DE102004043078A1

DE102004043078A1 - Schraubverbindung

Info

Publication number: DE102004043078A1
Application number: DE200410043078
Authority: DE
Inventors: Michael Conze
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2006-03-09

Abstract

Schraubverbindung, die zur Verbindung eines Bauelements (12) mit wenigstens einem weiteren Bauelement (14) die Bauelemente (12, 14) zwischen einer Schraube und einer Gewindemutter (20) axial verspannt. Hierzu ist die Gewindemutter (20) auf ein Gewinde an einem Schraubenschaft (18) der Schraube aufschraubbar und/oder das Gewinde am Schraubenschaft (18) ist in das Gegengewinde der Gewindemutter einschraubbar. Die aufgeschraubte Gewindemutter (20) und/oder die eingeschraubte Schraube ist bzw. sind von einem vorgespannten Federelement (26) oder Federteil in der betreffenden Aufschraub- bzw. Einschraubdrehrichtung drehbelastet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubverbindung zur Verbindung eines Bauelements mit wenigstens einem weiteren Bauelement, mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.
Insbesondere aus dem Bereich der Automobiltechnik ist es bekannt, Bauelemente über Schraubverbindungen, die eine Schraube und eine auf einen Gewindeschaft der Schraube aufschraubbare Gewindemutter aufweisen, zu verbinden und eine Verdrehsicherung vorzusehen, die ein lösendes Verdrehen der Gewindemutter und/oder der Schraube verhindern soll. Insbesondere wenn ein Bauelement ausgeprägte Kriecheigenschaften aufweist, kann sich die Schraubverbindung lockern und/oder eventuell über die nicht verdrehgesicherte Schraube oder Gewindemutter lösen. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn wenigstens ein Bauelement ein Kunststoffteil ist. In manchen Fällen ist dafür zu sorgen, dass sich die Schraubverbindung über die Lebensdauer der Bauelemente nicht löst. Hierfür sind die Bauelemente und die Schraubverbindung an die jeweiligen Anforderungen individuell meist aufwändig anzupassen.
Bekannte Schraubverbindungen, bei denen beispielsweise aus Kunststoff gefertigte Bauelemente zu verbinden sind, weisen zur Vermeidung von Kriecherscheinungen eine mit einem Gewinde versehene Metallbuchse auf, die in ein Bauelement eingesetzt oder eingeformt ist. In das Gewinde der Metallbuchse kann zur Verbindung von wenigstens zwei Bauelementen das Gewinde einer metallischen Schraube eingeschraubt werden. In diesem Fall sind die Schraubverbindung lösende oder Iockernde Kriech- oder Setzerscheinungen kaum oder weniger zu beobachten, selbst wenn die Bauelemente ausgeprägte Kriecheigenschaften aufweisen. Insbesondere die Metallbuchse erhöht jedoch die Herstellkosten der Schraubverbindung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schraubverbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruches 1 anzugeben, mit der wenigstens zwei Bauelemente sicher und spielfrei zu verbinden sind.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Das vorgespannte Federelement und/oder das vorgespannte Federteil bewirken an der betreffenden Gewindemutter und/oder Schraube ein Drehmoment, das so ausgelegt werden kann, dass sich die Schraubverbindung bei den zu erwartenden Belastungen nicht löst. Bei einer entsprechenden Auslegung kann das vorgespannte Federelement bzw. Federteil die Gewindemutter bzw. die Schraube selbsttätig nachziehen, wenn sich diese sonst bei einem beispielsweise temperatur- oder alterungsbedingten Kriech- oder Setzvorgang oder auf Grund einer axialen oder radialen Belastung lockern würde. Mit dem Federelement bzw. Federteil kann somit die Verbindung der Schraube mit der Gewindemutter gegen ein Losdrehen gesichert und ein eventuelles axiales Spiel zwischen den Bauelementen und der Schraubverbindung verhindert werden, wodurch die Bauelemente zwischen der Gewindemutter und der Schraube sicher festgehalten sind. Hierfür ist lediglich das Federelement bzw. das Federteil entsprechend zu dimensionieren und ausreichend vorzuspannen. Die Bauelemente können aus einem beliebigen Material, beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sein. Falls das Material des betreffenden verspannten Bauelements kriecht, beispielsweise bei einer entsprechenden mechanischen Belastung, kann die Schraube und/oder die Gewindemutter von dem Federelement bzw. dem Federteil nachgezogen werden. Die axiale Vorspannung nach dem Nachstellen ist von der Auslegung der Federrate des Federelements bzw. des Federteiles und der Vorspannung vor dem Nachstellen abhängig und kann so vorbestimmt werden, dass sich diese in einem gewünschten, beispielsweise geringen Maß oder nicht wesentlich verändert.

Damit an der erfindungsgemäßen Schraubverbindung die erforderlichen Spannkräfte aufgebracht werden, ist es besonders vorteilhaft wenn das Federelement und/oder gegebenenfalls das Federteil eine Blattfeder oder eine Stabfeder oder eine spiralenförmig aufgerollte Feder oder eine schraubenförmige Feder ist.

Mit einer spiralenförmig aufgerollten oder schraubenförmigen Feder können auch größere Spannwege realisiert werden.

Die Bauelemente, das Federelement bzw. Federteil, die Gewindemutter und die Schraube können aus einem beliebigen Material gefertigt sein. Beispielsweise sind die Bauelemente aus einem Kunststoff und das Federelement bzw. Federteil sowie die Gewindemutter und die Schraube aus Metall gefertigt.

Zur Fixierung des Federelements bzw. des Federteiles kann der Schraubenschaft und/oder der Schraubenkopf eine Öffnung oder Ausnehmung aufweisen, in oder an der ein Ende des Federelements bzw. Federteiles abgestützt oder befestigt ist. Die Öffnung oder Ausnehmung kann beispielsweise durch eine Radialnut oder eine radiale Durchgangsöffnung gebildet sein. Die Gewindemutter und/oder der Schraubenkopf kann mit wenigstens einer inneren oder größeren Kraftangriffsfläche oder einer Profilierung versehen sein, an der das zugewandte Ende des Federelements bzw. Federteiles abgestützt oder befestigt ist.

Insbesondere im Bereich der Automobiltechnik ist es stets wichtig, dass eine Schraubverbindung nur wenig Bauraum belegt. Daher ist es auch besonders vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Schraubverbindung an ihrem Schraubenschaft einen Bereich aufweist, der an der von den Bauelementen abgewandten Seite der Gewindemutter der Gewindemutter absteht und um diesen Bereich herum das Federelement ausgebildet ist. Der Schraubenschaft übernimmt dann eine Mehrfachfunktion, indem er die eigentliche Schraubverbindung herstellt, die Gewindemutter auf ihn aufgeschraubt wird und ferner auch das Federelement an dem Schraubenschaft selbst Platz sparend angeordnet ist.

Die Abstützung des Federelements am Schraubenschaft kann besonders hohe Kräfte übertragen, indem der Schraubenschaft eine Öffnung aufweist, insbesondere in Gestalt einer Radialnut, in der das Federelement abgestützt ist.

Am Schraubenkopf kann die Abstützung des erfindungsgemäß vorgesehenen Federelements vorteilhaft mit einer Profilierung erzielt werden, die insbesondere am Umfang des Schraubenkopfes ausgebildet ist und mindestens eine Stützfläche aufweist, an der das Federelement abgestützt ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Schraubenkopf auch mit einer Öffnung, beispielsweise in Form einer Axialbohrung gestaltet sein, an oder in der das Federelement abgestützt ist.

Erfindungsgemäß wird insgesamt unter Berücksichtigung einer geeigneten Ausführung hinsichtlich Bauraum und Montage eine dauerhafte Verschraubung von Kunststoffbauteilen gewährleistet. Dem Lockern der Schraubverbindung aufgrund des befürchteten Kriechens kann erfolgreich entgegengewirkt werden.

Die Schraubverbindung vermindert insbesondere bei geringen Gewindedurchmessern die Gefahr, dass beim Verschrauben insbesondere ohne Drehmomentschlüssel durch übermäßige Kraftaufwändung das Gewinde der Schraube und/oder der Gewindemutter beschädigt wird, da beim Verschrauben im wesentlichen lediglich auf Spielfreiheit zu achten ist. Die ein Festziehmoment bewirkende Vorspannung kann im wesentlichen von dem Federelement bzw. von dem Federteil aufgebracht werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
1 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schraubverbindung und
2 die Ansicht II-II gemäß 1.
In den Figuren ist eine Schraubverbindung 10 veranschaulicht, bei der zwei Bauelemente 12 und 14 mit einer Schraube 16 verspannt sind auf deren Schraubenschaft 18 eine Gewindemutter 20 aufgeschraubt ist.
Die Bauelemente 12 und 14 sind jeweils plattenförmig gestaltet und liegen eben aneinander an, wobei sich durch beide Bauelemente 12 und 14 hindurch eine Bohrung 22 erstreckt, in die der Schraubenschaft 18 der Schraube 16 eingesteckt ist. Der Schraubenschaft 18 ragt dabei an der von den Bauelementen 12 und 14 abgewandten Seite der Gewindemutter 20 bezogen auf 1 nach links und steht dort demnach von der Gewindemutter 20 ab. Um den Schraubenschaft 18 herum ist in diesem Bereich 24 ein Federelement 26 in Gestalt einer Spiralfeder angeordnet, die zum Vorspannen der Gewindemutter 20 entgegen von deren Aufschraubrichtung vorgesehen ist. Das Federelement 26 verhindert somit insbesondere ein Lösen der Schraubverbindung 10 im Fall eines Kriechvorgangs innerhalb des Kunststoffmaterials der Bauelemente 12 und 14.
Damit das Federelement 26 in Aufschraubrichtung der Gewindemutter 20 die gewünschte Federkraft aufbringt, ist ein Ende des Federelements 26 in eine Radialnut 28 am Stirnende des Schraubenschafts 18 eingesteckt und das andere Ende des Federelements 26 an einer Stützfläche 30 der Gewindemutter 20 abgestützt. Die Stützfläche 30 ist eine von insgesamt sechs Flächen, welche am Umfang der Gewindemutter 20 jeweils als sich parallel zur Schraubenachse erstreckende Ebenen ausgebildet sind.
Zwischen der Radialnut 28 und der Stützfläche 30 ist das im Wesentlichen spiralförmige Federelement 26 entlang dem Schraubenschaft 18 nach Art einer Schraubenfeder kegelförmig in die Länge gezogen.
Mit der Schraubverbindung 10 sind auf diese Weise die Bauelemente 12 und 14 zwischen der Gewindemutter 20 und einem zur Schraube 16 gehörenden Schraubenkopf 32 dauerhaft eingespannt, ohne dass es bei einem Kriechvorgang des Materials der Bauelemente 12 und 14 zu einem Lösen der Schraubverbindung 10 kommen könnte.
An Stelle oder zusätzlich zu der auf das Gewinde der Schraube aufschraubbaren Gewindemutter kann auch das Gewinde der Schraube in ein Gegengewinde der Gewindemutter einschraubbar sein. Die Gewindemutter oder die Schraube kann ortsfest befestigt oder angeordnet sein. Ist weder die Gewindemutter noch die Schraube ortsfest befestigt oder angeordnet kann die Gewindemutter von dem Federelement und die Schraube von einem Federteil in eine jeweils zugeordneten Richtung federbelastet sein, in der die Bauelemente von der Schraubverbindung axial verspannt werden. Das Federelement und/oder das Federteil kann von dem Ausführungsbeispiel abweichend einerseits an der zugeordneten Gewindemutter oder Schraube und andererseits an einem ortsfesten Teil oder an einem betreffenden Bauelement abgestützt oder festgehalten sein.

10: Schraubverbindung
12: Bauelement
14: Bauelement
16: Schraube
18: Schraubenschaft
20: Gewindemutter
22: Bohrung
24: Bereich
26: Federelement
28: Radialnut
30: Stützfläche
32: Schraubenkopf

Claims

Schraubverbindung, die zur Verbindung eines Bauelements (12) mit wenigstens einem weiteren Bauelement (14) die Bauelemente (12, 14) zwischen einer Schraube und einer Gewindemutter (20) axial verspannt, wobei die Gewindemutter (20) auf ein Gewinde an einem Schraubenschaft (18) der Schraube aufschraubbar und/oder das Gewinde am Schraubenschaft (18) in das Gegengewinde der Gewindemutter einschraubbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgeschraubte Gewindemutter (20) und/oder die eingeschraubte Schraube von einem vorgespannten Federelement (26) oder Federteil in der betreffenden Aufschraub- bzw. Einschraubdrehrichtung drehbelastet ist bzw. sind.
Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (26) oder Federteil einerseits an der Gewindemutter (20) und andererseits an der Schraube (16) abgestützt oder befestigt ist.
Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement oder Federteil einerseits an der zugeordneten Gewindemutter oder Schraube und andererseits an einem ortsfesten Teil oder an einem betreffenden Bauelement abgestützt oder festgehalten ist.
Schraubverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (26) und/oder gegebenenfalls das Federteil eine Blattfeder oder eine Stabfeder oder eine spiralenförmig aufgerollte Feder oder eine schraubenförmige Feder ist.
Schraubverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bauelement (12 bzw. 14) aus Kunststoff gefertigt ist.
Schraubverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (16) und/oder die Gewindemutter (20) und/oder das Federelement (26) und/oder das Federteil aus einem Metall gefertigt sind.
Schraubverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenschaft (18) von einem Schraubenkopf (32) der Schraube (16) axial absteht und von dem Schraubenkopf (32) entfernt einen über die aufgeschraubte Gewindemutter (20) hinaus vorstehenden Bereich (24) aufweist, um den das Federelement (26) zumindest bereichsweise angeordnet ist.
Schraubverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenschaft (18) und/oder der Schraubenkopf eine Öffnung oder Ausnehmung aufweist, in oder an der ein Ende des Federelements (26) bzw. Federteiles abgestützt oder befestigt ist.
Schraubverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung oder Ausnehmung durch eine Radialnut (28) oder eine radiale Durchgangsöffnung gebildet ist.
Schraubverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindemutter (20) und/oder der Schraubenkopf mit wenigstens einer inneren oder äußeren Kraftangriffsfläche oder einer Profilierung versehen ist, an der das zugewandte Ende des Federelements (26) bzw. Federteiles abgestützt oder befestigt ist.