DE102005002953A1

DE102005002953A1 - Screw connection has fixing element, acting as detachable connection, e.g. of thin-walled metallic components, whereby obstructing of screwing process which is provided by tensioning element is effected by material deformation

Info

Publication number: DE102005002953A1
Application number: DE200510002953
Authority: DE
Inventors: Konrad Bleier; Michael Kieslinger
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2006-08-17

Abstract

Screw connection has threaded holes, carrying a screw thread (4), which attaches with a front surface (3) whereby tensioning element (7) is provided on stop, which is front surface, for obstructing screwing process which is effected by a material deformation. The front surface of the fixing element (1) has a tooth-like material structure.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verschraubung mit einem ein Schraubgewinde tragenden, der lösbaren Verbindung von insbesondere dünnwandigen, Gewindebohrungen aufweisenden Bauteilen dienenden Befestigungselement, das mit einer einen Anschlag bildenden Stirnfläche an einer Stoßfläche des mindestens einen Bauteiles am Gewindeende unter der Wirkung des Schraub-Drehmoments anschlägt.The The invention relates to a screw with a screw thread carrying, the detachable Connection of in particular thin-walled, Threaded fastener components having fastener, with a stop forming an end face on an abutment surface of the at least one component at the end of the thread under the effect of Screw torque strikes.

Bei der maschinellen Herstellung von Schraubverbindungen, oft unter Anwendung von Schraubrobotern ergibt sich insbesondere bei der Verschraubung von sehr dünnem Blechmaterial mit einer Blechstärke von z. B. 0,5 mm das Problem, dass man einerseits zugunsten der Verkürzung der Eindrehzeit bezüglich des mit einem Schraubgewinde versehenden Befestigungselements eine große Eindrehgeschwindigkeit wählt, was andererseits aber dazu führen kann, dass beim ungebremsten Anschlagen der Stirnfläche des eingedrehten Befestigungselements an der Stoßfläche des mit Gewindebohrungen versehenen dünnen Blechmaterials die Stabilität der nur wenigen Gewindegänge der Gewindebohrung dem Schraub-Drehmoment nicht standhält und ein "Durchdrehen" des Befestigungselements erfolgt, wodurch die Schraubverbindung beschädigt ist. Man behilft sich oft mit einer Verdoppelung des dünnen Blechmaterials, wodurch die Anzahl der tragenden Gewindegänge vergrößert wird, aber auch der Materialaufwand und die Materialkosten steigen.at the mechanical production of screw connections, often under The use of screwdriving robots is particularly evident when screwing of very thin Sheet metal with a sheet thickness from Z. B. 0.5 mm the problem that on the one hand in favor of shortening the screwing time with respect of the screw-threaded fastener high insertion speed chooses, but on the other hand lead to it can that when unrestrained striking the face of the screwed fastener on the abutment surface with threaded holes provided thin Sheet metal material stability the few threads the threaded hole does not withstand the screw torque and a "spin" of the fastener takes place, whereby the screw is damaged. Man makes himself often with a doubling of the thin one Sheet metal material, thereby increasing the number of load-bearing threads, but also the cost of materials and material costs are rising.

Bei einer bekannten gewindeschneidenden Schraube ( JP 08061351 A ) ist die Stirnfläche des Schraubenkopfes mit einer Verzahnung versehen, bestehend aus innerhalb eines einzigen Kreisringes angeordneten, also radial gleich gerichteten Zähnen mit abwechselnd einander entgegen stehenden Zahnflanken und Zahnschneiden. Diese Schraube dient der Befestigung von Bauteilen aus Plastikmaterial und soll bewirken, dass durch intensive plastische Verdrängung des Bauteilmaterials in die Zahnlücken die Haftung und der Formschluss und damit die Reibung zwischen Bauteil und Schraube vergrößert wird im Sinne einer hohen Selbstsicherung der Schraubverbindung.In a known thread-cutting screw ( JP 08061351 A ), the end face of the screw head is provided with a toothing, consisting of arranged within a single annulus, so radially aligned teeth with alternately opposing tooth flanks and tooth cutting. This screw is used to attach components made of plastic material and is intended to cause the adhesion and the form fit and thus the friction between the component and screw is increased by intensive plastic displacement of the component material in the tooth gaps in terms of a high degree of self-assurance of the screw.

Bei einer anderen bekannten selbstsichernden Schraubverbindung ( DE 4137020 A1 ) weist die Stirnfläche des Schraubenkopfes noppenartige Vorsprünge auf, die infolge des beim Eindrehen aufgewandten Drehmoments eine formschlüssige Verankerung der Vorsprünge in dem Material des zu befestigenden Bauteils und eine hohe Flächenpressung in Sinne einer Kaltverschweißung und damit eine Rückdrehsicherung herstellen sollen.In another known self-locking screw ( DE 4137020 A1 ), the end face of the screw head knob-like projections, which should produce a positive anchoring of the projections in the material of the component to be fastened and a high surface pressure in terms of cold welding and thus a reverse rotation due to the torque applied during screwing.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verschraubung der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass bei mechanisierter, zum Beispiel automatischer Herstellung von Schraubverbindungen, insbesondere bei dünnwandigen Blechen der Einschraubvorgang mit hoher Drehzahl, d. h. schnell erfolgen kann, ohne befürchten zu müssen, dass ein Durchdrehen des Befestigungselementes erfolgt. Daneben soll auch eine Selbstsicherung des Befestigungselementes gegen unbeabsichtigtes Lösen gegeben sein.Of the present invention is based on the object, a screw of the type mentioned above in such a way that with mechanized, for example, automatic production of screw connections, especially in thin-walled The screwing process at high speed, d. H. fast can be done without fear to have to, that a spinning of the fastener takes place. Besides should also be a self-assurance of the fastener against unintentional Loosened be.

Diese Aufgabe wird bei einer Verschraubung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 dadurch gelöst, dass dem Anschlag ein durch Materialverformung wirkendes, den Schraubvorgang hemmendes Bremselement vorgeordnet ist. Vorzugsweise weist hierbei die Stirnfläche des Befestigungselements eine zahnartige Materialstruktur auf, die zum Beispiel sägezahnartig ausgebildet ist.These Task is at a screw according to the preamble of claim 1 solved by that the stop acting by a material deformation, the screwing inhibiting brake element is arranged upstream. Preferably hereby the face of the fastener on a tooth-like material structure, the for example sawtooth-like is trained.

Durch ein solches Bremselement, das vorzugsweise am Befestigungselement in Form einer zahnartigen Materialstruktur angeordnet ist, aber auch Bestandteil der Stoßfläche des Bauteils sein kann, wird sichergestellt, dass am Ende des Schraubvorganges, mit welcher Einschraubdrehzahl auch immer, das Befestigungselement gebremst auf die Stoßfläche des Bauteils auftrifft, wodurch ein unerwünschtes Durchdrehen sicher verhindert wird. Hierbei wird durch die Ausgestaltung des Bremselementes das Eindreh- und Andrehmoment definiert, zum anderen aber auch das Aufdrehmoment bestimmt, wodurch selbst bei hoher Eindreh-Drehzahl ein gebremstes Auftreffen der Stirnfläche des Befestigungselementes auf die Stoßfläche des Bauteils erreicht wird, ohne dass die Drehzahl des maschinellen Schraubendrehers verändert, z. B. vermindert wird. Die erfindungsgemäße Verschraubung ist insbesondere geeignet für dünnwandige, metallische Bauteile. Zusätzlich zu dem kontrollierten Anziehverhalten der Verschraubung erhält man eine bestmögliche Selbstsicherung der Verschraubung gegen unbeabsichtigtes Lösen (Aufdrehen) dadurch, dass die Materialstruktur in entgegengesetzten Drehrichtungen des Befestigungselements verformend wirkende Vorsprünge aufweist, die jeweils in zumindest teilweise unterschiedlichen Radialbahnen an der Stirnfläche vorgesehen sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die in Anzugsrichtung des Befestigungselements verformend wirkenden Vorsprünge in einem ersten Kreisring der Stirnfläche und die in Löserichtung verformend wirksamen Vorsprünge in einem zweiten radial vom ersten Kreisring zumindest teilweise beabstandeten Kreisring vorgesehen. Durch die zumindest überwiegende Trennung der Vorsprünge mit entgegengesetzten Zahnflanken wird eine nachteilhafte gegenseitige Beeinflussung der Bremselemente einerseits und der Sperrelemente darstellenden entgegengesetzten Vorsprünge andererseits infolge unkontrollierter, bzw. sich gegenseitig wirkungsmäßig aufhebender Materialverformung vermieden.By such a brake element, which is preferably arranged on the fastening element in the form of a tooth-like material structure, but may also be part of the abutment surface of the component, it is ensured that at the end of the screwing, with which Einschraubdrehzahl whatever, the fastener braked on the abutting surface of the component impinges, whereby an undesirable spin is reliably prevented. This is defined by the design of the braking element Eindreh- and Andrehmoment, on the other hand determines the Aufdrehmoment, whereby even at high Eindreh-speed a braked impact of the end face of the fastener is achieved on the abutting surface of the component without the speed of the machine Screwdriver changed, z. B. is reduced. The screw connection according to the invention is particularly suitable for thin-walled, metallic components. In addition to the controlled tightening of the screw you get the best possible self-assurance of the screw against unintentional loosening (turning) characterized in that the material structure in opposite directions of rotation of the fastener deformingly acting projections, which are each provided in at least partially different radial paths on the end face. According to a preferred embodiment, the deformations acting in the tightening direction of the fastening element projections are provided in a first annular ring of the end face and the deforming effective in the release direction projections in a second radially spaced from the first annulus at least partially circular ring. By the at least predominant separation of the Projections with opposite tooth flanks, a disadvantageous mutual influence of the brake elements on the one hand and the locking elements performing opposite projections on the other hand avoided as a result of uncontrolled, or mutually effective repealing material deformation.

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen , nachstehend erläutert.The The invention is based on embodiments shown in the drawing , explained below.

Es zeigt:It shows:

1 die perspektivische Darstellung eines Befestigungselements der erfindungsgemäßen Verschraubung, 1 the perspective view of a fastener of the screw according to the invention,

2 eine zweite Ausführungsform eines Befestigungselementes der erfindungsgemäßen Verschraubung. 2 a second embodiment of a fastener of the fitting according to the invention.

Das Befestigungselement 1 bzw. 1' gemäß den 1 und 2 ist ohne einen zur Verschraubung gehörenden, z. B. aus dünnem metallischen Blechmaterial gebildeten Bauteil dargestellt. Es besitzt als Schraube einen Kopfteil 2/2' mit kreisringartiger Stirnfläche 3/3', daran anschließend einen, ein Schraubgewinde 4 z. B. ein metrisches Gewinde M4 aufweisenden Gewindeschaft 5/5' und hieran anschließend schließlich einen konisch sich zum Ende hin verjüngenden Schaft 6/6'.The fastener 1 respectively. 1' according to the 1 and 2 is without a bolting belonging, z. B. made of thin metal sheet material component shown. It has a headboard as a screw 2 / 2 ' with circular end face 3 / 3 ' , followed by one, a screw thread 4 z. B. a metric thread M4 threaded shaft 5 / 5 ' and then finally a conically tapering shaft towards the end 6 / 6 ' ,

Das Befestigungselement 1 gemäß 1 trägt auf der Stirnfläche 3 ein Bremselement 7 in Form einer sägezahnförmigen Materialstruktur mit sägezahnartigen Vorsprüngen 8 mit Zahnflanken 9 innerhalb einer äußeren Radialbahn in Form eines äußeren Kreisringes a. Innerhalb einer inneren Radialbahn ebenfalls in Form eines Kreisringes b angeordnet sind gleichartige Vorsprünge 10, die ebenfalls sägezahnartig ausgebildet sind, deren Zahnflanken 11 jedoch den Zahnflanken 9 der äußeren Vorsprünge 8 entgegengesetzt sind.The fastener 1 according to 1 carries on the face 3 a brake element 7 in the form of a sawtooth-shaped material structure with sawtooth-like projections 8th with tooth flanks 9 within an outer radial track in the form of an outer annulus a. Within an inner radial track also arranged in the form of a circular ring b are similar projections 10 , which are also sawtooth-shaped, the tooth flanks 11 however, the tooth flanks 9 the outer projections 8th are opposite.

Zur Verschraubung gehört ein nicht dargestelltes blechartiges Bauteil, das in üblicher Weise mindestens eine Gewindebohrung besitzt, die passend ist zum Schraubgewinde 4.For screwing includes an unillustrated blech-like component that has at least one threaded hole in the usual way, which is suitable for screw thread 4 ,

Beim Eindrehen des Befestigungselementes 1 in die Gewindebohrung des Bauteils weitet zunächst der konische Schaft 6 die Gewindebohrung auf und erweicht durch die Reibungskräfte das Bauteil-Material der Gewindebohrung, die im Rohzustand keine Gewindegänge besitzt, welche erst durch das selbst gewindeschneidende Schraubgewinde 4 des Befestigungselementes geschaffen werden. Mit dem weiteren Eindrehen des Befestigungselementes 1 im Uhrzeigersinn wird, wie erwähnt, das Gewinde im Bauteil geschnitten und die Bremselemente 7 und sodann die als Anschlag dienende Stirnfläche 3 des Befestigungselementes 1 trifft auf der Stoßfläche des Bauteils auf. Dabei erfolgt durch die zahnartigen Bremselemente 7 eine den Schraubvorgang hemmende Materialverformung in der Stoßfläche des Bauteils, indem dieses Material vor die Zahnflanken 9 geschoben wird, wodurch die gewünschte Bremswirkung erhalten wird, sodass ein hartes Auftreffen der Stirnfläche 3, d. h. des Anschlages 3 auf der Stoßfläche des Bauteils und ein Durchdrehen des Befestigungselementes 1 im nunmehr geschaffenen Gewinde des Bauteils verhindert wird.When screwing in the fastening element 1 into the threaded hole of the component first expands the conical shaft 6 The threaded hole on and softened by the friction forces the component material of the threaded hole, which has no threads in the raw state, which only by the self-threading screw thread 4 be created of the fastener. With the further screwing in the fastener 1 clockwise, as mentioned, the thread in the component cut and the brake elements 7 and then serving as a stop face 3 of the fastening element 1 impinges on the abutting surface of the component. This is done by the tooth-like brake elements 7 a screw deformation inhibiting material deformation in the abutting surface of the component by this material in front of the tooth flanks 9 is pushed, whereby the desired braking effect is obtained, so that a hard impact of the end face 3 ie the stop 3 on the abutment surface of the component and a spinning of the fastener 1 is prevented in the now created thread of the component.

Eine umgekehrt materialverformende Wirkung erzielen auch die Vorsprünge 10 des inneren Kreisringes b, wobei ebenfalls Material des Bauteils hinter die Zahnflanken 11 verschoben wird und somit einem unerwünschten Lösen des Befestigungselementes 1 in Gegen-Pfeilrichtung ein Widerstand entgegengesetzt wird.An inverse materialverformende effect also achieve the projections 10 of the inner annulus b, where also material of the component behind the tooth flanks 11 is shifted and thus an undesirable release of the fastener 1 in the opposite direction of the arrow, a resistance is opposed.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist angedeutet, dass die Vorsprünge 8' im äußeren Kreisring a (1) auch mit Abstand voneinander angeordnet sein können, ebenso wie die sägezahnartigen Vorsprünge 10' des inneren Kreisringes b (1). Wie angedeutet, sind die Kreisringe a und b mit ihren Vorsprüngen radial gegeneinander versetzt, bzw. können auch leicht überlappen. Das jeweilige Bremsmoment beim Eindrehen des Befestigungselementes, bzw. das jeweilige Sperrmoment beim unerwünschten Aufdrehen des Befestigungselements 1 im Gegen-Uhrzeigersinn wird definiert durch die Form und Anzahl der Vorsprünge 8 bzw. 10, eventuell auch durch die Wahl des Materials von Befestigungselement und Bauteil. Es besteht auch die Möglichkeit, die zahnartigen Vorsprünge 8 derart verformbar auszugestalten, dass beim Eindrehen des Befestigungselements in die Gewindebohrung eines Bauteils letztendlich eine Bremswirkung erzielt wird, indem sich diese Vorsprünge mehr oder weniger leicht verformen.According to the embodiment 2 is hinted that the projections 8th' in the outer annulus a ( 1 ) can also be arranged at a distance from each other, as well as the sawtooth projections 10 ' of the inner annulus b ( 1 ). As indicated, the circular rings a and b are offset radially with respect to each other with their projections, or may also overlap slightly. The respective braking torque when screwing in the fastening element, or the respective locking torque during undesired unscrewing of the fastening element 1 Counterclockwise is defined by the shape and number of protrusions 8th respectively. 10 , possibly also by the choice of the material of fastener and component. There is also the possibility of the tooth-like projections 8th Such deformable design that when screwing the fastener into the threaded bore of a component ultimately a braking effect is achieved by these projections deform more or less easily.

Claims

Screw connection with a screw thread ( 4 ) carrying, the releasable connection of particular thin-walled, threaded holes having, in particular metallic components serving fastener ( 1 ), which with a stop surface forming an end ( 3 ) abuts a contact surface of the at least one component at the threaded end under the action of the screw torque, characterized in that the stop (end face 3 ) acting through material deformation, the screwing inhibiting brake element ( 7 ) is arranged upstream.

Screw connection according to claim 1, characterized in that the end face ( 3 ) of the fastening element ( 1 . 1' ) has a tooth-like material structure.

Screw connection according to claim 2, characterized in that the material structure in opposite directions of rotation of the fastener ( 1 . 1' ) deforming projections ( 8th . 10 ), each in at least partially different radial paths (a, b) on the end face ( 3 ) are provided.

Screw connection according to one of the preceding claims, characterized in that in the tightening direction of the fastening element ( 1 ) deforming projections ( 8th ) in a first circular ring (a) of the end face ( 3 ) and in the release direction deforming effective projections ( 10 ) are provided in a second radially from the first circular ring (a) at least partially spaced circular ring (b).

Screw connection according to one of the preceding claims, characterized in that the projections ( 8th . 10 ) are formed like a sawtooth.

Screw connection according to one of the preceding claims, characterized in that the fastening element ( 1 ) a the threaded shaft ( 5 ) upstream tapered shank ( 6 ) and that the bore diameter of the threaded bore in the component is less than the inner diameter.