DE29620020U1

DE29620020U1 - Schweißbolzen mit Außengewinde

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Publication number: DE29620020U1
Application number: DE29620020U
Authority: DE
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 1996-07-05
Filing date: 1996-11-18
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2006-11-19
Also published as: DE29611741U1

Description

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Emhart Inc. 15. November 1996

E40332 KA/SL/ku4

Schweißbolzen mit Außengewinde

Die Erfindung betrifft einen Schweißbolzen mit einem freien Ende und is einem Kopf, die jeweils eine Stirnfläche des Schweißbolzens ausbilden und mit einem überwiegend zylindrischen Körper, der zumindest teilweise ein Außengewinde aufweist.

Schweißbolzen mit Außengewinde werden bevorzugt dort verwendet, wo eine entsprechende Befestigungsmöglichkeit nicht anders oder nicht in der gleichen Kürze der Zeit einer Schweißung mit vergleichbaren Eigenschaften anbringbar ist. Ein derartiger Schweißbolzen dient als Befestigungs- und Verbindungsmöglichkeit von unterschiedlichen Materialien, beispielsweise verschiedenen Blechen. Bei einer standardisierten Fertigung bietet sich die Verwendung von Schweißbolzen mit Außengewinden an, da diese für Automaten bzw. Roboter leicht zu verarbeiten sind und sich zum anderen durch eine hohe Verarbeitungsgenauigkeit auszeichnen. Die durch einen derartigen Schweißbolzen zu befestigenden Materialien unterliegen oftmals verschiedenen Beanspruchungen. Sei es nun durch Schwingungen verursacht oder durch Reckung, eine entsprechende Verschraubung des Schweißbolzens unterliegt immanent immer der Gefahr der Lösung. Daher werden teilweise Muttern mit Sicherungen verwendet oder Federringe zwischengesetzt, die ein Lösen verhindern sollen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schweißbolzen mit Außengewinde zur Verfugung zu stellen, der einen besonderen Schutz gegen Lösen einer Verschraubung aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schweißbolzen mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ein Schweißbolzen mit einem freien Ende und einem Kopf, die jeweils eine

&iacgr;&ogr; Stirnfläche des Schweißbolzens ausbilden, und mit einem überwiegend zylindrischen Körper, der zumindest teilweise ein Außengewinde aufweist, hat eine Hauptsteigung und/oder Hauptflankenform des Außengewindes, die überwiegt, wobei sich diese in mindestens einem Abschnitt des Außengewindes ändert. Eine Änderung der Steigung und/oder Flankenform des Außengewindes führt beim Aufziehen beispielsweise einer Mutter dazu, daß die entsprechenden Gewindegänge der Mutter in diesem Abschnitt praktisch verkantet sind. Diese Verkantung führt zu einer besonderen Haftung zwischen der Mutter und dem Schweißbolzen in diesem Abschnitt. Diese erhöhte Reibung macht einen Schweißbolzen mit einem derartigen Außengewinde und aufsitzender Mutter störunanfälliger gegenüber von außen anliegenden Schwingungen oder Bewegungen. Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn die Steigung und/oder Flankenform des Außengewindes in dem Abschnitt so geändert ist, daß das Innengewinde des zu befestigenden Teiles quasi gequetscht wird. Diese Verquetschung führt, über den Gewindegang betrachtet, zu einer Ausfüllung der ansonsten vorhandenen Lücken.

Die Änderung der Flankenform ist beispielsweise durch einen Übergang von einem Trapez-, Sägen- oder Rundgewinde zu einem Spitzgewinde bzw. in anderer Kombination erzielbar. Die Änderung der Flankenform bezieht sich jedoch nicht nur auf die gesamte Ausgestaltung der Flanke in dem geänder-

ten Abschnitt, sondern auch auf einzelne Teile der Flanke. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Schweißbolzens sieht diesen mit unveränderter Oberflanke entsprechend der Hauptflankenform vor, während die Unterflanke so geändert ist, daß bei Aufschrauben der Mutter sich hohe Anziehmomente ergeben.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch unterschiedliche Festigkeiten entlang des Schweißbolzens. Besonders im Bereich der geänderten Flankenfbrm unterstützt eine geringere Festigkeit die Quetschung beim Aufziehen einer Mutter. Festigkeitsunterschiede, wie sie durch Walzen oder Wärmebehandlung ausführbar sind, verändern nicht nur in günstiger Weise das Zusammenspiel

&iacgr;&ogr; zwischen dem Schweißbolzen und dem aufzuziehenden Teil, sondern dienen als Schutz gegenüber zu hohen plastischen Dehnungen beim Aufziehen der Mutter mit zu hohen Andrehmomenten. Durch geeignete Auswahl der Anordnung der Festigkeitsänderung kann derjenige Bereich vorbestimmt werden, der aufgrund von zu hohen Anziehmomenten als erstes Kerberscheinungen aufweist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden anhand der folgenden Zeichnung näher erläutert. Vorteilhafte Kombinationen der offenbarten Merkmale, insbesondere die Übertragung und/oder Verknüpfung von Merkmalen bezüglich einer Änderung, der Steigung auf eine Änderung der Flankenform und umgekehrt, ergeben weitere günstige Ausführungsformen. Es zeigen:

Figur 1 Einen Schweißbolzen mit einem Abschnitt eines sich ändernden

Außengewindes,

Figur 2 einen Schweißbolzen mit mehreren Abschnitten, die unterschiedliche Steigungen haben und

Figur 3 einen angeschweißten Schweißbolzen mit aufgezogener Mutter,

V 4*.

Figur 4 einen Schweißbolzen mit einer Sonderflanschmutter,
Figur 5 einen Schweißbolzen mit Nuten im Außengewinde und

Figur 6 einen weiteren angeschweißten Schweißbolzen mit aufgezogener Mutter.

Ein Schweißbolzen 1 mit einem freien Ende 2 und einem Kopf 3, die jeweils eine Stirnfläche 4 bzw. 5 des Schweißbolzens 1 ausbilden, hat einen

&iacgr;&ogr; zylindrischen Körper 6. Der zylindrische Körper 6 weist ein Außengewinde 7 auf, welches durch Linien angedeutet ist. Das Außengewinde 7 weist eine Hauptsteigung auf, die hier dadurch angedeutet wird, daß die Linien des Außengewindes 7 einen in etwa gleichen Abstand voneinander aufweisen. Dort jedoch, wo die Linien mehr aneinander rücken, liegt ein Abschnitt A vor, in dem sich die Steigung des Außengewindes 7 ändert. Ein anderer Steigungswinkel gegenüber der Hauptsteigung führt bei einer aufzuschraubenden Mutter dazu, daß in dem Abschnitt des sich ändernden Außengewindes 7 zwar zum einen nur ein erschwertes Aufdrehen möglich ist, zum anderen die entstehenden Reibkontakte sich so ausbilden, daß ein Lösen der dann geschaffenen Verbindung aber auch entsprechend höhere Kräfte gegenüber einer herkömmlichen Verbindung von Mutter und Schweißbolzen 1 in einem Bereich mit der Hauptsteigung erfordert. ,. ...

Figur 2 zeigt einen weiteren vorteilhaften Schweißbolzen 1 mit Außengewinde 7. Das Außengewinde 7 weist ineinanderübergehende Abschnitte A₁, A₂ und A₃ mit unterschiedlichen Steigungen auf. In Aufziehrichtung eines zu befestigenden Teiles mit Innengewinde, also beispielsweise einer Mutter, liegt nach einem Bereich mit der Hauptsteigung zuerst ein Abschnitt A₁ des Außengewindes 7 mit zunehmender Steigung vor, an die sich ein Abschnitt A₂ mit abnehmender Steigung anschließt. Darauf folgt wiederum ein Ab-

schnitt A₃ mit zunehmender Steigung. Diese nimmt inbesondere bis zum Erreichen wiederum der Hauptsteigung zu. Nach einem Abschnitt mehrerer Gewindegänge mit der Hauptsteigung kann sich die Änderung der Steigung des Außengewindes 7 wiederholen. Natürlich kann eine Änderung auch in anderer Reihenfolge erfolgen oder Bereiche mit der Hauptsteigung dazwischen liegen. Insbesonders vorteilhaft ist eine oszillierende Steigungsänderung, da dadurch verschiedene Örtlichkeiten über die Länge des Schweißbolzens 1 vorhanden sind, die sich für eine Befestigung einer Mutter besonders auszeichnen. Mehrere Abschnitte A₁, A₂, A₃ mit sich ändernden Steigungen

&iacgr;&ogr; sind insbesondere für derartige Schweißbolzen 1 geeignet, bei deren Verwendung noch nicht feststeht, auf welcher Höhe des Außengewindes 7 eine später zu befestigende Mutter oder ein entsprechend zu befestigendes Teil mit Innengewinde sitzt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steigungsänderung von Abschnitt zu Abschnitt zunimmt, so daß ein aufzudrehendes Gewinde immer noch einer gewissen Veränderung unterzogen werden kann.

Figur 3 zeigt einen Schweißbolzen 1, welcher nur einen Abschnitt A mit einer geänderten Steigung aufweist. Das Außengewinde 7 weist zu Beginn am freien Ende 2 mindestens zwei Gewindegänge mit der Hauptsteigung auf, so daß eine Mutter 10 eine Mindesthaftung hat, bevor sie in den Bereich der geänderten Steigung A eindrehbar ist. Dieser Schweißbolzen 1 bietet sich insbesondere für Verarbeitungen an, bei denen die Abmaße bezüglich bei-, spielsweise eines zu befestigenden Bleches 8 in Bezug zu einer Grundplatte 9, an die der Schweißbolzen 1 befestigt ist, vorgegeben sind. Über diese Abmaße, beispielsweise die Materialdicke des Bleches 8, ist der Bereich ermittelbar, in dem eine Mutter 10 zum Sitzen kommt. Der Abschnitt A mit einer sich ändernden Steigung ist dann in diesem Bereich vorzusehen. Dadurch wird erreicht, daß die zu befestigende Mutter 10 beim Aufziehen auf den Schweißbolzen 1 nur ein einziges Mal, nämlich beim Erreichen des Abschnittes A den Kräften am Innengewinde ausgesetzt wird, welche durch

die Steigungsänderung verursacht werden. Mögliche Materialquetschungen treten dann auch erst in diesem Bereich zum ersten mal auf, wodurch die höchste Verbindung zwischen Schweißbolzen 1 und Mutter 10 herstellbar ist. Vorteilhafterweise weist der Abschnitt A mindestens zwei Gewindegänge auf, die eine, gegenüber der Hauptsteigung, geänderte Steigung haben. Dieses bewirkt, daß die Mutter 10 eine äußerst hohe Bindung mit dem Schweißbolzen 1 erfährt. Da eine Änderung der Steigung beim Schweißbolzen 1 als solches diesem nicht unbedingt sofort anzusehen ist, geschweige denn, inwieweit sich die Steigung ändert, ist es besonders günstig, daß der

&iacgr;&ogr; Schweißbolzen eine Kennzeichnung trägt. Diese Kennzeichnung gibt eine Unterscheidungsmöglichkeit, um festzustellen, um was für einen Schweißbolzen es sich handelt. Insbesondere ist eine Kennzeichnung bezüglich des Ortes und/oder der Art der Steigungsänderung vorzusehen, damit nicht versehentlich unterschiedliche Bolzen an falschen Stellen verwendet werden.

is Die Kennzeichnung kann farblich oder über entsprechende Bearbeitung, beispielsweise Riffelung oder Prägung eines Teils, vorzugsweise des Randes des Schweißbolzens, erfolgen. Als Kennzeichnung kann allerdings auch dienen, daß der zylindrische Körper einen Bereich ohne Außengewinde aufweist. Insbesonders dann liegt der Abschnitt A mit einer geänderten Steigung als Anschluß zu einem derartigen Bereich. Allerdings kann der Schweißbolzen 1 in einer günstigen Ausgestaltung einen Bereich ohne Außengewinde auch deswegen aufweisen, um dort den Aufsatz eines anderen Materiales zu ermöglichen. In einer Weiterentwicklung weist der Schweißbolzen 1 im Außengewinde 7 mindestens eine Phase auf, vorzugsweise mindestens zwei oder drei, insbesondere vier Phasen. Damit wird gewährleistet, daß insbesondere bei oszillierender sich ändernder Steigung unter Umständen sich ergebende Materialabtragungen nicht das Gewinde zerstören, sondern über die Phase nach außen getragen werden können. Um das Aufbringen einer Mutter 10 oder eines anderen Teiles mit Innen-gewinde auf den Schweißbolzen 1 zu unterstützen, weist dieser vorteilhafterweise zu-

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mindest einen Teil des Außengewindes als selbstschneidend auf. Ein Aufziehen der Mutter 10 wird dadurch erleichtert. Gleichzeitig besteht dann die Möglichkeit, mit Untermaßen zu arbeiten, insbesondere bezüglich der Verbindung des Abschnittes A und der dort aufsitzenden Mutter 10.

Figur 4 zeigt einen Schweißbolzen 1 mit einer Mutter 10, wobei diese eine Sonderflanschmutter ist. Diese vorteilhafte Ausgestaltung wird bevorzugt im Automobilbau verwendet. Die Aufgabe dieser Verbindung des Schweißbolzens 1 mit der Mutter 10 ist es, daß ein Flansch nach dem Schweißen und

&iacgr;&ogr; Lackieren einer Karosse oder eines anderen Bauteiles lackfrei zur Verfugung steht. Diese Lackfreiheit wird beispielsweise für einen Flansch benötigt, der zur Massebefestigung dienen soll. Bei einem Schweißbolzen 1 mit einem Außengewinde, welches als Steigung allein die Hauptsteigung aufweist, muß ein zu befestigendes Teil, in diesem Falle die Mutter 10, mit hohen Vor-Spannkräften auf den Schweißbolzen 1 aufmontiert werden. Bei zu niedrigen Vorspannkräften wird ansonsten beim Schweißen durch die auftretende Wärme die Verbindung zwischen der Mutter 10 und dem Schweißbolzen 1 gelöst, so daß sich Lack aufgrund der Kapillarwirkung zwischen diesen hochziehen kann. Dieses kann dazu führen, daß Massepunkte mit einer isolierenden Schicht überzogen werden. Der Abschnitt A der geänderten Steigung ist daher bevorzugt nahe dem Kopf 3 vorhanden. Dort wirkt er neben einer Sicherung der Mutter 10 auch als eine Sperre, beispielsweise für den Lack. Auch andere Schweißbolzen, die bestimmte Oberflächeneigenschaften aufweisen sollen, nach Bearbeitungsvorgängen wie Anschweißen oder Lackieren, können mittels eines entsprechenden Aufsatzes sowie einer sich ändernden Gewindesteigung effektiv geschützt werden.

Figur 5 zeigt einen Schweißbolzen 1, der an seinem Außengewinde 7 Nuten 11 aufweist. In Bereichen, wo Schweißbolzen 1 beispielsweise stark überlackiert werden, besteht die Gefahr, daß sich die Gewindegänge mit dem

Lack zusetzen, so daß eine Mutter oder ein anderes Bauteil sich nicht mehr befestigen lassen, es sei denn man verwendet große Drehmomente. Dabei besteht allerdings die Gefahr, daß das Gewinde des zu befestigenden Bauteiles oder aber das Außengewinde 7 beschädigt werden können. Daher ist es vorteilhaft, wenn der Schweißbolzen 1 in zumindest einem Teil seines Außengewindes 7 mindestens eine Nut 11 aufweist. Durch diese Nut 11 kann Lack oder auch ein anderer störender Überzug beim Aufdrehen beispielsweise der Mutter abgeführt werden. Weiterhin dient eine Nut 11 als Stauraum, um den vom Gewinde gelösten Lack aufnehmen zu können. Die

&iacgr;&ogr; Sicherung der so aufgedrehten Mutter erfolgt dann in einem Abschnitt A mit geänderter Steigung gegenüber der Hauptsteigung. Die sich ändernde Steigung A ist insbesondere so ausgelegt, daß Überzugsreste im Gewinde der Mutter sicher gelöst werden und keine Störung der Verbindung, insbesondere keine Lösung derselben, verursachen kann. Günstigerweise ist das Gewinde in dem Abschnitt A dann auch selbstschneidend. Damit kann es sich auch von einem anderen Abschnitt des Außengewindes 7 unterscheiden.

Figur 6 zeigt in Anlehnung an Figur 3 ebenfalls einen Schweißbolzen 1, welcher auch nur einen Abschnitt A mit einer geänderten Steigung aufweist.

Der in diesem Abschnitt A dargestellte Gewindegang 12 hat neben der geänderten Steigung auch gegenüber der Hauptflankenform eine andere Geometrie. Diese ist so gewählt, daß durch das Aufziehen der Mutter 10 eine plastische Verformung an der Ober- 13 und Unterflanke 14 auftritt. Durch geeignete Auswahl des Innengewindes der Mutter 10 zu dem Außengewinde 7 des Schweißbolzens 1 für den Gewindegang 12 ist die plastische Verformung so vorherbestimmbar, daß, wie in der Figur 6 dargestellt, zumindest ein Teil der Unterflanke 14 derartig gequetscht wird, daß zum einen an der Oberflanke 13 eine große Kraftübertragungsfläche entsteht und zum anderen Material des Gewindeganges 12 tiefer in das Innengewinde der Mutter 10 gedrängt wird. Durch Kombination der Änderung der Gewinde-

Steigung mit der Änderung der Flankenform wird das quasi Quetschen des Gewindeganges 12 besonders verstärkt. Der in Aufziehrichtung der Mutter nachfolgende Gewindegang 15 besitzt zwar die gleiche Steigung wie die Hauptsteigung, die Unterflanke 16 des Gewindeganges 15 hat aber eine andere, in diesem Falle runde Flankenform. Die Geometrie der Unterflanke 16 muß jedoch nicht rund sein. Vielmehr sind ovale, anders geschrägte und auch kantige Geometrien einsetzbar. Die Flankenform ist weiterhin so gestaltbar, daß ein definierter Quetschbereich sich auf dieser ergibt. Dieses kann, wie schon aufgezeigt, durch Änderung der gesamten Geometrie aber

&iacgr;&ogr; auch nur von Teilen von ihr erzielt werden. Auch das Vorhandensein von kleinen Erhebungen oder ähnlichem, welche in der Lage sind, Material zum Verquetschen zur Verfügung zu stellen, sind in der Lage, einen Quetschbereich auszubilden.

Die in den jeweiligen Figurenbeschreibungen dargestellten Merkmale bezüglich unterschiedlicher Steigungen bzw. unterschiedlicher Flankenformen sind aufeinander übertragbar bzw. vorteilhaft so miteinander verbindbar, daß das ungewollte Lockern der Verbindung von Schweißbolzen und Mutter dauerhaft verhindert ist.

Claims

Emhart Inc. 15. November 1996

E40332 KA/SL/ku4

Ansprüche

&iacgr;&ogr; 1. Schweißbolzen (1) mit einem freien Ende (2) und einem Kopf (3), die jeweils eine Stirnfläche (4, 5) des Schweißbolzens (1) ausbilden, und mit einem überwiegend zylindrischen Körper (6), der zumindest teilweise ein Außengewinde (7) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß

is das Außengewinde (7) eine Hauptsteigung und/oder eine Hauptflankenform hat, die überwiegt, wobei sich diese in mindestens einem Abschnitt (A) des Außengewindes (7) ändert.
2. Schweißbolzen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengewinde (7) ineinander übergehende Abschnitte (A₁, A₂, A₃) mit unterschiedlichen Steigungen und/oder Flankenformen aufweist.
3. Schweißbolzen (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Aufziehrichtung eines zu befestigenden Teiles (10) mit Innengewinde nach einem Abschnitt des Außengewindes (J) mit der Hauptsteigung zuerst ein Abschnitt (A₂) mit abnehmender Steigung vorhanden ist und sich daran ein Abschnitt (A₃) mit zunehmender Steigung anschließt, insbesondere zunehmend bis zum Erreichen der Hauptsteigung (J), oder umgekehrt.
4. Schweißbolzen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt (A) mit einer anderen Flankenform

als die der Hauptflankenform zumindest teilweise als Quetschbereich ausgebildet ist.
5. Schweißbolzen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung und/oder die Flankenform sich oszilierend ändert.
6. Schweißbolzen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser nur einen Abschnitt (A) mit einer geänderten

&iacgr;&ogr; Steigung und/oder Flankenform aufweist, wobei das Außengewinde (7)

zu Beginn zumindest in der Nähe des freien Endes (2) mindestens zwei Gewindegänge mit der Hauptsteigung und/oder der Hauptflankenform aufweist.

is
7. Schweißbolzen (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (A) einen definierten Abstand zum freien Ende (2) und/oder Kopf (3) hat.
8. Schweißbolzen (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (A) mindestens zwei Gewindegänge umfaßt.
9. Schweißbolzen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser eine Kennzeichnung trägt, insbesondere bezüglich des Ortes und/oder der Art der Steigungsänderung und/oder der Flankenformänderung.
10. Schweißbolzen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper (6) einen Bereich ohne Außengewinde (7) aufweist.
11. Schweißbol2en (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengewinde (7) mindestens eine Fase aufweist, vorzugsweise mindestens zwei oder drei, insbesondere vier Fasen.
12. Schweißbolzen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Außengewindes (7) selbstschneidend ist.