DE102005002953A1

DE102005002953A1 - Verschraubung

Info

Publication number: DE102005002953A1
Application number: DE200510002953
Authority: DE
Inventors: Konrad Bleier; Michael Kieslinger
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2006-08-17

Abstract

Die Verschraubung besitzt ein ein Schraubgewinde (4) tragendes, der lösbaren Verbindung von insbesondere dünnwandigen Gewindebohrungen aufweisendes, insbesondere metallischen Bauteilen dienendes Befestigungselement (1), das mit einer einen Anschlag bildenden Stirnfläche (3) an einer Stoßfläche des mindestens einen Bauteils am Gewindeende unter der Wirkung des Schraub-Drehmoments anschlägt. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist dem Anschlag (3) ein durch Materialverformung wirkendes, den Schraubvorgang hemmendes Bremselement (7, 8) in Form einer zahnartigen Materialstruktur vorgeordnet. Damit wird beim Eindrehen des Befestigungselements (1) beim Anschlagen der Stirnfläche (3) an der Stoßfläche infolge des relativ großen Drehmoments ein Durchdrehen des Schraubgewindes verhindert. In einer radial versetzten Kreisbahn (b) können das Befestigungselement (1) selbst sichernde Vorsprünge (10) ebenfalls in Form einer sägezahnartigen Materialstruktur vorgesehen sein.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verschraubung mit einem ein Schraubgewinde tragenden, der lösbaren Verbindung von insbesondere dünnwandigen, Gewindebohrungen aufweisenden Bauteilen dienenden Befestigungselement, das mit einer einen Anschlag bildenden Stirnfläche an einer Stoßfläche des mindestens einen Bauteiles am Gewindeende unter der Wirkung des Schraub-Drehmoments anschlägt.
Bei der maschinellen Herstellung von Schraubverbindungen, oft unter Anwendung von Schraubrobotern ergibt sich insbesondere bei der Verschraubung von sehr dünnem Blechmaterial mit einer Blechstärke von z. B. 0,5 mm das Problem, dass man einerseits zugunsten der Verkürzung der Eindrehzeit bezüglich des mit einem Schraubgewinde versehenden Befestigungselements eine große Eindrehgeschwindigkeit wählt, was andererseits aber dazu führen kann, dass beim ungebremsten Anschlagen der Stirnfläche des eingedrehten Befestigungselements an der Stoßfläche des mit Gewindebohrungen versehenen dünnen Blechmaterials die Stabilität der nur wenigen Gewindegänge der Gewindebohrung dem Schraub-Drehmoment nicht standhält und ein "Durchdrehen" des Befestigungselements erfolgt, wodurch die Schraubverbindung beschädigt ist. Man behilft sich oft mit einer Verdoppelung des dünnen Blechmaterials, wodurch die Anzahl der tragenden Gewindegänge vergrößert wird, aber auch der Materialaufwand und die Materialkosten steigen.

Bei einer bekannten gewindeschneidenden Schraube ( JP 08061351 A ) ist die Stirnfläche des Schraubenkopfes mit einer Verzahnung versehen, bestehend aus innerhalb eines einzigen Kreisringes angeordneten, also radial gleich gerichteten Zähnen mit abwechselnd einander entgegen stehenden Zahnflanken und Zahnschneiden. Diese Schraube dient der Befestigung von Bauteilen aus Plastikmaterial und soll bewirken, dass durch intensive plastische Verdrängung des Bauteilmaterials in die Zahnlücken die Haftung und der Formschluss und damit die Reibung zwischen Bauteil und Schraube vergrößert wird im Sinne einer hohen Selbstsicherung der Schraubverbindung.

Bei einer anderen bekannten selbstsichernden Schraubverbindung ( DE 4137020 A1 ) weist die Stirnfläche des Schraubenkopfes noppenartige Vorsprünge auf, die infolge des beim Eindrehen aufgewandten Drehmoments eine formschlüssige Verankerung der Vorsprünge in dem Material des zu befestigenden Bauteils und eine hohe Flächenpressung in Sinne einer Kaltverschweißung und damit eine Rückdrehsicherung herstellen sollen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verschraubung der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass bei mechanisierter, zum Beispiel automatischer Herstellung von Schraubverbindungen, insbesondere bei dünnwandigen Blechen der Einschraubvorgang mit hoher Drehzahl, d. h. schnell erfolgen kann, ohne befürchten zu müssen, dass ein Durchdrehen des Befestigungselementes erfolgt. Daneben soll auch eine Selbstsicherung des Befestigungselementes gegen unbeabsichtigtes Lösen gegeben sein.

Diese Aufgabe wird bei einer Verschraubung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 dadurch gelöst, dass dem Anschlag ein durch Materialverformung wirkendes, den Schraubvorgang hemmendes Bremselement vorgeordnet ist. Vorzugsweise weist hierbei die Stirnfläche des Befestigungselements eine zahnartige Materialstruktur auf, die zum Beispiel sägezahnartig ausgebildet ist.

Durch ein solches Bremselement, das vorzugsweise am Befestigungselement in Form einer zahnartigen Materialstruktur angeordnet ist, aber auch Bestandteil der Stoßfläche des Bauteils sein kann, wird sichergestellt, dass am Ende des Schraubvorganges, mit welcher Einschraubdrehzahl auch immer, das Befestigungselement gebremst auf die Stoßfläche des Bauteils auftrifft, wodurch ein unerwünschtes Durchdrehen sicher verhindert wird. Hierbei wird durch die Ausgestaltung des Bremselementes das Eindreh- und Andrehmoment definiert, zum anderen aber auch das Aufdrehmoment bestimmt, wodurch selbst bei hoher Eindreh-Drehzahl ein gebremstes Auftreffen der Stirnfläche des Befestigungselementes auf die Stoßfläche des Bauteils erreicht wird, ohne dass die Drehzahl des maschinellen Schraubendrehers verändert, z. B. vermindert wird. Die erfindungsgemäße Verschraubung ist insbesondere geeignet für dünnwandige, metallische Bauteile. Zusätzlich zu dem kontrollierten Anziehverhalten der Verschraubung erhält man eine bestmögliche Selbstsicherung der Verschraubung gegen unbeabsichtigtes Lösen (Aufdrehen) dadurch, dass die Materialstruktur in entgegengesetzten Drehrichtungen des Befestigungselements verformend wirkende Vorsprünge aufweist, die jeweils in zumindest teilweise unterschiedlichen Radialbahnen an der Stirnfläche vorgesehen sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die in Anzugsrichtung des Befestigungselements verformend wirkenden Vorsprünge in einem ersten Kreisring der Stirnfläche und die in Löserichtung verformend wirksamen Vorsprünge in einem zweiten radial vom ersten Kreisring zumindest teilweise beabstandeten Kreisring vorgesehen. Durch die zumindest überwiegende Trennung der Vorsprünge mit entgegengesetzten Zahnflanken wird eine nachteilhafte gegenseitige Beeinflussung der Bremselemente einerseits und der Sperrelemente darstellenden entgegengesetzten Vorsprünge andererseits infolge unkontrollierter, bzw. sich gegenseitig wirkungsmäßig aufhebender Materialverformung vermieden.

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen , nachstehend erläutert.
Es zeigt:
1 die perspektivische Darstellung eines Befestigungselements der erfindungsgemäßen Verschraubung,
2 eine zweite Ausführungsform eines Befestigungselementes der erfindungsgemäßen Verschraubung.
Das Befestigungselement 1 bzw. 1' gemäß den 1 und 2 ist ohne einen zur Verschraubung gehörenden, z. B. aus dünnem metallischen Blechmaterial gebildeten Bauteil dargestellt. Es besitzt als Schraube einen Kopfteil 2/2' mit kreisringartiger Stirnfläche 3/3', daran anschließend einen, ein Schraubgewinde 4 z. B. ein metrisches Gewinde M4 aufweisenden Gewindeschaft 5/5' und hieran anschließend schließlich einen konisch sich zum Ende hin verjüngenden Schaft 6/6'.
Das Befestigungselement 1 gemäß 1 trägt auf der Stirnfläche 3 ein Bremselement 7 in Form einer sägezahnförmigen Materialstruktur mit sägezahnartigen Vorsprüngen 8 mit Zahnflanken 9 innerhalb einer äußeren Radialbahn in Form eines äußeren Kreisringes a. Innerhalb einer inneren Radialbahn ebenfalls in Form eines Kreisringes b angeordnet sind gleichartige Vorsprünge 10, die ebenfalls sägezahnartig ausgebildet sind, deren Zahnflanken 11 jedoch den Zahnflanken 9 der äußeren Vorsprünge 8 entgegengesetzt sind.
Zur Verschraubung gehört ein nicht dargestelltes blechartiges Bauteil, das in üblicher Weise mindestens eine Gewindebohrung besitzt, die passend ist zum Schraubgewinde 4.
Beim Eindrehen des Befestigungselementes 1 in die Gewindebohrung des Bauteils weitet zunächst der konische Schaft 6 die Gewindebohrung auf und erweicht durch die Reibungskräfte das Bauteil-Material der Gewindebohrung, die im Rohzustand keine Gewindegänge besitzt, welche erst durch das selbst gewindeschneidende Schraubgewinde 4 des Befestigungselementes geschaffen werden. Mit dem weiteren Eindrehen des Befestigungselementes 1 im Uhrzeigersinn wird, wie erwähnt, das Gewinde im Bauteil geschnitten und die Bremselemente 7 und sodann die als Anschlag dienende Stirnfläche 3 des Befestigungselementes 1 trifft auf der Stoßfläche des Bauteils auf. Dabei erfolgt durch die zahnartigen Bremselemente 7 eine den Schraubvorgang hemmende Materialverformung in der Stoßfläche des Bauteils, indem dieses Material vor die Zahnflanken 9 geschoben wird, wodurch die gewünschte Bremswirkung erhalten wird, sodass ein hartes Auftreffen der Stirnfläche 3, d. h. des Anschlages 3 auf der Stoßfläche des Bauteils und ein Durchdrehen des Befestigungselementes 1 im nunmehr geschaffenen Gewinde des Bauteils verhindert wird.
Eine umgekehrt materialverformende Wirkung erzielen auch die Vorsprünge 10 des inneren Kreisringes b, wobei ebenfalls Material des Bauteils hinter die Zahnflanken 11 verschoben wird und somit einem unerwünschten Lösen des Befestigungselementes 1 in Gegen-Pfeilrichtung ein Widerstand entgegengesetzt wird.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist angedeutet, dass die Vorsprünge 8' im äußeren Kreisring a (1) auch mit Abstand voneinander angeordnet sein können, ebenso wie die sägezahnartigen Vorsprünge 10' des inneren Kreisringes b (1). Wie angedeutet, sind die Kreisringe a und b mit ihren Vorsprüngen radial gegeneinander versetzt, bzw. können auch leicht überlappen. Das jeweilige Bremsmoment beim Eindrehen des Befestigungselementes, bzw. das jeweilige Sperrmoment beim unerwünschten Aufdrehen des Befestigungselements 1 im Gegen-Uhrzeigersinn wird definiert durch die Form und Anzahl der Vorsprünge 8 bzw. 10, eventuell auch durch die Wahl des Materials von Befestigungselement und Bauteil. Es besteht auch die Möglichkeit, die zahnartigen Vorsprünge 8 derart verformbar auszugestalten, dass beim Eindrehen des Befestigungselements in die Gewindebohrung eines Bauteils letztendlich eine Bremswirkung erzielt wird, indem sich diese Vorsprünge mehr oder weniger leicht verformen.

Claims

Verschraubung mit einem ein Schraubgewinde (4) tragenden, der lösbaren Verbindung von insbesondere dünnwandigen, Gewindebohrungen aufweisenden, insbesondere metallischen Bauteilen dienenden Befestigungselement (1), das mit einer einen Anschlag bildenden Stirnfläche (3) an einer Stoßfläche des mindestens einen Bauteils am Gewindeende unter der Wirkung des Schraub-Drehmoments anschlägt, dadurch gekennzeichnet, dass dem Anschlag (Stirnfläche 3) ein durch Materialverformung wirkendes, den Schraubvorgang hemmendes Bremselement (7) vorgeordnet ist.
Verschraubung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (3) des Befestigungselementes (1, 1') eine zahnartige Materialstruktur aufweist.
Verschraubung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstruktur in entgegengesetzten Drehrichtungen des Befestigungselements (1, 1') verformend wirkende Vorsprünge (8, 10) aufweist, die jeweils in zumindest teilweise unterschiedlichen Radialbahnen (a, b) an der Stirnfläche (3) vorgesehen sind.
Verschraubung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Anzugsrichtung des Befestigungselements (1) verformend wirkenden Vorsprünge (8) in einem ersten Kreisring (a) der Stirnfläche (3) und die in Löserichtung verformend wirksamen Vorsprünge (10) in einem zweiten radial vom ersten Kreisring (a) zumindest teilweise beabstandeten Kreisring (b) vorgesehen sind.
Verschraubung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (8, 10) sägezahnartig ausgebildet sind.
Verschraubung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (1) einen dem Gewindeschaft (5) vorgeordneten konisch verjüngenden Schaft (6) aufweist und dass der Bohrdurchmesser der Gewindebohrung im Bauteil geringer ist als deren Innendurchmesser.