, Stahl, Kupfer oder Aluminium. Buchsen aus Metall sind in besonderer Weise für das Einfurchen eines Gewindes geeignet. Beispielsweise werden Metallbuchsen in Kunststoffteile eingesetzt, um Anbauteile an einem Kunststoffwerkstück befestigen zu können und um die Anbauteile auch mehrfach an- und abschrauben zu können.
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Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird auch durch ein Befestigungselement mit einer erfindungsgemäßen Buchse und einer Gewindefurchschraube zum Einfurchen eines Gewindes in die Innenbohrung der Buchse gelöst. Gewindefurchschrauben sind beispielsweise aus der europäischen Patentschrift
EP 2 310 697 B1 bekannt. Ein wesentlicher Vorteil von Gewindefurchschrauben ist, dass das Gewinde spanlos eingeformt wird. Es ist dadurch nicht erforderlich, das Werkstück bzw. die Gewindebuchse nach dem Einfurchen des Gewindes noch intensiv zu reinigen. Vielmehr kann das Werkstück mit der dann eingesetzten Buchse direkt weiter verwendet werden. Die Gewindefurchschraube kann in ihrem Formabschnitt, der das dem Kopf der Schraube gegenüberliegende Ende der Schraube bildet, beispielsweise kegelig oder ballig ausgebildet sein. Der Schaft der Schraube, insbesondere der Furchabschnitt, kann vorteilhafterweise einen trilobularen Querschnitt oder auch einen polygonalen Querschnitt mit abgerundeten Ecken aufweisen. Damit in die Buchse ein Gewinde eingefurcht werden kann, hat die Innenbohrung der Buchse wenigstens abschnittsweise einen kleineren Durchmesser als der Außendurchmesser der Gewindefurchschraube.
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Die Erfindung betrifft somit auch ein System bestehend aus einer gewindefurchenden Metallschraube in Verbindung mit einer Buchse, insbesondere einer Metallbuchse, in die die Gewindefurchschraube eingedreht wird. Die Buchse weist durchgehend oder wenigstens abschnittsweise einen geringeren Innendurchmesser auf als der Außendurchmesser der Gewindefurchschraube, insbesondere als der Flanken- und/oder Rolldurchmesser der Gewindefurchschraube. Speziell muss der Außendurchmesser der Schraube wenigstens in Abschnitten des Furchabschnitts der Gewindefurchschraube größer sein als ein Innendurchmesser der Buchse in dem Bereich, in dem die Buchse aufgeweitet werden soll. Dadurch wird eine Materialüberdeckung von mehr als 100% zwischen Gewindefurchschraube und Buchse erreicht und beim Einfurchen des Gewindes wird die Buchse wenigstens abschnittsweise aufgeweitet. Diese Aufweitung sorgt im Zusammenspiel mit den in radialer Richtung vorragenden Vorsprüngen auf dem Außenumfang der Buchse für die radiale und axiale Verkeilung der Buchse im Werkstück. Längsnuten im zweiten Abschnitt der Buchse dienen zur exakten Justierung des Systems hinsichtlich der erforderlichen Einschraubmomente der Gewindefurchschraube und den erzielten Haltekräften im Werkstück.
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Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird auch durch ein Verfahren zum Anordnen eines erfindungsgemäßen Befestigungselements mit einer Buchse und einer Gewindefurchschraube an einem Werkstück gelöst, bei dem das Einsetzen der Buchse in das Werkstück und das Einschrauben der Gewindefurchschraube in die Innenbohrung der Buchse mit gleichzeitigem Aufweiten des Außenumfangs des zweiten Abschnitts der Buchse beim Einfurchen des Gewindes vorgesehen sind.
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Mittels lediglich zweier Arbeitsgänge, nämlich dem Einsetzen der Buchse in das Werkstück und dem nachfolgenden Einschrauben der Gewindefurchschraube in die Innenbohrung der Buchse kann die Buchse somit zuverlässig und sicher in dem Werkstück verankert werden. Wie bereits ausgeführt wurde, erfolgt das Einfurchen des Gewindes spanlos, so dass das Werkstück unmittelbar nach dem Einfurchen des Gewindes weiterverwendet werden kann und keine spezielle Reinigung mehr erforderlich ist.
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In Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Einsetzen der Buche in das Werkstück mittels Einbetten, insbesondere Umspritzen, bei der Herstellung des Werkstücks.
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Bei Kunststoffspritzgussteilen können Gewindebuchsen, so auch die erfindungsgemäße Buchse, während des Spritzvorgangs in das Material des Werkstücks eingebettet werden. Die erfindungsgemäße Buchse kann dabei gegenüber konventionellen Buchsen besonders sicher verankert werden, da durch das Einfurchen eines Gewindes in die Innenbohrung der Buchse noch eine Aufweitung der Buchse erfolgt. Eine Auszugsicherung der Buchse und gegebenenfalls eine Verdrehsicherung der Buchse erfolgt also einerseits durch das Umspritzen bei der Herstellung und andererseits auch noch durch das Aufweiten der Buchse während des Einfurchens des Gewindes.
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In Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Einsetzen der Buchse in das Werkstück mittels Einpressen der Buchse in eine Bohrung im Werkstück.
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Auch auf diese Weise kann die Buchse sicher in dem Werkstück verankert werden. Nach dem Einpressen der Buchse erfolgt das Einfurchen eines Gewindes in die Innenbohrung der Buchse, wobei gleichzeitig die Buchse wenigstens abschnittsweise aufgeweitet wird und dadurch besonders sicher in dem Werkstück verankert wird. Beispielsweise verlaufen Vorsprünge zum Verhindern einer Verdrehung der Buchse um deren Längsachse in dem Werkstück parallel zur Längsachse und können dadurch leicht in eine vorhandene Bohrung im Werkstück eingepresst werden. Senkrecht zur Längsachse der Buchse verlaufende Vorsprünge dienen einer Auszugsicherung der Buchse und werden endgültig erst beim Aufweiten der Buchse in dem Werkstück verankert. Das wenigstens abschnittsweise Aufweiten der Buchse erfolgt erst nach dem Einpressen der Buchse beim Einfurchen eines Gewindes in die Innenbohrung der Buchse.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Einzelmerkmale der unterschiedlichen, dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen lassen sich dabei in beliebiger Weise miteinander kombinieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine isometrische Darstellung einer Buchse gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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2 einen Längsschnitt durch die Buchse der 1,
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3 eine Ansicht auf die Schnittebene III-III in 2,
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4 eine Ansicht auf die Schnittebene IV-IV in 2,
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5 eine isometrische Darstellung einer Buchse gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
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6 einen Längsschnitt durch die Buchse der 5,
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7 eine Schnittansicht auf die Schnittebene VII-VII in 6,
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8 eine isometrische Darstellung einer Buchse gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
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9 einen Längsschnitt durch die Buchse der 8,
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10 eine Ansicht auf die Schnittebene X-X in 9,
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11 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Gewindefurchschraube zur Verwendung mit den erfindungsgemäßen Buchsen,
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12 eine schematische Darstellung des Querschnitts des Schafts der Gewindefurchschraube der 11,
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13 eine abschnittsweise Darstellung eines Längsschnitts durch die Gewindefurchschraube der 11,
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14 eine Seitenansicht einer Buchse gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und
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15 eine Seitenansicht einer Buchse gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Die Darstellung der 1 zeigt eine erfindungsgemäße Buchse 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Buchse 10 ist dafür vorgesehen, in einem nicht dargestellten Werkstück verankert zu werden und dadurch die Möglichkeit zu bieten, eine Schraube in die Buchse ein- und auszudrehen, um ein Anbauteil am Werkstück zu sichern. Die Buchse 10 besteht aus gegenüber dem Werkstoff des Werkstücks geeigneteren Material, um eine Schraube einzudrehen. Beispielsweise wird die Buchse 10 in ein Werkstück aus Kunststoff eingesetzt und besteht selbst aus Metall, beispielsweise Kupfer, Messing oder Aluminium. Wenn in ein Werkstück aus Kunststoff, beispielsweise eine Zylinderkopfabdeckung oder ein Luftfiltergehäuse, Schrauben eingedreht werden müssen, so können diese Schrauben zwar in das Kunststoffmaterial eingedreht werden, wenn solche Schrauben aber, beispielsweise im Rahmen von Inspektionen, gelöst und aus- und eingeschraubt werden müssen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, Gewindebuchsen aus Metall in den Kunststoffwerkstoff des Werkstücks einzusetzen.
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Die Buchse 10 ist für diesen Zweck vorgesehen und kann gegenüber konventionellen Gewindebuchsen wesentlich erhöhte Auszugskräfte und eine wesentlich erhöhte Verdrehsicherung bereitstellen.
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Die Buchse 10 weist eine Innenbohrung 12 auf, die einen geschlossenen Innenumfang aufweist und die in dem in 1 dargestellten Zustand einen im Wesentlichen glatten Innenumfang aufweist, also noch nicht mit einem Gewinde versehen ist. Ein Gewinde wird gemäß der Erfindung in die Buchse 10 erst mittels einer Gewindefurchschraube eingefurcht bzw. eingeformt, wenn die Buchse 10 in dem Werkstück angeordnet ist.
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Die Gewindebuchse 10 weist weiter einen Außenumfang 14 auf, der an seinem, in 1 linken Ende, mit einem umlaufenden Bund 16 versehen ist. Der Bund 16 ragt in radialer Richtung über die übrigen Abschnitte des Außenumfangs vor. Beim Einsetzen der Buchse in ein Werkstück kann der Bund 16 somit einen Anschlag bzw. eine Tiefenbegrenzung beim Einsetzen der Buchse bereitstellen.
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Der Außenumfang der Buchse 10 weist weiter einen ersten Abschnitt 18 und einen zweiten Abschnitt 20 auf. Der erste Abschnitt 18 schließt sich an den Bund 16 an und weist über seinen Umfang gesehen mehrere erste Vorsprünge 22 auf, die jeweils parallel zu einer Längsachse 24 der Buchse 10 verlaufen und in radialer Richtung vorstehen. Die Vorsprünge 22 weisen jeweils einen etwa dreieckförmigen Querschnitt auf. Die Vorsprünge 22 sind dafür vorgesehen, in das Werkstück, in das die Buchse 10 eingesetzt wird, einzugreifen und dann eine Verdrehung der Buchse 10 um die Längsachse 24 zu verhindern.
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Im zweiten Abschnitt 20 sind ebenfalls mehrere Vorsprünge 26 vorgesehen, die aber senkrecht zur Längsachse 24 angeordnet sind und in Form von unterbrochenen Kreisringen um den Außenumfang 14 umlaufen. Unterbrochen sind die Vorsprünge 26 von insgesamt drei Nuten 28, von denen in 1 lediglich eine zu erkennen ist.
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Die Vorsprünge 26 haben die Aufgabe, nach dem Einsetzen der Buchse 10 in ein Werkstück ein Ausziehen der Buchse entgegen der Einschubrichtung und parallel zur Längsachse 24 zu verhindern, in 1 also nach links oben. Hierzu sind die Vorsprünge 26 jeweils mit einem sägezahnartigen Querschnitt ausgebildet. Die Vorsprünge 26 können dadurch vergleichsweise leicht in eine passende Bohrung eingeschoben werden, bei dem Versuch, die Buchse 10 auszuziehen, verkrallen sich die Vorsprünge 26 dann aber in dem umgebenden Werkstück und sichern die Buchse 10 gegen Ausziehen.
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Im Bereich der Nuten 28 ist eine Wandstärke der Buchse 10 verringert. Dies ermöglicht ein kontrolliertes Aufweiten der Buchse 10 beim Einschrauben einer Gewindefurchschraube. Die Wandstärke der Buchse 10 ist dabei lediglich im Bereich des zweiten Abschnitts 20 verringert, da sich die Nuten 28 nur über die Länge des zweiten Abschnitts 20 erstrecken. Eine Aufweitung der Buchse 10 beim Einfurchen eines Gewindes wird dadurch vorrangig im zweiten Abschnitt 20 und damit in dem Abschnitt erfolgen, in dem die Vorsprünge 26 angeordnet sind.
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Die Darstellung der 2 zeigt eine Ansicht auf eine Schnittebene, die die Längsachse 24 einschließt und die durch eine der Nuten 28 verläuft.
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Es ist zu erkennen, dass ein Außendurchmesser der Buchse 10 im ersten Abschnitt 18 etwas größer ist als im zweiten Abschnitt 20. Speziell ragen die Spitzen im Querschnitt dreieckförmigen Vorsprünge 22 über die Vorsprünge 26 im zweiten Abschnitt 20 hinaus. Dies ist beispielsweise auch in der Schnittansicht der 3 zu erkennen.
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Der Bund 16 ragt in radialer Richtung gesehen über die Vorsprünge 22 des ersten Abschnitts 18 und auch über die Vorsprünge 26 des zweiten Abschnitts 20 hinaus. Zwischen dem ersten Abschnitt 18 und dem zweiten Abschnitt 20 ist eine umlaufende Nut 30 mit kreisabschnittsförmigem Querschnitt vorgesehen.
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Die Innenbohrung 12 verändert in Richtung der Längsachse 24 gesehen ihren Durchmesser. Im Bereich des Bunds 16 weist die Innenbohrung 12 den größten Durchmesser auf und dieser größte Durchmesser ist durch einen kreiszylindrischen Abschnitt 32 gebildet, der sich bis etwa kurz vor die Hälfte des ersten Abschnitts 18 erstreckt. An den kreiszylindrischen Abschnitt 32 schließt sich ein kegelstumpfförmiger Abschnitt 34 an, durch den der Durchmesser der Innenbohrung 12 verringert wird. Der kegelstumpfförmige Abschnitt 34 erstreckt sich bis etwa zum Beginn des zweiten Abschnitts 20 und endet auf Höhe der Nut 30, die die Abschnitte 18 und 20 trennt. Im Bereich des zweiten Abschnitts 20 weist die Innenbohrung 12 dann wieder einen kreiszylindrischen Abschnitt 36 mit konstantem Durchmesser auf. Beim Eindrehen einer Gewindefurchschraube mit passendem Durchmesser wird der zweite Abschnitt 20 beim Einfurchen des Gewindes radial nach außen aufgeweitet, so dass die Vorsprünge 26 in dem umgebenden Werkstück sicher verankert werden. Gleichzeitig steht nach dem Eindrehen der Gewindefurchschraube ein voll funktionsfähiges Gewinde zur Verfügung und die Gewindefurchschraube kann mehrfach ein- und ausgedreht werden.
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Die Darstellung der 3 zeigt eine Ansicht auf die Schnittebene III-III in 2. Zu erkennen sind die parallel zur Längsachse 24 verlaufenden Vorsprünge 22 des ersten Abschnitts 18 mit dreieckförmigem Querschnitt. Im Bereich zwischen den Nuten 28 sind die senkrecht zur Längsachse 24 angeordneten Vorsprünge 26 des zweiten Abschnitts 20 teilweise zu erkennen. Es ist in der Ansicht der 3 weiter gut zu erkennen, dass die Vorsprünge 22 in radialer Richtung etwas über die Vorsprünge 26 hinausragen. Der Außendurchmesser der Buchse 10 ist im ersten Abschnitt 18 somit geringfügig größer als im zweiten Abschnitt 20.
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Die Darstellung der 4 zeigt eine Ansicht auf die Schnittebene IV-IV in 2. In dieser Ansicht ist nun die Anordnung der drei Nuten 28 gut zu erkennen, die um 120° voneinander beabstandet sind und die sich parallel zur Längsachse 24 der Buchse 10 erstrecken. Zwischen jeweils zwei Nuten 28 erstrecken sich die Vorsprünge 26. Die Vorsprünge 26 verlaufen bei der Buchse 10 exakt in Umfangsrichtung, sie können aber beispielsweise auch in Form eines Gewindes ausgebildet sein. Die Nuten 28 weisen jeweils einen kreisabschnittsförmigen Querschnitt auf. Es ist gut zu erkennen, dass durch die Nuten 28 eine Wandstärke der Buchse 10 im zweiten Abschnitt 20 gegenüber der Wandstärke im ersten Abschnitt 18 abschnittsweise verringert ist. Beim Einfurchen eines Gewindes in die Innenbohrung 12 in deren Abschnitt 36 wird dadurch der zweite Abschnitt 20 der Buchse 10 radial nach außen aufgeweitet. Dadurch können die Vorsprünge 26 in das umgebende Werkstück eingreifen und sehr hohe Auszugskräfte der Buchse 10 werden erzielt.
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Die Darstellung der 5 zeigt eine Buchse 40 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Buchse 40 weist eine kreiszylindrische Innenbohrung 42 auf und der Außenumfang 44 der Buchse 40 weist einen Bund 46 sowie einen ersten Abschnitt 48 und einen zweiten Abschnitt 50 auf. Der Bund 46 weist einen glatten Außenumfang auf, ragt aber nicht über den Außenumfang des ersten Abschnitts 48 vor. Im ersten Abschnitt 48 sind mehrere Vorsprünge 52 angeordnet, die in gleicher Weise wie die Vorsprünge 22 der Buchse 10 der 1 angeordnet und ausgebildet sind. Speziell verlaufen die Vorsprünge 52 parallel zu einer Längsachse 24 der Buchse 40 und weisen jeweils einen dreieckförmigen Querschnitt auf.
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Im zweiten Abschnitt 50 sind mehrere Vorsprünge 54 angeordnet, die jeweils senkrecht zur Längsachse der Buchse angeordnet sind. Wie in dem Längsschnitt der 6 der Buchse 40 zu erkennen ist, sind die Vorsprünge 54 aber jeweils mit einem dreieckförmigen Querschnitt ausgebildet. Die Vorsprünge 54 verlaufen jeweils senkrecht zur Längsachse 24 der Buchse 40. Über den Umfang des zweiten Abschnitts 50 gesehen sind die Vorsprünge 54 durch insgesamt fünf Nuten 56 unterbrochen.
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In dem Längsschnitt der Buchse 40 in 6 ist zu erkennen, dass der erste Abschnitt 48 einen etwas größeren Außendurchmesser aufweist als der zweite Abschnitt 50. Die Spitzen der Vorsprünge 52 ragen somit über die Spitzen der Vorsprünge 54 hinaus.
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Die Innenbohrung 42 ist über die gesamte Länge der Buchse 40 mit konstantem Durchmesser ausgeführt, lediglich an dem in 6 rechten und linken Ende der Buchse 40 ist eine Fase angeordnet.
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Die Schnittansicht auf die Ebene VII-VII in 6 ist in 7 dargestellt und zeigt die Anordnung und Ausbildung der Nuten 56 im zweiten Abschnitt 50 der Buchse 40. Wie bereits ausgeführt wurde, werden die Vorsprünge 54 von insgesamt fünf Nuten 56 unterbrochen, wobei die Nuten 56 gleichmäßig über den Umfang der Buchse 40 verteilt sind. Ein Querschnitt der Nuten 56 ist jeweils leicht trapezförmig mit abgerundeten Ecken. Es ist in 7 gut zu erkennen, dass durch die Nuten 56 eine Wandstärke der Buchse 40 im zweiten Abschnitt 50 gegenüber einer Wandstärke im ersten Abschnitt 48 abschnittsweise verringert ist. Beim Einfurchen eines Gewindes mittels Eindrehen einer Gewindefurchschraube wird der zweite Abschnitt 50 somit aufgeweitet und die Vorsprünge 54 bewegen sich radial nach außen. Dadurch werden die Vorsprünge 54 im umgebenden Werkstück verankert und sorgen für eine zuverlässige Auszugsicherung der Buchse 40. Eine Verdrehsicherung um die Längsachse der Buchse 40 wird hingegen hauptsächlich durch die Vorsprünge 52 im ersten Abschnitt 48 erreicht.
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Die Darstellung der 8 zeigt eine weitere Buchse 60 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Buchse 60 weist eine Innenbohrung 62 und einen Außenumfang 64 auf. Der Außenumfang 64 ist in einen ersten Abschnitt 68 und einen zweiten Abschnitt 70 unterteilt. Im ersten Abschnitt 68 sind mehrere Vorsprünge 72 angeordnet, die sich jeweils parallel zur Längsachse 24 der Buchse 60 erstrecken und jeweils einen dreieckförmigen Querschnitt aufweisen. Im zweiten Abschnitt 70 sind ebenfalls mehrere Vorsprünge 74 angeordnet, die jeweils senkrecht zur Längsachse 24 der Buchse 60 angeordnet sind und einen sägezahnförmigen Querschnitt aufweisen. In Umfangsrichtung der Buchse 60 gesehen sind die Vorsprünge 74 durch insgesamt vier Nuten 78 unterbrochen.
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Die Buchse 60 weist im Unterschied zu den Buchsen 10 und 40 der 1 bzw. 5 keinen Bund auf. Die Vorsprünge 72 des ersten Abschnitts 68 laufen somit zu dem in 8 links oben angeordneten ersten Ende. Dieses erste Ende ist nach dem Einsetzen der Buchse 60 in ein Werkstück von außen noch sichtbar und in dieses erste Ende wird eine Gewindefurchschraube eingeschraubt.
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Die Darstellung der 9 zeigt einen Längsschnitt durch die Buchse 60 der 8. Die Innenbohrung 62 ist in gleicher Weise wie die Innenbohrung 12 der Buchse 10 der 1 bis 4 ausgebildet und wird daher nicht erneut erläutert. Die Vorsprünge 72 im ersten Abschnitt 68 beginnen an dem in 9 links dargestellten Ende der Buchse 60 und verlaufen bis zum Übergang des ersten Abschnitts 68 in den zweiten Abschnitt 70. Im zweiten Abschnitt 70 sind die Vorsprünge 74 angeordnet, die, wie die Vorsprünge 26 der Buchse 10 der 1 bis 4, einen sägezahnartigen Querschnitt aufweisen.
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Der erste Abschnitt 68 ist in Längsrichtung der Buchse 60 gesehen etwa genauso lang wie der zweite Abschnitt 70. Der erste Abschnitt 68 erstreckt sich bis in den kreiszylindrischen Bereich der Innenbohrung 62 mit verringertem Querschnitt.
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10 zeigt eine Ansicht auf die Schnittebene X-X in 9 und lässt die gleichmäßig beabstandete Anordnung der Nuten 78 um den Umfang des zweiten Abschnitts 70 erkennen. Insgesamt sind vier Nuten 78 mit jeweils dreieckförmigem Querschnitt mit abgerundeten Ecken vorgesehen, wobei die Nuten 78 gleichmäßig über den Umfang der Buchse 60 verteilt sind. Es ist 10 zu entnehmen, dass die Wandstärke der Buchse 60 im Bereich des zweiten Abschnitts 70 abschnittsweise verringert ist. Der zweite Abschnitt 70 wird beim Einfurchen eines Gewindes somit in radialer Richtung nach außen aufgeweitet, so dass die Vorsprünge 74 in das umgebende Werkstück 80 eingreifen können.
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Der Außendurchmesser der Buchse 60 ist im ersten Abschnitt 68 größer als im zweiten Abschnitt 70, wie in 9 gut zu erkennen ist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Buchse 60 in eine im Werkstück vorhandene, kreiszylindrische Bohrung eingepresst wird.
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Die Darstellung der 11 zeigt eine Gewindefurchschraube, die mit den vorstehend erläuterten Buchsen 10, 40 und 60 jeweils ein Befestigungselement bilden kann. Die Gewindefurchschraube weist einen Schraubenkopf 1 auf, der in seiner Stirnfläche 2 eine nicht dargestellte Vertiefung aufweist, die zum Antrieb der Schraube dient. Selbstverständlich kann der Schraubenkopf 1 auch in anderer Weise ausgebildet sein und beispielsweise einen Vorsprung für den Schraubenantrieb aufweisen.
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Die Unterseite 3 des Schraubenkopfs kann mit einer abschnittsweise dargestellten umlaufenden Nut versehen sein, ist im Übrigen aber eben ausgebildet. Von der Unterseite 3 aus erstreckt sich ein Schraubenschaft 4, der ausgehend vom Schraubenkopf 1 zunächst zylindrisch ausgebildet ist und ein Gewinde 5 aufweist. Das Gewinde läuft dann in einem relativ kurzen Furchabschnitt 6 aus. Dieser Furchabschnitt 6 sorgt beim Einschrauben der Gewindefurchschraube für das Einfurchen des Gewindes. An das Gewinde 5 schließt sich ein gewindefreier Abschnitt 7 an, der in einer abgerundeten Spitze 8 ausläuft. Die in 11 zu erkennende Außenkontur 9 des gewindefreien Abschnitts 7 verläuft durchgängig gekrümmt, und zwar in einer konstanten Krümmung.
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Im Rahmen der Erfindung sind unterschiedliche Gestaltungen des gewindefreien Abschnitts 7 der Gewindefurchschraube möglich. Beispielsweise kann der gewindefreie Abschnitt 7 ballig oder kegelig verlaufen.
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12 stellt schematisch einen Querschnitt des Schraubenschafts 4 dar. Der Schraubenschaft 4 weist einen trilobularen Querschnitt auf, der grob als dreieckiger Querschnitt mit konvex gekrümmten Seitenkanten und gekrümmten Ecken beschrieben werden kann. Alternativ zu dem in 12 dargestellten trilobularen Querschnitt kann die Gewindefurchschraube auch einen polygonalen Querschnitt mit jeweils abgerundeten Ecken aufweisen.
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Die Darstellung der 13 zeigt einen Teilschnitt durch den Gewindeabschnitt des Schafts 4. Das Gewinde ist bei der dargestellten Gewindefurchschraube ein Rundgewinde, bei dem die Gewindegänge sowohl an den Vorsprüngen als auch an den Vertiefungen abgerundet verlaufen. Im Furchabschnitt 6 nimmt der Außendurchmesser des Gewindes 5 zu. Dies führt zum Einfurchen eines Gewindes in die Innenbohrung der Buchse beim Eindrehen der Gewindefurchschraube. Gleichzeitig mit dem Einfurchen des Gewindes wird, wie erläutert wurde, der jeweils zweite Abschnitt der erfindungsgemäßen Buchse radial nach außen aufgeweitet, so dass die im zweiten Abschnitt vorhandenen Vorsprünge im umgebenden Werkstück verankert werden.
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Neben dem dargestellten Rundgewinde 5 kann das Furchgewinde der Gewindefurchschraube auch in anderer Weise ausgebildet sein, beispielsweise mit trapezförmigem oder dreieckförmigem Querschnitt der Gewindeflanken.
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Ein besonderer Vorteil beim Einfurchen eines Gewindes mit einer Gewindefurchschraube ist, dass bei der Herstellung des Gewindes keine Spanbildung erfolgt. Nach dem Einfurchen des Gewindes in die Innenbohrung der Buchse kann das Werkstück somit unmittelbar weiterverarbeitet werden und muss nicht zunächst von Gewindespänen gereinigt werden.
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Bei Anordnung eines Befestigungselements, das aus einer erfindungsgemäßen Buchse und einer Gewindefurchschraube besteht, wird zunächst die Buchse in das Werkstück eingesetzt. Dies kann durch Einbetten der Buchse erfolgen, insbesondere durch Umspritzen bei der Herstellung des Werkstücks. Alternativ kann die erfindungsgemäße Buchse auch in eine im Werkstück vorhandene Bohrung eingepresst werden. Nach dem Einsetzen der Buchse in das Werkstück wird dann die Gewindefurchschraube in die Innenbohrung der Buchse eingeschraubt. Beim Einfurchen des Gewindes wird gleichzeitig der zweite Abschnitt des Außenumfangs der Buchse radial nach außen aufgeweitet. In diesem zweiten Abschnitt sind vorzugsweise Vorsprünge am Außenumfang der Buchse vorgesehen, die eine Verschiebung der Buchse im Werkstück in und entgegen der Längsrichtung der Buchse verhindern sollen. Speziell können diese Vorsprünge vorzugsweise senkrecht zu einer Längsachse der Buchse verlaufen. Nach dem Einfurchen eines Gewindes kann die Gewindefurchschraube gegebenenfalls wieder herausgeschraubt werden. Die Buchse ist dann über die Vorsprünge am ersten Abschnitt des Außenumfangs sicher gegen Verdrehen im Werkstück und durch die Vorsprünge im zweiten Abschnitt des Außenumfangs sicher gegen Herausziehen aus dem Werkstück verankert. Die Gewindefurchschraube oder auch eine passende andere Schraube können dann wiederholt in das eingefurchte Gewinde eingeschraubt und ausgeschraubt werden.
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Die Darstellung der 14 zeigt eine erfindungsgemäße Buchse 90 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Buchse 90 weist einen ersten Abschnitt 92 auf, in dem in radialer Richtung vorragende Vorsprünge schräg zu einer Längsachse 24 der Buchse 90 angeordnet sind. Da die Buchse 90 rund ist, verlaufen die Vorsprünge 94 im ersten Abschnitt 92 wendelförmig um die Buchse. Ein Winkel α, in dem die Vorsprünge 94 schräg zur Längsachse 24 angeordnet sind, beträgt bei der Ausführungsform der 14 etwa 30°, kann im Rahmen der Erfindung aber zwischen 1° und 30° liegen.
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Die Buchse 90 weist einen zweiten Abschnitt 96 auf, der gegenüber dem ersten Abschnitt 92 einen kleineren Außendurchmesser hat. In dem zweiten Abschnitt 96 sind insgesamt vier Längsnuten 98 angeordnet, die parallel zur Längsachse 24 verlaufen und die eine Wandstärke der Buchse 90 abschnittsweise verringern. Eine Innenbohrung der Buchse 90 weist aber einen geschlossenen Innenumfang auf, um das Einfurchen eines Gewindes mittels einer Gewindefurchschraube zu ermöglichen. Im zweiten Abschnitt 96 sind in radialer Richtung vorragende Vorsprünge 88 vorgesehen, die in den Bereichen zwischen den Nuten 98 angeordnet sind und die senkrecht zur Längsachse 24 angeordnet sind.
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Die Darstellung der 15 zeigt in einer Seitenansicht eine Buchse 100 gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Buchse 100 weist einen ersten Abschnitt 102 mit in radialer Richtung vorragenden Vorsprüngen 104 auf. Die Vorsprünge 104 verlaufen parallel zur Längsachse 24 der Buchse 100.
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Die Buchse 100 weist einen zweiten Abschnitt 106 auf, der gegenüber dem ersten Abschnitt 102 einen kleineren Außendurchmesser aufweist. In dem zweiten Abschnitt 106 sind insgesamt vier, schräg zur Längsachse 24 verlaufende Nuten 108 vorgesehen. Die Nuten 108 verlaufen um einen Winkel β geneigt zur Längsachse 24. Der Winkel β beträgt bei der in 15 dargestellten Ausführungsform etwa 20°, kann im Rahmen der Erfindung aber zwischen 1° und 30° liegen. Aufgrund des kreisrunden Außendurchmessers der Buchse 100 verlaufen die Nuten 108 somit wendelförmig im zweiten Abschnitt 106.
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Zwischen den Nuten 108 sind in radialer Richtung vorragende Vorsprünge 110 angeordnet, die senkrecht zur Längsachse 24 verlaufen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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