DE3329967A1

DE3329967A1 - Schraub- oder nietverbindung

Info

Publication number: DE3329967A1
Application number: DE19833329967
Authority: DE
Inventors: Klaus 7294 Schopfloch Fischer; Hans Peter 7560 Gaggenau Wagner
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1983-08-19
Filing date: 1983-08-19
Publication date: 1984-11-29

Description

Schraub- oder Nietverbindung
Die Erfindung betrifft eine Schraub- oder Nietverbindung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise aus der DE-AS 1182 903 als bekannt hervorgeht.
Bei dynamisch beanspruchten Schraub- oder Nietverbindungen mit lackierten-Spannflächen, wie sie beispielsweise im Fahrzeugbau.bei Rahmen für Lastkraftwagen und bei achstragenden Anschraubteilen verwendet werden, treten im Betrieb Setzungserscheinungen auf, die zu einem Vorspannungskraftverlust und somit zum Lockern der Verbindung führen können. Es muß daher Abhilfe gegen das Lockern während des Betriebes geschaffen werden.
Bei der obengenannten Entgegenhaltung, einer Sicherung für Schrauben und Muttern, handelt es sich um eine radial verlaufende Kerbverzahnung mit Sägezahnquerschnitt an der Auflagefläche des Schraubenkopfes oder der Mutter.
Diese schneidenartigen Teile arbeiten sich in die Auflagefläche ein und erzeugen einen erhöhten Widerstand wenigstens in Löserichtung der Schraubverbindung. Dadurch soll ein unbeabsichtigtes Lösen der Schraube oder Mutter vermieden werden.
Die ebenfalls vorbekannte DE-OS 25 52 964 beschreibt ein Verfahren und Einrichtung zum Anziehen einer Schraubverbindung durch künstlich geführte gleichachsige Schläge auf die Schraubverbindung, um ein Setzen herbeizuführen.
In einer Vielzahl weiterer Entgegenhaltungen sind federnde Unterlegscheiben mit Sperrzähnen in den verschiedensten Formen bekannt, die sich schneidenartig in die Auflagefläche des zu verbindenden Bauteiles einarbeiten, um dieses zu sichern; beispielsweise geschieht dies durch Ausprägungen mit dornenartigen Ansätzen in der Form von Zacken, Pyramiden oder Zungen bzw. welligen Auswölbungen oder Ringsicken.
Nachteilig an diesen Ausführungsformen ist jedoch, daß sich diese Sicherungselemente nach dem Anziehen weitgehend zusammendrücken, d.h. nachgiebig sind und bei lackierten Teilen die Lackschicht nicht vollständig durchdringen, so daß zwar eine momentane Sicherung gegen Lösen der Verbindung bewirkt wird, aber Setzungserscheinungen bei d ynamischer Beanspruchung und somit ein Lockern nicht verhindert werden. Daher müssen wichtige Schraubverbindungen nach dem Setzvorgang wieder nachgezogen werden, um den Verlust an Vorspannung zu ersetzen, der durch das langsame Abplatten von Rauhigkeitsspitzen in den Gewindegängen und in den Kontaktflächen der zu verschraubenden Bauteile entsteht.
Da die Setzvorgänge sehr langsam ablaufen, wird häufig auf das Nachziehen der Schraubverbindungen überhaupt verzichtet, was unter Umständen zu unab- sehbaren Folgeschäden führen kann.
Das laufende Nachziehen von Schraubverbindungen ist allerdings zeitraubend, lästig und kostspielig. Im übrigen ist dies an manchen Stellen aus Gründen der Zugänglichkeit gar nicht mehr oder nur sehr schwer möglich.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Ausgestaltung einer Schraubverbindung'der zugrunde gelegten Art dahingehend, daß diese auch ohne Nachziehen in ihrer Festigkeit trotz dynamischer Beanspruchung allenfalls geringfügig und in tolerierbarem Ausmaß absinkt, d.h. Begrenzung des Vorspannungskraftverlustes der Verbindung.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Durch die Ausgestaltung der schneidenartigen Wülste bzw.
Pyramiden an der Beilagscheibe in massiver Formgebung ist gewährleistet, daß diese den korrosionsverhindernden Überzug - zumeist in Form einer Lackierung - an den zu verbindenden Bauteilen bis auf den Grundwerkstoff durchdringen und somit ein Setzvorgang bei der Schraub- oder Nietverbindung nur noch in sehr begrenztem Maße. stattfinden kann, selbst bei Austreten des Lackes beispielsweise bei starker Erwärmung im Kontaktspalt. Dabei wird die geforderte Vorspannkraft auch nach dynamischer Beanspruchung noch eingehalten, ohne daß es zu Lockerungserscheinungen kommt. Versuche an Schwingprüfständen eines Schraubenherstellers haben in diesem Zusammenhang bei einem optimierten Scheibenelement einen noch verbleibenden Vorspannkraftverlust von ca. 10% der Montagevorspannkraft ergeben. Das Profil dieses Scheibenelementes muß hierbei so gestaltet sein, daß es einerseits beim Anziehen einer Schraube die ca. O,lmm dicke Lackschicht durchdringt, dabei aber dennoch so wenig wie möglich in den metallischen Untergrund eindringt. Das Setzverhalten einer derartigen Schraubverbindung ist im übrigen von vielen Parametern abhängig und somit nur schwer rechnerisch zu erfassen.
Im Normalfall handelt es sich bei dem Erfindungsgegenstand um eine Schraub- oder Nietverbindung verschiedener entlang eines Kontaktspaltes aneinander anliegender lackierter Bauteile, bei denen im Kontaktspalt um den Schrauben- oder Nietschaft herum eine Beilagscheibe mit schneidenartigen Wülsten oder Pyramiden eingelegt ist. Nach Anspruch 2 ist jedoch auch die Ausbildung einer Ausnehmung im Kontaktspalt durch die Formgebung der Bauteile entsprechend der Größe der Beilagscheibe möglich, d.h. daß zwischen den zu verbindenden Bauteilen Platz für eine profilierte Beilagscheibe geschaffen ist.
Die schneidenartigen Wülste sind als konzentrische Kreiswülste ausführbar oder als radial nach:außen führende Einzelerhebungen bzw. als gleichmäßig verteilte spitze Pyramiden, jeweils an einer oder an beiden Seiten der Beilagscheibe. Bei beidseitiger Ausführung sind die Wülste bzw. Pyramiden genau gegenüberliegend anzuordnen, um den Kraftfluß zu verbessern.
Hinsichtlich der Dimensionierung ist die Wülst- bzw.
Pyramiden-Höhe mit etwa 0,2 bis 0,3 Millimeter zu bemessen und der Kantenradius mit ca. 0,02mm. Die Flankenneigung der Wülste bzw. Pyramiden gegenüber der Anlagefläche sollte jeweils etwa 450 betragen, so daß ein Winkel von etwa 900 für die Erhebungen zustande kommt.
Schließlich ist in Ausgestaltung der zugrunde gelegten Art von Schraubverbindungen die Anbringung der Beilagscheiben auch unter dem Schrauben- bzw. Nietkopf und / oder unter der Mutter vorgesehen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen vor allem darin, durch die beschriebenen Maßnahmen das alte Problem des Setzverhaltens von Schraub- oder Nietverbindungen bei lackierten Oberflächen hinsichtlich des Vorspannungskraftverlustes und dem daraus resultierenden Lockern der Verbindung in tolerierbarem Ausmaß bei dynamischer Beanspruchung zu begrenzen. Durch die massiven ein- oder beidseitigen Erhebungen der Beilagscheiben in Verbindung mit einem Werkstoff mindestens gleicher Härte wie der Grundwerkstoff der zu verbindenden Bauteile ist ein Durchdringen der Lack- bzw. Korrosionsschicht gewährleistet.
Die Erfindung ist an Hand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Dabei zeigen: Figur 1 eine erfindungsgemäße Schraubverbindung zweier Bauteile mit einer Beilagscheibe mit schneidenartigen Wülsten im Kontaktspalt Figur 2 die perspektivische Darstellung einer Beilagscheibe mit massiven konzentrischen Kreiswülsten, Figur 3 die perspektivische Darstellung einer Beilagscheibe mit radial nach außen führenden am Umfang gleichmäßig verteilten linearen Einzelerhebungen, Figur 4 die perspektivische Darstellung einer Beilagscheibe mit einer Vielzahl gleich.
mäßig verteilter spitzer Pyramiden, Figur 5 die vergrößerte Darstellung der Einbauverhältnisse im Kontaktspalt einer Schraubverbindung mit Schnitt durch die Beilagscheibe und die zu verbindenden Bauteile, Figur 6 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schraubverbindung, bei der eine zylindrische Ausnehmung für die Unterbringung der Beilagscheibe in den Bauteilen je zur Hälfte angebracht ist, sowie Figur 7 ein entsprechendes Ausführungsbeispiel mit einer Ausnehmung zur Unterbringung der Beilagscheibe an einem der Bauteile.
Die in Figur 1 dargestellte Schraub- (oder Niet-) Verbindung 1 besteht aus den im Kontaktspalt 2 miteinander zu verbindenden Bauteilen 11 und 12 und der dazwischen eingespannten Beilagscheibe 3, die um den Schrauben-(oder Niet-)Schaft 4 herum eingelegt ist. Die schneidenartigen beidseitig angeordneten Wülste 8 durchdringen dabei den Lack 5 bzw. sonstigen korrosionsverhindernden Überzug an der Anlagefläche 6 bis auf den Grundwerkstoff 10 der Bauteile 11 und 12.
Als Ausführungsbeispiel zeigt Figur 2 die perspektivische Darstellung einer Beilagscheibe 3 mit massiven konzentrischen Kreiswülsten 8 um die Mittelachse der Beilagscheibe.
In Figur 3 ist eine Beilagscheibe 3'dargestellt mit radial nach außen führenden am Umfang gleichmäßig verteilten linearen Wülsten 8' und Figur 4 zeigt eine Beilagscheibe 3" mit einer Vielzahl gleichmäßig verteilter spitzer Pyramiden 9. Bei allen Ausführungsbeispielen beträgt die Wulst- bzw. Pyramiden-Höhe etwa 0,2 bis 0,3 mm und der Kantenradius etwa 0,02 mm.
Bei Beilagscheiben mit beidseitig angebrachten Wülsten oder Pyramiden sind diese jeweils genau gegenüberliegend anzuordnen, um somit den Kraftfluß der Schraub- bzw. Nietverbindung zu verbessern.
Figur 5 veranschaulicht in vergrößerter Darstellung die Einbauverhältnisse im Kontaktspalt 2 einer Schraubverbindung mit Schnitt durch die Beilagscheibe 3 und die zu verbindenden Bauteile 11 und 12, die mit Lack 5 bzw. einem sonstigen korrosionsverhindernden Überzug versehen sind, der eine Schichtdicke s von durchschnittlich etwa 0,1 mm besitzt. Demgegenüber beträgt die Höhe der Wülste 8 bzw. Pyramiden 9 h = 0,2 bis 0,3 mm und der Kantenradius r =y O,Q2 mm. Die Spitzen der Wülste bzw. Pyramiden ragen hierbei nach dem Anziehen der Schraubverbindung in den Grundwerkstoff 10 der Bauteile 11 bzw. 12 herein, d.h. sie durchdringen den Lack 5 vollständig.
Schließlich zeigen die Figuren 6 und 7 jeweils eine Schraubverbindung 1, bei der die zu verbindenden Bauteile 11 und 12 vollflächig aneinander anliegen und lediglich im Bereich um deren Durchgangslöcher 17, 18 herum eine Ausnehmung 13, 14 entsprechend der Größe der Beilagscheibe 3 gebildet ist. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 6 ist die Ausnehmung 13 zur Unterbringung der Beilagscheibe 3 je zur Hälfte in den Bauteilen 11 und 12 angebracht; in Figur 7 ist hingegen die Ausnehmung 14 nur im Bauteil 11 angeordnet, währenddessen das Bauteil 12 außer dem Durchgangsloch 18 keine weitere Ausnehmung für die Schraubverbindung besitzt. In den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 6 und 7 muß dementsprechend die Tiefe t der Ausnehmung so bemessen sein, daß die erforderliche Vorspannung der Schraubverbindung beim Anziehen erreicht wird,d.h. die Tiefe t darf keinesfalls zu groß dimensioniert werden.
Nach Anspruch 8 ist es bei der erfindungsgemäßen Schraubverbindung möglich, daß die Beilagscheiben 3 auch unter dem Schrauben- bzw. Nietkopf 15 und / oder unter der Mutter 16 angebracht sind. Hierdurch wird vor allem der Sicherungseffekt der Schraubverbindung gegen Lösen noch verstärkt. Wenn die Anlageflächen vom Schraubenkopf 15 und der Mutter 16 an den Bauteilen 11, 12 ebenfalls lackiert sind, tritt der Sicherungseffekt gegen Setzvorgänge der Schraubverbindung 1 wie im Kontaktspalt 2 zwischen den Bauteilen selbst auch hier positiv zutage. Ein weiterer Vorteil besteht in diesem Falle darin, daß ganz normale handelsübliche Schrauben und Muttern verwendet werden können und somit außer den erfindungsgemäßen Beilagscheiben keine weiteren Sicherungselemente notwendig sind, weder gegen Lösen der Schraubverbindung noch durch Setzvorgänge.
Die beschriebene Erfindung ist für alle dynamisch beanspruchten Schraub- oder Nietverbindungen mit lackierten Oberflächen verwendbar und ist im übrigen leicht mit üblichen Werkzeugen montierbar und im Bedarfsfalle auch zerstörungsfrei demontierbar. Die für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Profilierung und Ausgestaltung der Beilagscheibe kann bei wichtigen Verbindungen auf dem Schwingprüfstand und anderen Einrichtungen optimiert werden.
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Claims

Patentansprüche g1 Schraub- oder Nietverbindung verschiedener enteines Kontaktspaltes aneinander anliegender auch im Anlagebereich mit einem korrosionsverhindernden überzug, der weicher als der Grundwerkstoff ist, versehener Bauteile, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens im Kontaktspalt (2) um den Schrauben-oder Nietschaft (4) herum eine Beilagscheibe (3) eingelegt ist, die auf der einer mit einem Überzug (5) versehenen Anlagefläche (6) zugewandten Flachseite (7) gleichmäßig mit schneidenartigen, den Überzug bis auf den Grundwerkstoff durchdringenden Wülsten (8) oder mit einer Vielzahl spitzer Pyramiden (9) versehen ist und aus einem Werkstoff von mindestens etwa gleicher Härte wie der Grundwerkstoff (10) besteht.
2. Schraub- oder Nietverbindung nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß im Kontaktspalt (2) eine Ausnehmung (13,14) entsprechend der Größe der Beilagscheibe (3) durch die Formgebung der Bauteile (11, 12) gebildet ist.
3. Schraub- oder Nietverbindung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Wülste (8) als konzentrische Kreiswülste um die Mittelachse der Beilagscheibe (3) angeordnet sind.
4. Schraub- oder Nietverbindung nach einem der Ansprüche 1 - 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Wulst- bzw. Pyramiden - Höhe hmb 2 3 3 xl TOffim beträgt.
5. Schraub- oder Nietverbindung nach einem der Ansprüche 1 - 4 dadurch gekennzeichnet, daß bei Beilagscheiben (3) mit beidseitig angebrachten Wülsten (8) oder Pyramiden (9) diese jeweils genau gegenüberliegend angeordnet sind.
6. Schraub- oder Nietverbindung nach einem der Ansprüche 1 - 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Kantenradius der Wülste (8) bzw. Pyramiden (9) =s 0,02 mm beträgt.
7. Schraub- oder Nietverbindung nach einem der Ansprüche 1 - 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Flankenneigung der Wülste (8) bzw. Pyramiden (9) gegenüber der Anlagefläche jeweils etwa 450 beträgt.
8. Schraub- oder Nietverbindung nach einem der Ansprüche 1 - 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Beilagscheiben (3) auch unter dem Schrauben-bzw. Nietkopf (15) und / oder unter der Mutter (16) angebracht sind.