DE102014118342A1

DE102014118342A1 - Verfahren zur unverlierbaren Aufbringung einer Unterlegscheibe auf den Schaft einer Schraube

Info

Publication number: DE102014118342A1
Application number: DE102014118342.8A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Schneider; Helmut Wierzba
Original assignee: Richard Bergner Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Richard Bergner Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2015-06-18
Also published as: US20150176627A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Befestigereinheit (1), die einen Befestiger (2) mit einem Schaft (4) und einem radial über den Schaft (4) hinaus ragenden Kopf (5) sowie eine von einer zentralen Durchgangsöffnung (18) durchsetzte Scheibe (3) umfasst, wobei am Schaft (4) ein radial vorstehendes Hintergriffselement (H) vorhanden ist, mit folgenden Schritten: a) es wird ein Scheibenrohling (3') mit einer Durchgangsöffnung (18') bereitgestellt, deren Durchmesser (23') größer ist als der Durchmesser (24, 25) des Hintergriffselements (H), b) der bereits mit einem Fixierelement (F) versehene Schaft (4) wird so weit in die Durchgangsöffnung (18') eingesteckt, dass diese von einem sich von dem Kopf (5) weg erstreckenden ersten Schaftabschnitt (9) durchgriffen ist, c) durch eine radial nach innen gerichtete plastische Verformung zumindest eines Teils des Randbereichs (26') des Scheibenrohlings (3') wird die Durchgangsöffnung (18') unter Ausbildung einer radialen Überlappung zwischen dem Hintergriffselement (H) und dem Randbereich (26) der Scheibe (3) verkleinert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Befestigereinheit, welche einen Befestiger, z. B. eine Schraube, und eine Unterlegscheibe, im Folgenden kurz Scheibe genannt, umfasst. Der Befestiger weist einen Schaft und einen radial über diesen hinaus stehenden Kopf auf. Die Scheibe ist von einer zentralen Durchgangsöffnung durchsetzt, die vom Schaft der Schraube bzw. des Befestigers durchgriffen und dabei unverlierbar mit dem Befestiger verbunden ist. Der Schaft ist in einen sich vom Kopf weg erstreckenden, die Durchgangsöffnung der Scheibe durchgreifenden ersten Schaftabschnitt und einen sich daran anschließenden, an seinem Umfang mit einem Fixierelement, insbesondere einem Gewinde, versehenen zweiten Schaftabschnitt untergliedert. Die unverlierbare Fixierung der Scheibe am Befestiger wird einerseits durch dessen die Scheibe radial zumindest teilweise überlappenden Kopf und andererseits durch ein aus dem Schaft radial vorstehendes Hintergriffselement bewirkt. Dieses wird auf seiner dem Kopf zugewandten Seite von dem die Durchgangsöffnung umgrenzenden Randbereich der Scheibe hintergriffen bzw. radial überlappt. Das Hintergriffselement wird dabei von dem das Fixierelement bzw. das Gewinde tragenden zweiten Schaftabschnitt gebildet.
Befestigereinheiten der beschriebenen Art werden beispielsweise eingesetzt, wenn aus relativ weichen Werkstoffen bestehende Bauteile mit einem anderen Bauteil verbunden werden müssen, wenn ein zu fixierendes Bauteil große, im Montagezustand vom Befestiger durchgriffene Fixierbohrungen aufweist oder wenn eine abgedichtete oder schwingungsgedämpfte Fixierung erzielt werden soll.
Zur Herstellung der in Rede stehenden Befestigereinheiten wird üblicherweise ein Befestigerrohling mit einem Schaft verwendet, der noch kein Fixierelement, beispielsweise ein Gewinde, aufweist. Auf den Schaft wird eine Scheibe aufgesteckt und dann das Fixierelement, etwa ein Gewinde, in den Außenumfang des Schafts eingewalzt, wobei der das Fixierelement tragende Teil des Schafts den zweiten Schaftabschnitt bildet. Dieser hat einen größeren Durchmesser als der sich zwischen ihm und dem Kopf befindliche erste Schaftabschnitt, welcher die Durchgangsöffnung der Scheibe durchgreift. Der Durchmesser der Scheibe hingegen ist kleiner als der Durchmesser des zweiten Schaftabschnitts, so dass diese nach der Herstellung des Fixierelements unverlierbar mit dem Befestiger verbunden ist.
Problematisch ist die herkömmliche Herstellungsweise einer Befestigereinheit, wenn Befestiger einer höheren Festigkeitsklasse verwendet werden sollen. Die höhere Materialfestigkeit wird durch eine Vergütungsbehandlung erreicht, die nach dem Einwalzen des Gewindes oder allgemein eines Fixierelements erfolgt. Im Falle einer Befestigereinheit der vorliegenden Art würde jedoch bei den Bedingungen einer auf das Material des Befestigers abzielenden Vergütungsbehandlung das Material der Scheibe sein Eigenschaftsprofil verändern, insbesondere seine Festigkeit verlieren. Üblicherweise wird daher so vorgegangen, dass ein noch kein Fixierelement aufweisender Schraubenrohling einer Vergütungsbehandlung unterzogen und nach dem Aufstecken der Scheibe das Fixierelement in den Schaft des vergüteten Befestigers eingewalzt und dabei die Scheibe mit dem Befestigerschaft verliersicher verbunden wird. Aufgrund des vergüteten und dementsprechend eine höhere Festigkeit aufweisenden Materials des Befestigerrohlings ist dies jedoch mit einem erhöhten Aufwand verbunden.
Auch eine Oberflächenbehandlung des Befestigers, etwa eine solche, die bei erhöhter Temperatur durchgeführt wird, kann bei der herkömmlichen Herstellungsweise von Befestigereinheiten dann nicht erfolgen, wenn die Scheibe etwa zu Dichtungs- oder Dämpfungszwecken ein Elastomerelement umfasst.
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren für eine Befestigereinheit der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit welchem die geschilderten Probleme umgangen werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird kein Befestigerrohling, sondern ein fertiger, bereits ein Fixierelement aufweisender Befestiger verwendet. Weiterhin wird ein Scheibenrohling mit einer Durchgangsöffnung bereitgestellt, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Hintergriffselements. Als nächster Verfahrensschritt wird der Schaft des Befestigers so weit in die Durchgangsöffnung des Scheibenrohlings eingesteckt, dass diese von dem ersten Schaftabschnitt des Befestigerschafts zumindest teilweise durchgriffen ist. Als letzter Verfahrensschritt wird durch eine radial nach innen gerichtete plastische Verformung bzw. Materialverdrängung zumindest eines Teils des Randbereichs des Scheibenrohlings dessen Durchgangsöffnung verkleinert. Als Folge davon wird das Hintergriffselement auf seiner dem Kopf zugewandten Seite von dem verformten Randbereich der Scheibe zumindest teilweise radial überlappt.
Mit der vorgeschlagenen Vorgehensweise kann somit der fertige, d. h. bereits mit einem Fixierelement versehene und gegebenenfalls bereits vergütete oder einer Oberflächenbehandlung unterzogene Befestiger verwendet werden, so dass die oben geschilderten, sich aus dem Verbund von Befestigerrohling und Scheibe ergebenden Nachteile umgangen sind. Das Einwalzen des Fixierelements in einen Befestigerrohling kann mit geringerem Aufwand in das noch nicht vergütete und daher eine geringere Festigkeit als der spätere Befestiger aufweisende Material erfolgen. Eine Oberflächenbehandlung des Befestigers kann ohne Beeinträchtigung der Scheibe durchgeführt werden.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Befestiger in einer Seitenansicht und einen Scheibenrohling in Schnittdarstellung,
2 einen Vormontagezustand, in dem eine zentrale Durchgangsöffnung des Scheibenrohlings vom Schaft des Befestigers durchgriffen ist,
3 eine Abbildung, welche die Fixierung des Scheibenrohlings am Befestigerschaft aufzeigt,
4 eine Befestigereinheit mit einem Befestiger und einer verliersicher an deren Schaft fixierten Scheibe,
5 eine alternativ gestaltete Befestigereinheit,
6 zwei mit Hilfe einer Befestigereinheit nach 4 miteinander verbundene Bauteile in teilweise geschnittener Ansicht.
Eine exemplarisch in 4 und 5 dargestellte Befestigereinheit 1 umfasst einen Befestiger 2 und eine Unterlegscheibe bzw. Scheibe 3. Der Befestiger weist einen Schaft 4 auf, an dessen einem Ende ein Kopf 5 angeformt ist. Der Kopf 5 bzw. dessen Kopfunterseite 6 ragt radial über den Schaftumfang hinaus.
Der Schaft 4 ist in zwei unterschiedliche Längsabschnitte, nämlich einen sich vom Kopf 5 bzw. von der Kopfunterseite 6 weg erstreckenden ersten Schaftabschnitt 9 und einen sich daran anschließenden zweiten Schaftabschnitt 10, unterteilt. An seinem Umfang ist der zweite Schaftabschnitt 10 mit einem Fixierelement F versehen, welches bei den in den Abbildungen gezeigten Ausführungsbeispielen ein Gewinde 13 ist. Das Fixierelement F bzw. das Gewinde 13 kann sich bis zu dem vom Kopf entfernten Ende 14 des Schafts 4 erstrecken oder, wie dies bei den gezeigten Ausführungsbeispielen der Fall ist, mit einem Axialabstand davor enden. Der sich vom Fixierelement bis zum Ende 14 erstreckende Längsabschnitt des Schafts ist dann zweckmäßigerweise als Suchspitze 15 ausgebildet. Der Schaft 4 weist ein Hintergriffselement H auf, welches über den Schaftumfang des ersten Schaftabschnitts 9 radial hinaussteht. Das Hintergriffselement H ist beispielsweise von einem zwischen dem Kopf 5 und dem zweiten Schaftabschnitt 10 angeordneten Ringvorsprung 16 (1–4, 6) oder von dem kopfnahen Ende 17 des Fixierelements F (5) gebildet.
Die Scheibe 3 und ein zur Herstellung der Befestigereinheit 1 dienender Scheibenrohling 3' weisen eine zentrale Durchgangsöffnung 18, 18' auf. An ihrem Außenrand ist ein Elastomerring 20 fixiert. Der Durchmesser 23' der Durchgangsöffnung 18' des Scheibenrohlings 3' ist größer als der Durchmesser des Hintergriffselements H, d. h. größer als der Durchmesser 25 des Fixierelements F (5) oder größer als der Durchmesser 24 des Ringvorsprungs 16 (4).
Zur Herstellung der Befestigereinheit 1 wird der Befestiger 2, der bereits an seinem zweiten Schaftabschnitt 10 mit einem Fixierelement F versehen ist, soweit in die Durchgangsöffnung 18' des Scheibenrohlings 3' eingesteckt, dass diese von dem ersten Schaftabschnitt 9 des Schafts 4 zumindest teilweise durchgriffen ist. Die axialfeste bzw. verliersichere Fixierung der Scheibe 3 am Schaft 4 erfolgt durch eine radial nach innen gerichtete plastische Verformung des die Durchgangsöffnung 18' umgrenzenden Randbereiches 26' des Scheibenrohlings 3'. Die plastische Verformung, welche den gesamten Randbereich 26' oder nur Teile davon, etwa in Umfangsrichtung beabstandete Abschnitte, erfassen kann, bewirkt eine Verkleinerung der Durchgangsöffnung 18' derart, dass der – plastisch verformte – Randbereich 26 der Scheibe 3 das Hintergriffselement H auf dessen dem Kopf 5 zugewandten Seite zumindest teilweise radial überlappt. Mit anderen Worten ragt nach der plastischen Verformung der verformte Randbereich 26 der Scheibe 3 zumindest teilweise in den sich zwischen dem Hintergriffselement H und der Kopfunterseite 6 erstreckenden Hintergriffsraum 21 (1, 5) hinein. Die kleinste radiale Abmessung bzw. der Durchmesser 23 der Durchgangsöffnung 18 ist dann kleiner als der Durchmesser 24 des Ringvorsprungs 16 bzw. gemäß 5 kleiner als der Durchmesser 25 des Fixierelements F. Die radial nach innen gerichtete plastische Verformung des Randbereichs 26' des Scheibenrohlings 3' wird in einem solchen Ausmaß durchgeführt, dass im Endmontagezustand gemäß 4 oder 5 zwischen der Scheibe 3 und dem ersten Schaftabschnitt 9 kein Radialspiel vorhanden ist. Dies hat insbesondere im Fall einer dichtenden Scheibe 3 den Vorteil, dass die Scheibe 3 konzentrisch zum Schraubenkopf 5 angeordnet ist und damit im verspannten Zustand gemäß in 6 eine gleichmäßige Druckverteilung bzw. Dichtfunktion erreicht wird.
Bei der in Rede stehenden plastischen Verformung wird Material des Randbereiches 26' des Scheibenrohlings 3' radial nach innen verdrängt. Um dies zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn der Randbereich 26' zumindest ein aus wenigstens einer Stirnseite 27, 28 des Scheibenrohlings 3' erhaben vorstehendes, radial nach innen plastisch verformbares Verformungselement 29 aufweist. Das wenigstens eine Verformungselement 29 steht dabei vorzugsweise aus der dem Kopf 5 zuwandten Stirnseite 27 des Scheibenrohlings 3' hervor. Zur plastischen Verformung des wenigstens einen Verformungselements 29 wird ein Gegenhalter 30 mit einer Aufnahmebohrung 33 für den Befestigerschaft 4 verwendet. Der Schaft 4 des Befestigers 2 wird in die Aufnahmebohrung 33 eingesteckt und der Kopf 5 in Richtung des Pfeils 34 mit einer Kraft beaufschlagt. Auf diese Weise wird das wenigstens eine Verformungselement 29 von der Kopfunterseite 6 in Axialrichtung beaufschlagt und dabei radial nach innen in den Hintergriffsraum 21 hineingebogen bzw. plastisch verformt. Wenn, wie dies vorzugsweise der Fall ist, das wenigstens eine Verformungselement 29 auf der dem Kopf 5 zugewandten Stirnseite 27 des Scheibenrohlings 3' angeordnet ist, kann es problemlos soweit radial nach innen verformt werden, dass es den Umfang des ersten Schaftabschnitts 9 berührt. Bei einer Anordnung des Verformungselements 29 an der Kopf abgewandten Stirnseite 28 des Scheibenrohlings 3' wäre eine derartige Umformung wegen des radial über den Umfang des ersten Schaftabschnitts 9 vorstehenden Hintergriffselements H nicht ohne weiteres möglich.
Das wenigstens eine Verformungselement 29 ist ganz allgemein von einer Materialanhäufung im Randbereich 26' des Scheibenrohlings 3' gebildet und beispielsweise als umlaufender, erhaben aus einer Stirnseite 27, 28 vorstehender Wulst (nicht gezeigt) ausgestaltet. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen sind mehrere in Umfangsrichtung des Randbereichs 26' beabstandete, als Einzelvorsprünge ausgebildete Verformungselemente 29 vorhanden. Die Durchgangsöffnung 18 der Scheibe wird in diesem Fall durch die radial nach innen umgebogenen – verformten – Verformungselemente 29a verengt, wobei diese den Ringvorsprung 16 bzw. das Fixierelement – wie beschrieben – radial überlappen. Das radial nach innen gerichtete plastische Verformen eines Verformungselements 29 wird dadurch erleichtert, dass dieses eine Schrägfläche 35 aufweist, welche mit der von dem Scheibenrohling 3' aufgespannten Ebene 36 einen sich zur Mittellängsachse 37 des Scheibenrohlings 3' hin öffnenden spitzen Winkel α bildet.
In 6 ist ein Anwendungsbeispiel gezeigt, bei dem ein erstes Bauteil 38 mit Hilfe einer Befestigereinheit 1 mit einem zweiten Bauteil 39 verbunden wird. Der Schaft 4 des Befestigers 2 durchgreift dabei eine Bohrung 40 im ersten Bauteil 38 und greift mit seinem Gewinde 13 in ein Gegengewinde 41 im zweiten Bauteil 39 ein. Die Scheibe 3 wird vom Befestigerkopf 5 gegen das erste Bauteil 38 gedrückt. Wenn die Scheibe wie im gezeigten Beispiel mit einem Elastomerring 20 versehen ist, so weist dieser zweckmäßigerweise eine Dicke 42 auf, die größer ist als die Dicke 43 der Scheibe 3 (siehe 4). Der im unbelasteten Zustand aus zumindest einer der Stirnseiten 27, 28 der Scheibe 3 vorstehende Elastomerring 20 wird im belasteten Zustand bzw. bei angezogenem Befestiger 2 unter Abdichtung der Trennfugen zwischen der Scheibe 3 und dem Kopf 5 sowie dem ersten Bauteil 38 axial komprimiert.
Bezugszeichenliste

1: Befestigereinheit
2: Befestiger
3: Scheibe
3': Scheibenrohling
4: Schaft
5: Kopf
6: Kopfunterseite
7: Durchmesser (von 5)
8: Durchmesser (von 4)
9: erster Schaftabschnitt
10: zweiter Schaftabschnitt
13: Gewinde
14: Ende
15: Suchspitze
16: Ringvorsprung
17: Kopfnahes Ende (von F)
18: Durchgangsöffnung
20: Elastomerring
21: Hintergriffsraum
23: Durchmesser (von 18)
24: Durchmesser (von 16)
25: Durchmesser (von F)
26: Randbereich
27: Stirnseite
28: Stirnseite
29: Verformungselement
30: Gegenhalter
33: Aufnahmebohrung
34: Pfeil
35: Schrägfläche
36: Ebene
37: Mittellängsachse
38: Bauteil
39: Bauteil
40: Bohrung
41: Gegengewinde
42: Dicke
43: Dicke

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Befestigereinheit (1), die einen Befestiger (2) mit einem Schaft (4) und einem radial über den Schaft (4) hinaus ragenden Kopf (5) sowie eine von einer zentralen Durchgangsöffnung (18) durchsetzte Scheibe (3) umfasst, wobei der Schaft (4) einen sich vom Kopf (5) weg erstreckenden, die Durchgangsöffnung (18) durchgreifenden ersten Schaftabschnitt (9) und einen sich daran anschließenden, an seinem Umfang mit einem Fixierelement (F) versehenen zweiten Schaftabschnitt (10) aufweist, und wobei am Schaft (4) ein radial über den Schaftumfang des ersten Schaftabschnitts (9) hinaus ragendes Hintergriffselement (H) vorhanden ist, welches von einem die Durchgangsöffnung (18) umgrenzenden Randbereich (26) der Scheibe (3) auf seiner dem Kopf (5) zugewandten Seite zumindest teilweise radial überlappt wird, mit folgenden Schritten: a) es wird ein Befestiger (2) bereitgestellt, dessen zweiter Schaftabschnitt (10) bereits mit einem Fixierelement (F) versehen ist, b) es wird ein Scheibenrohling (3') mit einer Durchgangsöffnung (18') bereitgestellt, deren Durchmesser (23') größer ist als der Durchmesser (24, 25) des Hintergriffselements (H), c) der Befestiger wird so weit in die Durchgangsöffnung (18') eingesteckt, dass diese von dem ersten Schaftabschnitt (9) durchgriffen ist, d) durch eine radial nach innen gerichtete plastische Verformung zumindest eines Teils des Randbereichs (26') des Scheibenrohlings (3') wird die Durchgangsöffnung (18') unter Ausbildung der genannten radialen Überlappung verkleinert.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Befestigers (2), dessen Hintergriffselement (H) das am zweiten Schaftabschnitt (10) vorhandene Fixierelement (F) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Befestigers (2) mit einem radial über den Schaftumfang des zweiten Schaftabschnitts (10) vorstehenden Hintergriffselement (H).
Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Befestigers (2) mit einem als Ringvorsprung (16) ausgebildeten Hintergriffselement (H).
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hintergriffselement (H, 16) zwischen dem ersten Schaftabschnitt (9) und dem zweiten Schaftabschnitt (10) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Scheibenrohlings (3'), dessen die Durchgangsöffnung (18) umgrenzender Randbereich (26') zumindest ein aus wenigstens einer Stirnseite (27, 28) des Scheibenrohlings (3') erhaben vorstehendes, radial nach innen plastisch verformbares Verformungselement (29) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Verformungselement (29) aus der dem Kopf (5) zugewandten Stirnseite (27) des Scheibenrohlings (3') erhaben vorsteht.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheibenrohling (3') mehrere in Umfangsrichtung des Randbereichs (26') beabstandete Verformungselemente (29) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Verformungselement (29) eine Schrägfläche (35) aufweist, welche mit der von dem Scheibenrohling (3') aufgespannten Ebene (36) einen sich zur Mittellängsachse (37) des Scheibenrohlings (3') öffnenden spitzen Winkel (α) einschließt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine radial nach innen gerichtete plastische Verformung zumindest eines Teils des Randbereichs (26') des Scheibenrohlings (3') derart, dass die Scheibe (3) ohne Radialspiel am ersten Schaftabschnitt (9) fixiert ist.