DE4115002A1 - Unterlegscheibe fuer eine schraubverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Unterlegscheibe für eine Schraubverbindung der im Oberbegriff des Patentanspruchs ge­ nannten Art, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 32 42 545 be­ kannt ist.

Der Zusammenhalt einer Schraubverbindung, d. h. letztlich auch die Sicherheit gegen ein selbsttätiges Lösen dieser Verbindung, wird - wenn nicht zusätzliche konstruktive Vorkehrungen getrof­ fen werden - ausschließlich durch den Reibschluß zwischen den miteinander verschraubten Bauteilen bestimmt, wobei üblicher­ weise etwa 30% durch Gewindereibung und etwa 70% durch die sogenannte Kopfreibung, d. h. durch die Reibung zwischen der Auflagefläche des Schraubenkopfes bzw. Mutter und dem am Schraubenkopf bzw. der Mutter anliegenden Bauteil, aufgebracht wird.

Schwierigkeiten zur Herstellung einer sicheren und dauerhaften Schraubverbindung ergeben sich u. a. dann, wenn die Oberfläche des Bauteils, an welchem der Schraubenkopf der Befestigungs­ schraube bzw. die Mutter einer solchen Schraubverbindung zur Anlage kommt, z. B. aus Korrosionsschutzgründen o. ä. eine Fett- oder Wachsschicht trägt. Durch eine solche Fett- oder Wachsschicht wird der wirksame Reibungskoeffizient nämlich so stark verringert, daß - gleiches Anzugsmoment der Schraube vor­ ausgesetzt - die vorerwähnte Kopfreibung radikal verringert wird. In solchen Fällen kann die Gefahr, daß die Schraubver­ bindung zerstört wird, nicht immer völlig ausgeschlossen wer­ den.

Beispielsweise im Automobilbau werden häufig zu verschraubende Bauteile eingesetzt, deren Oberfläche zum Korrosionsschutz wachsbeschichtet sind. Insbesondere werden Teile der Kraftfahr­ zeugkarosserien aus Korrosionsschutzgründen häufig wachsgeflu­ tet. Auch an solchen wachsgefluteten Teilen müssen sehr oft weitere Bauteile, z. B. Radführungsglieder o. ä. sicher ange­ schraubt werden.

Der Versuch, auch in diesen schwierigen Fällen eine ausreichen­ de Verbindungssicherheit durch Verwendung niedrigerer Anzugsmo­ mente für die Verschraubung zu erzielen, scheitert im allge­ meinen. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich dann, wenn völ­ lig undefinierte, d. h. wechselnde Reibkoeffizienten vorliegen, weil die mit der Mutter bzw. der Schraube zusammenwirkende Oberfläche des zu verschraubenden Bauteils z. B. durch nur zeitweise oder zufällig auftretende Fett- oder Wachsnebel o. ä. ganz oder auch nur streckenweise mit Fett oder Wachs benetzt sein kann.

Nun könnte auch daran gedacht werden zur Erzielung einer dauer­ haften sicheren Schraubverbindung auf bekannte selbstsichernde Befestigungsschrauben zurückzugreifen, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 19 27 141, 23 08 557 oder 25 56 985 bekannt sind. Die Schraubenköpfe solcher selbstsichernden Schrauben besitzen keine glattflächige, sondern eine mit einer Mehrzahl von axi­ alen Erhöhungen ausgestattete Auflagefläche, die häufig als ra­ dial verlaufende rippenähnliche Erhöhungen ausgebildet sind. Bei einigen dieser bekannten Befestigungsschrauben (z. B. DE-OS 19 27 141, DE-OS 23 08 557) sind diese radial verlaufenden rip­ penähnlichen Erhöhungen scharfkantig ausgebildet. Sie sind da­ bei derart geneigt, daß die Befestigungsschraube zwar in übli­ cher Weise angezogen werden kann, daß die scharfkantige Aufla­ gefläche sich jedoch beim entgegengesetzten Drehen der Schraube in die Oberfläche des Bauteils eingräbt und so dem Lösen Wider­ stand entgegensetzt. Es sind aber auch selbstsichernde Schrau­ ben (z. B. DE-OS 25 56 985) bekannt, deren rippenförmigen Erhö­ hungen eine abgerundete Kontur aufweisen, um Beschädigungen der Oberfläche des Bauteils zu vermeiden.

Derartige bekannte selbstsichernde Befestigungsschrauben, ins­ besondere solche mit abgerundeten rippenförmigen Erhöhungen, haben sich in der Praxis in vielen Fällen bestens bewährt. Der Versuch jedoch, derartige bekannte selbstsichernde Schrauben auch einzusetzen, um mit hoher Schraubgeschwindigkeit maschi­ nell Schraubverbindungen mit bzw. an wachsbeschichteten o. ä. Bauteilen herzustellen, scheiterte. Es hat sich gezeigt, daß dabei durch das Riffelprofil o. ä. der selbstsichernden Schrau­ ben nicht nur die als Korrosionsschutz aufgebrachte Wachsbe­ schichtung o. ä. beseitigt, sondern darüber hinaus auch die darunter befindliche Oberfläche, z. B. Lackschichten oder sogar das Trägermaterial selbst, abgetragen bzw. stark beschädigt werden, weil die profilierte Auflagefläche der selbstsichernden Schraube ähnlich einem Fräser wirkt. Der Einsatz solcher selbstsichernden Schrauben verbietet sich in diesen Fällen, weil die mit den selbstsichernden Schrauben zusammenwirkenden Bauteile unter diesen Umständen einer erhöhten Korrosionsgefahr ausgesetzt wären.

Um trotzdem den Einsatz maschineller Schraubvorrichtungen mit hohen Schraubgeschwindigkeiten auch zur Herstellung sicherer und haltbarer Schraubverbindungen mit bzw. an Bauteilen mit glattflächigen, insbesondere gefetteten oder wachsbeschichteten Oberlächen zu ermöglichen, ist für solche Schraubverbindungen eine spezielle Unterlegscheibe entwickelt worden (DE-OS 32 42 545), deren der zumindest annähernd glattflächigen Auflageflä­ che der Mutter oder des Schraubenkopfes der Schraube zugekehrte Fläche ebenfalls zumindest annähernd glattflächig ist und deren dem Bauteil zugewandte Fläche eine Mehrzahl von Erhöhungen, vorzugsweise rippenförmigen Erhöhungen aufweist.

Durch den Einsatz solcher spezieller Unterlegscheiben können auch an bzw. mit wachsbeschichteten o. ä. Bauteilen i. a. ma­ schinell sichere und dauerhaft haltbare Schraubverbindungen hergestellt werden, ohne die aufgebrachte Korrosionsschutz­ schicht völlig zu beseitigen und ohne das darunter befindliche Trägermaterial inklusive eventueller Lackschichten zu beschädi­ gen. Die einseitig glattflächige Unterlegscheibe wird von der mit hoher Drehzahl eingeschraubten Schraube nämlich nur noch so lange mitgedreht, bis sie mit ihrer mit Erhöhungen versehenen Seite auf der wachsbeschichteten Oberfläche des Bauteils zur Auflage kommt; anschließend wird sie lediglich noch axial in bzw. durch diese Wachsschicht gedrückt, so daß eine formschlüs­ sige Verbindung zum darunter befindlichen Trägermaterial, d. h. dem zu befestigenden Bauteil o. ä. hergestellt wird. Überschüs­ siges Wachs wird dabei nach außen verdrängt, ohne jedoch unter der Unterlegscheibe völlig entfernt zu werden. Da die am Schraubenkopf anliegende glattflächige Auflagefläche der Unter­ legscheibe fett- und wachsfrei ist und auch bleibt, tritt gleichzeitig zwischen der Auflagefläche der Befestigungsschrau­ be bzw. der -mutter und der Unterlegscheibe der übliche Reib­ schluß (Kopfreibung) einer Schraubverbindung auf.

Die Herstellung solcher spezieller Unterlegscheiben ist jedoch vergleichsweise aufwendig, weil die Erhöhungen, vorzugsweise rippenförmigen Erhöhungen in einem besonderen Fertigungsschritt auf die zunächst beidseitig glattflächige gestanzte Unterleg­ scheibe aufgebracht werden muß, was z. B. durch ein Einrollen, ein Einpressen oder ähnliches Verfahren geschehen kann. Auch muß für die angestrebte Funktionsweise gewährleistet sein, daß bei der Herstellung der Schraubverbindung das durch die auf das Bauteil gedrückten Erhöhungen erzeugte Rückhalte- oder Bremsmo­ ment stets größer ist, als das vom Schraubenkopf bzw. von der Mutter auf die Unterlegscheibe übertragene Drehmoment.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun­ de, eine fertigungstechnisch einfach und kostengünstig herzu­ stellende Unterlegscheibe für Schraubverbindungen zu schaffen, die es ermöglicht, auch in den Fällen eine sichere und dauer­ haft haltbare Schraubverbindung herzustellen, in denen die der Schraube bzw. der Unterlegscheibe zugekehrte Oberfläche des zu verschraubenden Bauteils z. B. gefettet oder mit einer Wachs­ schicht versehen ist, oder sogar einen völlig undefinierten Reibkoeffizienten besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs gelöst.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen in zum Teil geschnittener Darstellung

Fig. 1 die Seitenansicht einer - im Entstehen be­ griffenen - Schraubverbindung und

Fig. 2 die perspektivische Ansicht einer hierbei verwendeten Unterlegscheibe gemäß der Erfin­ dung.

In Fig. 1 wird ein mit 3 beziffertes Bauteil, z. B. ein lackiertes Blechteil mit Hilfe einer Befestigungsschraube 2 an einem nicht weiter dargestellten Basisbauteil befestigt. Der mit einem Gewinde versehene Schraubenschaft 23 kann dabei ent­ weder unmittelbar in ein im Basisbauteil angeordnetes Gewinde oder in das Innengewinde einer hinter dem Basisbauteil befind­ lichen Mutter eingeschraubt werden. Zwischen dem Bauteil 3 und dem Schraubenkopf 21 ist eine Unterlegscheibe 1 gemäß der Er­ findung angeordnet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel auf den Schaft 23 der Schraube 2 aufgewalzt, d. h. unverlier­ bar, jedoch drehbar mit diesem verbunden ist.

Die der Unterlegscheibe 1 zugekehrte Auflagefläche 22 des Schraubenkopfes 21 ist in üblicher Weise zumindest annähernd glattflächig. Auch die dem Schraubenkopf zugekehrte Oberfläche 11 der Unterlegscheibe 1 ist zumindest annähernd glattflächig ausgebildet.

Die dem Bauteil 3 zugewandte Seite der Unterlegscheibe 1 trägt dagegen entlang dem äußeren Scheibenrand gleichmäßig verteilt angeordnete, aus der Scheibenebene axial hervorragende scharf­ kantige Zähne 13.

Wie die Schnittdarstellung der Fig. 1 erkennen läßt, weist die als Stanzteil ausgebildete Unterlegscheibe 1 im nicht eingebau­ ten bzw. in ihrem noch nicht eingespannten Zustand eine - auf ihre dem Bauteil 3 zugekehrte Seite 12 bezogen - konkave Wöl­ bung auf, so daß bei der Herstellung der Schraubverbindung der axiale Abstand zwischen dem Bauteil 3 und dem verzahnten Außen­ rand der Unterlegscheibe 1 zunächst geringer ist als zwischen dem Bauteil und dem radial inneren Bereich der Unterlegscheibe.

Die konkave Wölbung bewirkt zum einen, daß die Unterlegscheibe 1 beim Einschrauben der Schraube 2 mit Sicherheit immer erst mit ihren am äußeren Scheibenrand angeordneten scharfkantigen Zähnen 13 auf der Oberfläche 31 des Bauteils 3 zur Anlage kommt und zum anderen, daß der Schraubenkopf 21 der Schraube 2 - bzw. gegebenenfalls die Mutter der Schraubverbindung - zunächst nur im radial inneren Bereich an der Unterlegscheibe 1 anliegt und dementsprechend auf die Unterlegscheibe zunächst auch nur ein vergleichsweise kleines drehendes Moment übertragen wird. Das hat zur Folge, daß die sich mit der einschraubenden Schraube 2 zunächst frei mitdrehende Unterlegscheibe 1 beim Aufsetzen der Zähne 13 auf das Bauteil 3 praktisch sofort zum Stillstand kommt und die Zähne 13 - eine evtl. vorhandene Wachsschicht o. ä. durchdringend - axial fest auf und letztlich in das Bauteil 3 gepreßt wird. Eine gegebenenfalls auf das Bauteil 3 aufge­ brachte korrosionsschützende Lackschicht wird dabei zwar eben­ falls durchdrungen, doch ist das in der Praxis nicht weiter nachteilig, weil diese Lackverletzungen örtlich begrenzt und flächenmäßig sehr gering sind und im übrigen durch die einge­ drungenen Zähne und Wachs ausgefüllt sind. Wesentlich ist viel­ mehr, daß die Zähne durch das Sofort-zum-Stillstand-Gelangen der Unterlegscheibe keine Fräserwirkung entfalten können, was zu größeren Oberflächenverletzungen führen würde.

Wenn im Zuge des Anziehens der Schraube 2 die Wölbung der Un­ terlegscheibe 1 zunehmend geringer wird, d. h. die Unterleg­ scheibe zunehmend flachgedrückt wird, dann vergrößert sich zwar die Auflagefläche zwischen Schraubenkopf 21 und Unterlegscheibe 1 und somit auch das auf die Unterlegscheibe übertragene Dreh­ moment, doch sind die Zähne 13 zu diesem Zeitpunkt bereits so fest bzw. tief in das Bauteil 3 eingedrückt, daß die Unterleg­ scheibe 1 trotz des größer gewordenen Umfangsmoments praktisch nicht mehr - oberflächenbeschädigend - weitergedreht wird.

Durch die erfindungsgemäße Unterlegscheibe wird für die Schraubverbindung völlig unabhängig von den jeweilig noch herr­ schenden Oberflächeneigenschaften des zu verschraubenden Bau­ teils eine definierte Kopfreibung garantiert, indem die für die Verschraubung maßgebliche Relativverdrehfläche von dieser unde­ finierten Oberfläche zur definierten Verdrehfläche Unterleg­ scheibe/Schraubenkopf verlagert wird.

Der fertigungstechnische Aufwand für die erfindungsgemäße Un­ terlegscheibe ist gering. Im Gegensatz zu bekannten Unterleg­ scheiben mit rippenförmigen oder ähnlichen Erhebungen auf einer oder beiden Scheibenseiten sind für die Herstellung der axial herausragenden Zähne 13 keine zusätzlichen Fertigungsschritte erforderlich. Bei entsprechender Ausbildung des Stanzwerkzeuges für die Unterlegscheiben fallen sowohl die scharfkantigen Zähne 13 als auch die gewölbte Formgebung der Unterlegscheibe ohne Mehrkosten quasi nebenbei ab.

Claims (1)

1. Unterlegscheibe (1) für eine Schraubverbindung, mit einer der zumindest annähernd glattflächigen Auflagefläche (22) der Mut­ ter oder des Schraubenkopfes (21) der Schraube (2) der Schraub­ verbindung zugekehrten ebenfalls zumindest annähernd glattflä­ chigen Auflagefläche (11) sowie mit auf der gegenüberliegenden Scheibenfläche (12) angeordneten axialen Erhöhungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen in Form vergleichs­ weise scharfkantiger Zähne (13) entlang dem äußeren Scheiben­ rand angeordnet sind, daß die Unterlegscheibe (1) in an sich bekannter Weise als Stanzteil ausgebildet ist und - auf die die Zähne (13) tragende Scheibenfläche (12) bezogen - eine konkave Wölbung besitzt, und daß die konkave Wölbung sowie die scharfkantigen Zähne (13) während des Stanzprozesses mit ausgeformt werden.