DE102007019061A1

DE102007019061A1 - Kopflose Verschraubung

Info

Publication number: DE102007019061A1
Application number: DE200710019061
Authority: DE
Inventors: Jens Fronemann
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2007-04-23
Filing date: 2007-04-23
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2027-04-24
Also published as: DE102007019061B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verschraubung von zwei, jeweils eine Gewindebohrung aufweisenden Bauteilen mittels eines zwei, ein Differenzialgewinde bildenden, Gewindeabschnitte unterschiedlicher Gewindesteigung aufweisenden Schraubbolzens. Es ist vorgesehen, dass die Gewindeabschnitte (2) derart unterschiedliche große Durchmesser aufweisen, dass der Außendurchmesser (d<SUB>A</SUB>) des im Durchmesser kleineren Gewindeabschnittes (2) kleiner gleich dem Kerndurchmesser (d<SUB>K</SUB>) des im Durchmesser größeren Gewindeabschnittes (2) ist. Weiter betrifft die Erfindung einen Schraubbolzen für eine Verschraubung sowie ein Bauteil für eine Verschraubung mittels eines ein Differenzialgewinde aufweisenden Schraubbolzens. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ausbildung einer Verschraubung von zwei, jeweils eine Gewindebohrung aufweisenden Bauteilen mittels eines zwei, ein Differenzialgewinde bildende Gewindeabschnitte unterschiedliche Gewindesteigung aufweisenden Schraubbolzens.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verschraubung von zwei, jeweils eine Gewindebohrung aufweisenden Bauteilen mittels eines zwei, ein Differenzialgewinde bildenden, Gewindeabschnitte unterschiedlicher Gewindesteigung aufweisenden Schraubbolzens.
Differenzialgewinde sind im Stand der Technik bekannt, um kopflose Verschraubungen zu realisieren, also solche, bei denen sich die Schraube nicht einerseits über ihr Gewinde und andererseits über ihren Schraubenkopf an einem Bauteil abstützt, sondern wobei die Abstützung jeweils über Gewinde, nicht aber über einen Schraubenkopf erfolgt. Bei bislang geläufigen Verschraubungen nämlich wirkt die Klemmkraft zwischen den zu verschraubenden Bauteilen durch das Gewinde in dem einen und die Auflage des Kopfes an dem anderen Bauteil. Gerade bei hochbelasteten Verschraubungen von Bauteilen niedriger Festigkeit ist dadurch ein sehr großer Kopfdurchmesser für eine niedrige Flächenpressung unter dem Schraubenkopf notwendig, woraus sich häufig Einschränkungen in der Konstruktion durch die gegebenen Platzverhältnisse ergeben. Um eben dieses zu umgehen, haben sich Differenzialgewinde der vorstehend beschriebenen Art für derartige Verschraubungen durchgesetzt. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Differenzialgewinden wird die Vorspannkraft jeweils durch ein Gewinde in den zu verschraubenden Bauteilen aufgebracht, jedem zu verschraubenden Bauteil ist also ein Gewindeabschnitt zugeordnet, so dass die Differenzialgewindeschraube beziehungsweise der Differenzialgewindeschraubbolzen zwei Gewindeabschnitte aufweist, wobei diese jeweils eine unterschiedliche Steigung haben. Die Dehnung und Vorspannkraft des Schraubbolzens wird während des Einschraubens durch unterschiedliche Steigungen in den beiden Gewindeabschnitten aufgebracht. An den bisher bekannten Konzepten zur Verschraubung mittels Differenzialgewinden ist nachteilig, dass die zu verschraubenden Bauteile, zu Beginn der Verschraubung einen definierten Abstand aufweisen müssen. Sollen mehrere derartige Verschraubungen an den zu verschraubenden Bauteilen vorgenommen werden, müssen alle Differenzialgewindeschraubbolzen synchron angesetzt und angetrieben werden, da ansonsten ein verzugsfreies Anziehen nicht möglich ist. Dies erfordert entsprechende Vorrichtungen, die, je nach beabsichtigter Verschraubung, kompliziert und aufwendig sein können und überdies auf jeden jeweiligen Verschraubungsvorgang angepasst werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Differenzialverschraubung bereitzustellen, die die genannten Nachteile vermeidet.
Hierzu wird eine Verschraubung von zwei, jeweils eine Gewindebohrung aufweisenden Bauteilen mittels eines zwei, ein Differenzialgewinde bildenden, Gewindeabschnitte unterschiedlicher Gewindesteigung aufweisenden Schraubbolzens vorgeschlagen. Hierbei ist vorgesehen, dass die Gewindeabschnitte derart unterschiedlich große Durchmesser aufweisen, dass der Außendurchmesser des im Durchmesser kleineren Gewindeabschnittes kleiner gleich dem Kerndurchmesser des im Durchmesser größeren Gewindeabschnittes ist. Der Schraubbolzen wird folglich in seinen zwei Gewindeabschnitten gestuft ausgebildet, wobei jede Stufe einen der Gewindeabschnitte aufweist, und wobei die Gewindeabschnitte Gewinde unterschiedlicher Steigung aufweisen. An einem vorderen Ende weist der Bolzen einen Gewindeabschnitt mit einer Steigung auf, die größer ist als die Steigung des zweiten Gewindeabschnittes. Gleichzeitig ist der Außendurchmesser des ersten Gewindeabschnittes kleiner als der Kerndurchmesser des zweiten Gewindeabschnittes. Auf diese Weise kann die Verschraubung bei aufeinanderliegenden Bauteilen erfolgen, und es können auch insbesondere die die Bauteile verbindenden Schraubbolzen einzeln eingedreht werden, die Montage also analog allen heute bekannten Verschraubungsverfahren durchgeführt werden. Komplizierte Verschraubungsvorrichtungen, insbesondere Verschraubungsapparate, die ein gleichzeitiges Anziehen der Schraubbolzen in den zu verschraubenden Bauteilen ermöglichen, sind hierfür nicht länger erforderlich. Ebenfalls entfällt das teilweise schwierige Bestimmen des zu Beginn des Schraubvorganges erforderlichen Bauteileabstandes. Das erforderliche Axialspiel wird dadurch bewirkt, dass jeder der Gewindeabschnitte nicht satt in den korrespondierenden Innengewindeabschnitten läuft, sondern, für sich allein betrachtet, eingeschraubt sich nur an einer von jeweils zwei Zahnflanken abstützt, wobei zur jeweils anderen Zahnflanke ein deutliches Spiel besteht. Auf diese Weise kann auch im eingeschraubten Zustand eines Gewindeabschnittes der Schraubbolzen im geringen Maße in seiner Längsachse bewegt werden. Der für eine solche Bewegung erforderliche Freiraum des Schraubbolzens wird durch die unterschiedlichen Durchmesser der Gewindeabschnitte sowie der entsprechenden Innengewinde in den zugehörigen, zu verschraubenden Bauteilen bereitgestellt. Für den Verschraubungsprozess als solchen wird der Schraubbolzen in herkömmlicher Weise angesetzt, wobei sowohl einer der beiden Gewindeabschnitte als auch beide Gewindeabschnitte gleichzeitig im Eingriff sein können. Die unumgänglichen Toleranzen der zu verschraubenden Bauteile, des Schraubbolzens und gegebenenfalls nicht definiert liegende Gewindeeinläufe werden durch das entsprechende Axialspiel ausgeglichen. Durch das Axialspiel wird ferner sichergestellt, dass sich bereits mehrere Gewin degänge beider Gewindeabschnitte im Eingriff befinden, bevor durch die Steigungsdifferenzen der Gewindeabschnitte die Vorspannung und Längung des Schraubbolzens beginnt. Sobald das Axialspiel im Zuge des Verschraubungsvorganges aufgezehrt ist, wird die Schraube beim weiteren Einschrauben gelängt und erzeugt die gewünschte Vorspannkraft.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Gewindeabschnitte mittels einer Axialführung axialverschieblich zueinander geführt sind. Die Gewindeabschnitte sind folglich derart ausgebildet, dass sie zueinander axialverschieblich sind, wobei die Axialverschiebung über eine Axialführung bewirkt wird, die rotationsfest die Gewindeabschnitte miteinander verbindet und hierbei eine Längsverschiebung ermöglicht. Dies kann beispielsweise durch eine Axialkontur über dem Kerndurchmesser des einen, durchmesserkleineren Gewindeabschnitte erfolgen, wobei der Kerndurchmesser über den eigentlichen Gewindeabschnitt hinaus verlängert ist und auf diesem der zweite Gewindeabschnitt, der zu diesem Zweck eine Axialausnehmung aufweist, also gewissermaßen eine längsverschiebliche Hülse bildet, axialverschieblich angeordnet ist. Insbesondere kann also der Schraubbolzen in einer solchen Art und Weise zweiteilig ausgebildet werden, dass der durchmessergrößere Gewindeabschnitt eine axiale Ausnehmung zur längsverschieblichen Aufnahme der Verlängerung des durchmesserkleineren Gewindeabschnittes aufweist. Näheres zeigen die Ausführungsbeispiele.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Axialführung eine Verliersicherung aufweist oder ausbildet. Die Axialführung ist demzufolge so beschaffen, dass die Axialverschieblichkeit des einen Gewindeabschnittes auf/in dem anderen eine Wegbegrenzung erfährt und die beiden Gewindeabschnitte nicht getrennt werden können. Dies kann beispielsweise durch eine Verdickung des Kerndurchmessers des durchmesserkleineren Gewindeabschnittes endseitig der Axialführung erfolgen, der in die beschriebene Ausnehmung des durchmessergrößeren Gewindeabschnittes eintaucht. Hierzu ist dem durchmessergrößeren Gewindeabschnitt eine entsprechend große Ausnehmung vorgesehen, die an der dem anderen Gewindeabschnitt zugewandten Endseite eine entsprechende Einschnürung aufweist. Näheres zeigen die Ausführungsbeispiele.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform lässt die Axialführung ein Winkelpendelspiel der Längsachsen der beiden Gewindeabschnitte zu. Insbesondere dann, wenn die zu verschraubenden Bauteile nicht ganz exakt aufeinander liegen, also insbesondere in ihnen eingebrachte Bohrungen zur Aufnahme des Schraubbolzens nicht exakt fluchten, kann es zu einer Verkantung und unerwünschten Verspannung des Schraubbolzens kommen. Um dies auszugleichen und ein entsprechendes lagerichtiges Anziehen der Verschraubung zu ermöglichen, ist die Axialführung einem Verbindungsgelenk nachempfunden, wobei die Verdickung des Kerndurchmessers des durchmesserkleineren Gewindeabschnittes als Abschnitt der Axialführung sowie die entsprechende Einschnürung endseitig der Ausnehmung des gewindegrößeren Gewindeabschnittes in der Form oder ähnlich einer Kugelpfanne ausgebildet sind. Dies bedeutet, dass die quer zur Axialrichtung der Gewindeabschnitte verlaufenden, in Gegenüberlage kommenden Bereiche der Gewindeabschnitte nicht plan, sondern im Wesentlichen Kugelmantelflächenabschnitte ausgebildet sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Axialführung ein Drehmomentübertragungsmittel auf. Ein Drehmomentübertragungsmittel ist hierbei im weitesten Sinne als ein Angriff zur Einleitung und/oder Übertragung von Drehmoment zum Zwecke des Verschraubens zu verstehen. Insbesondere ist das Drehmomentübertragungsmittel als Werkzeugangriff ausgebildet, wobei bevorzugt eine im Stand der Technik gebräuchliche Werkzeugangriffgeometrie verwendet wird. Ganz besonders bevorzugt ist das Drehmomentübertragungsmittel über die Axialverschieblichkeit der Gewindeabschnitte relativ zueinander gleich dem Werkzeugangriff ausgeführt. Der Werkzeugangriff setzt sich also gewissermaßen im Inneren der Ausnehmung des durchmessergrößeren Gewindeabschnittes fort, und wird in einer Formentsprechung des Abschlusses (der Verliersicherung) des durchmesserkleineren Gewindeabschnittes wieder aufgenommen, der gleichzeitig die Verliersicherung ausgebildet. Die Verliersicherung ist somit auch Teil des Drehmomentübertragungsmittels zwischen dem einen Gewindeabschnitt, der den Werkzeugangriff aufweist, und dem anderen Gewindeabschnitt.
In einer anderen Ausführungsform sind die Gewinde der beiden Gewindeabschnitte gleichläufig ausgebildet. Die Verspannung wird folglich bei gleichläufiger Einschraubung erzielt.
In einer anderen Ausführungsform sind die Gewinde der Gewindeabschnitte selbstschneidende/selbstformende Gewinde. Es ist demzufolge möglich, die Erfindung auch beispielsweise bei Holz- und/oder Blech und/oder Kunststoffschrauben anzuwenden, oder bei anderen Schrauben, die aufgrund der Materialbeschaffenheit der zu verschraubenden Bauteile bestimmungsgemäß ihr Gegengewinde selbst schneiden oder selbst ausformen.
Es wird weiter ein Schraubbolzen für eine Verschraubung, wie vorstehend beschrieben, vorgeschlagen. Dieser Schraubbolzen ermöglicht durch seine Ausgestaltung in gestufter Art und Weise, wobei jedem Gewindeabschnitt eine eigene Stufe zukommt, die Bewirkung einer vorstehend beschriebenen, kopflosen Verschraubung.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Bauteil für eine Verschraubung mit einem anderen Bauteil mittels eines ein Differenzialgewinde aufweisenden Schraubbolzens, insbesondere wie vorstehend beschrieben, vorgeschlagen. Hierbei ist vorgesehen, dass in das Bauteil eine Bohrung eingebracht ist, in der ein Lagerstück axialverschieblich, zu dem Bauteil rotationsfest gelagert ist, und wobei das Lagerstück ein Innengewinde aufweist zur Aufnahme des Schraubbolzens. Die vorstehend beschriebene Axialverschieblichkeit wird hierbei nicht durch eine Axialführung am Gewindebolzen bewirkt, sondern über das im Bauteil längsverschieblich gelagerte Lagerstück. Die Wirkung ist letztlich die gleiche, nämlich die Aufbringung von Axialspiel in einem bestimmten Umfang, bevor das Differenzialgewinde die Verspannung des Schraubbolzens und hierdurch der Bauteile zueinander bewirkt. Hierzu ist das Lagerstück in der in das Bauteil eingebrachten Bohrung rotationsfest längsverschieblich gelagert, es kann also, ohne eine Rotationsbewegung des Schraubbolzens mitzumachen, innerhalb des Bauteiles im gewissen Umfang in Axialrichtung verschoben werden. Die Bewirkung dieser Rotationsfestigkeit kann auf unterschiedliche, im jeweiligen Anwendungsfall geeignete Weise erfolgen, beispielsweise durch Ausbildung von formangepassten Führungen innerhalb der Bohrung, etwa durch Nasen oder durch Abweichungen von der runden Querschnittsgeometrie, wobei in jedem Fall ausschließlich von Bedeutung ist, dass die Rotation des Lagerstücks innerhalb der Bohrung vermieden wird und gleichzeitig die Axialverschieblichkeit gewährleistet ist.
Weiter wird ein Verfahren vorgeschlagen zur Ausbildung einer Verschraubung von zwei, jeweils eine Gewindebohrung aufweisenden Bauteilen mittels eines zwei, ein Differenzialgewinde bildende, Gewindeabschnitte unterschiedlicher Gewindesteigung aufweisenden Schraubbolzens, wobei die Gewindeabschnitte derart unterschiedliche Größen aufweisen, dass der Außendurchmesser des im Durchmesser kleineren Gewindeabschnittes kleiner gleich dem Kerndurchmesser des größeren Gewindeabschnittes gewählt ist, und wobei zu Beginn des Verschraubens die beiden Bauteile sich berührend aneinander liegen. Anders als im Stand der Technik, wo Bauteile, die mittels einer Differenzialverschraubung miteinander zu verschrauben sind, einen vordefinierten Abstand aufweisen müssen, um bis zur gewünschten Verspannung des das Differenzialgewinde aufweisenden Schraubbolzens eine vollständige Verschraubung zu bewirken, können vorliegend die zu verschraubenden Bauteile aufeinander liegen. Hierdurch erübrigen sich Verschraubungseinrichtungen und -apparaturen und insbesondere ist es nicht länger erforderlich, mehrere an den Bauteilen vorzunehmende Differenzialverschraubungen simultan auszuführen. Im Gegenteil werden die zu verschraubenden Bauteile, wie aus dem Stand der Technik bei üblichen, mit einer Schraube mit einem Schraubenkopf zu bewirkenden Verschraubung bekannt, schlicht aufeinandergelegt. Dadurch, dass der Schraubbolzen derart gewählt wird, dass seine Gewindeabschnitte die beschriebenen unterschiedlichen Größen aufweisen, nämlich dass der Außendurchmesser des im Durchmesser kleineren Gewindeabschnittes kleiner gleich dem Kerndurchmesser des im Durchmesser größeren Gewindeabschnittes ist, ergibt sich ein Freiraum, in dem bis zum Greifen beider Gewindeabschnitte ein Axialspiel des Gewindeabschnitte relativ zu ihren korrespondierenden Innengewinden möglich ist, das die vor Verschraubungsbeginn im Stand der Technik erforderliche, definierte Beabstandung der beiden Bauteile entbehrlich macht.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus Kombinationen derselben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert.
Es zeigen
1 einen ein Differenzialgewinde aufweisenden Schraubbolzen;
2 den Schraubbolzen bei Beginn der Verschraubung zweier Bauteile;
3 einen Schraubbolzen mit Axialführung;
4 eine Axialführung des Schraubbolzens, die ein Winkelpendelspiel der beiden Gewindeabschnitte zulässt und
5 die Bewirkung eines Axialspiels durch entsprechende Ausgestaltung von Gewindeabschnitten und Innengewinden.
1 zeigt einen Schraubbolzen 1. Dieser weist Gewindeabschnitte 2 auf, die in Axialerstreckung des Schraubbolzens 1 hintereinander liegen. Es kann folglich ein erster, kopfseitiger Gewindeabschnitt 3 von einem zweiten, fußseitigen Gewindeabschnitt 4 unterschieden werden, wobei der fußseitige Gewindeabschnitt 4 einen Außendurchmesser d_A aufweist, der kleiner oder gleich einem Kerndurchmesser d_K des kopfseitigen Gewindeabschnittes 3 ist. Der fußseitige Gewindeabschnitt 4 weist hierbei eine Gewindelänge l₁ auf, die beispielsweise kürzer ist als die Gewindelänge l₂ des kopfseitigen Gewindeabschnittes 3. Zwischen dem fußseitigen Gewindeabschnitt 4 und dem kopfseitigen Gewindeabschnitt 3 ist eine gewindefreie Zone 5 ausgebildet, an die sich ein Übergangskegel 6 zum Gewindeeinlauf 7 des kopfseitigen Gewindeabschnittes 3 anschließt. An einem kopfseitigen Abschluss 8 des kopfseitigen Gewindeabschnittes 3 ist ein Werkzeugangriff 9 ausgebildet, der bevorzugt als eine einem hier nicht dargestellten Werkzeug formangepasste Ausnehmung 10 ausgebildet ist. Die Gewindeabschnitte 2 weisen unterschiedliche Gewindesteigungen auf, dergestalt, dass die erste Gewindesteigung P₁ anders ist als die zweite Gewindesteigung P₂. Die erste Gewindesteigung P₁ ist beispielsweise dem fußseitigen Gewindeabschnitt 4 zugeordnet, während die zweite Gewindesteigung P₂ dem kopfseitigen Gewindeabschnitt 4 zugeordnet ist. Zusammen bilden die Gewindeabschnitte 2 durch ihre unterschiedlichen Gewindesteigungen P₁ und P₂ ein Differenzialgewinde 11 aus. Beispielsweise ist die erste Gewindesteigung P₁ größer als die zweite Gewindesteigung P₂.
2 zeigt den Schraubbolzen 1 zu Beginn einer Verschraubung zweier Bauteile 12, nämlich eines oberen Bauteils 13 und eines unteren Bauteils 14, die zum Zwecke der Verschraubung aufeinander liegen und sich berühren. In die Bauteile 12 ist zur Bewirkung der Verschraubung jeweils ein Innengewinde 15 eingebracht, wobei das untere Bauteil 14 ein erstes Innengewinde 16 aufweist, das mit dem fußseitigen Gewindeabschnitt 4 des Schraubbolzens 1 korrespondiert, während das obere Bauteil 13 ein zweites Innengewinde 17 aufweist, das mit dem durchmessergrößeren, kopfseitigen Gewindeabschnitt 3 des Schraubbolzens 1 korrespondiert. Wird der Schraubbolzen nun in die Bauteile 12 zur Verschraubung eingeführt, wird seine Einführung erstmalig dadurch gestoppt, dass sein Fußende 37 das erste Innengewinde 16 an dessen Gewindebeginn 18 berührt, also bei Eintritt in das untere Baurteil 14. Dadurch, dass der fußseitige Gewindeabschnitt 4 durchmesserkleiner ist als der kopfseitige Gewindeabschnitt 3, nämlich so, dass der Außendurchmesser d_A des fußseitigen Gewindeabschnittes 4 kleiner gleich dem Kerndurchmesser d_K des kopfseitigen Gewindeabschnittes 3 ist (vergleiche hierzu 1), ist ein Durchstecken des Schraubbolzens 1 durch das zweite Innengewinde 17 möglich, ohne dass der fußseitige Gewindeabschnitt 4 mit dem zweiten Innengewinde 17 in irgendeine Wirkverbindung treten könnte. Erst dann, wenn der fußseitige Gewindeabschnitt 4 das erste Innengewinde 16, genauer dessen Gewindebeginn 18, erreicht, wird das Durchstecken des Schraubbolzens 1 beendet und der eigentliche Einschraubvorgang beginnt. Hierzu korrespondieren die Gewindeabschnitte 2 mit den Innengewinden 15 hinsichtlich der jeweiligen Gewindesteigung. Das erste Innengewinde 16 weist demzufolge die Steigung P₁ des fußseitigen Gewindeabschnittes 4 auf, während das zweite Innengewinde 17 die Steigung P₂ des kopfseitigen Gewindeabschnittes 3 aufweist. Im Zuge des Einschraubvorganges längt sich mit zunehmendem Einschraubweg der Schraubbolzen 1 und führt durch Abstützung der Gewindeabschnitte 2 in den Innengewinden 15 zu einer Verspannung des Schraubbolzens 1 und damit zum Bewirken der Verschraubung. Durch geeignete Wahl der Länge des Schraubbolzens 1, insbesondere aber der Gewindelänge des fußseitigen Gewindeabschnittes l₁ und der Gewindelänge des kopfseitigen Gewindeabschnittes l₂ (vergleiche hierzu 1) wird bestimmt, wie weit der Schraubbolzen 1 bis zur Bewirkung der vollständigen Verschraubung mit der gewünschten Schraubenzugkraft in die Bauteile 12 eintaucht oder noch aus ihr, beispielsweise am kopfseitigen Abschluss 8 des Schraubbolzens 1, über das obere Bauteil 13 hinaus steht. Dadurch, dass die Bauteile 12 bei Beginn der Verschraubung aufeinander liegen können, kann eine beliebige Anzahl derartiger Verschraubungen in denselben Bauteilen 12 durchgeführt werden, ohne dass diese Verschraubungen, wie im Stand der Technik bekannt, simultan auszuführen wären. Dadurch, dass die Gewindeabschnitte 2 relativ zu den jeweils korrespondierenden Innengewinden 15 ein Axialspiel aufweisen, also nicht, jeweils für sich betrachtet, einen satten Eingriff im jeweils korrespondierenden Innengewinde 15 einnehmen, kann der Schraubbolzen 1 bis zu Beginn seiner Längung und Aufbringen der Schraubenzugkraft ein gewisses Stück weit eingeschraubt werden, ohne dass eine nennenswerte Schraubenzugkraft aufgebaut wird. Wie weit der Einschraubvorgang des Schraubbolzens 1 in den Bauteilen 12 erfolgen kann, bevor die Schraubenzugkraft aufgebaut wird, ist abhängig von der Größe des Axialspiels der Gewindeabschnitte 2 in den jeweils korrespondierenden Innengewinden 15.
3 zeigt den Schraubbolzen 1 in einer Ausführung als zweiteiliger Schraubbolzen 19. Dieser ist, der besseren Darstellung wegen, in seine Einzelteile zerlegt. Der zweiteilige Schraubbolzen 19 besteht aus einem Kopfstück 20 und einem Fußstück 21. Das Kopfstück 20 weist den kopfseitigen Gewindeabschnitt 3 auf, der der Ausführung des bereits beschriebenen Schraubbolzens 1 entspricht. Das Fußstück 21 weist fußseitig den fußseitigen Gewindeabschnitt 4 auf, wie er dem bereits beschriebenen Schraubbolzen 1 entspricht. Dieser weist die Gewindelänge des fußseitigen Gewindeabschnitts l₁ auf. Der an dem Kopfstück 20 befindliche, kopfseitige Gewindeabschnitt 3 weist die Gewindelänge l₂ des kopfseitigen Gewindeabschnittes auf. Das Fußstück 21 ist über die Gewindelänge l₁ des fußseitigen Gewindeabschnittes hinaus verlängert, bevorzugt mit dem Fuß stückkerndurchmesser d_KF, und zwar um einen Führungsabschnitt 22. Der Führungsabschnitt 22 kann hierbei als Verlängerung der in 1 beschriebenen gewindefreien Zone 5 angesehen werden. Im Anschluss an den Führungsabschnitt 22 ist eine eine Axialkontur 23 aufweisende Verdickung 24 als Abschlussstück 25 des Fußstücks 21 angeordnet. Der Führungsabschnitt 22 wird demzufolge von dem fußseitigen Gewindeabschnitt 4 auf der einen und von dem Abschlussstück 25 auf der anderen Seite, in Axialerstreckung betrachtet, begrenzt. Das Abschlussstück 25 weist die Axialkontur 23 auf, die beispielsweise durch in Axialerstreckung ausgebildete, sich um den Umfang abwechselnde Erhebungen 26 und Vertiefungen 27 ausgebildet sein kann. Der kopfseitige Gewindeabschnitt 3 des zweiteiligen Schraubbolzens 19 weist eine Axialaufnehmung 28 auf, die konzentrisch angeordnet ist. An seinem unteren Ende 29 weist das Kopfstück 20 eine Einschnürung 30 der Axialausnehmung 28 auf, wobei die Axialausnehmung 28 im Bereich der Einschnürung 30 einen solchen Einschnürungsdurchmesser d_E hat, dass der Führungsabschnitt 22 des Fußstücks 21 darin längsverschieblich gelagert sein kann, das Abschlussstück 25 des Fußstücks 21 und der fußseitige Gewindeabschnitt des Fußstücks 21 aber nicht. Ist das Fußstück 21 also in dem Kopfstück 20 eingebracht, wobei der Führungsabschnitt 22 im Bereich der Einschnürung 30 gehalten und gelagert ist, das Abschlussstück 25 im Bereich der Axialausnehmung 28 und der fußseitige Gewindeabschnitt 4 unterhalb der Einschnürung 30 aus dem Kopfstück 20 herausragt, ist das Kopfstück 20 mit dem Fußstück 21 unverlierbar verbunden. In der Axialausnehmung 28 eingebrachte Axialstrukturen 31, die der Axialkontur 23 des Fußstücks 21 entsprechen, insbesondere mit den Erhebungen 26 und Vertiefungen 27 des Abschlussstücks 25 korrespondieren, bilden hierbei zusammen mit diesen entsprechenden Komponenten des Fußstücks 21 und dem Führungsabschnitt 22 eine Axialführung 32 aus, wobei gleichzeitig durch die Axialstruktur 31 im Zusammenwirken mit der Axialkontur 23 ein Drehmomentübertragungsmittel 38 gebildet wird. Die Axialführung ihrerseits ist durch ihre Geometrie im Zusammenspiel mit der Einschürung 30 als Verliersicherung 33 ausgebildet. Ist folglich das Fußstück 21 einmal in das Kopfstück 20 eingebracht, sind diese beiden Komponenten unverlierbar miteinander verbunden.
4 zeigt einen Längsschnitt durch den Schraubbolzen 1, nämlich den zweiteiligen Schraubbolzen 19, im Bereich der Axialführung 32 beziehungsweise der Verliersicherung 33. Das Kopfstück 20 weist die Axialstrukturen 31 auf, die den in 3 näher dargestellten, hier aufgrund des Längsschnitts nicht sichtbaren, Axialkontur 23 des Fußstücks 21 entspricht. Die Axialstrukturen 21 entsprechen hierbei dem in 1 dargestellten Werkzeugangriff 9 beziehungsweise bilden den Werkzeugangriff 9 aus. Auf diese Weise ist es möglich, ohne weitere Bearbeitungsvorgänge die Axialführung 32 und den Werkzeugangriff 9 in einem Zuge auszubilden. Das Abschlussstück 25 weist im Bereich des Anschlusses an den Führungsabschnitt 22 eine Abschlussstückunterseite 34 auf. Diese entspricht in ihrer Formgebung einer der Axialausnehmung 28 zugewandten Einschnürungsoberseite 35 der Einschnürung 30. Das Kopfstück 20 und das Fußstück 21 weisen jeweils eine Längsachse l auf, nämlich das Kopfstück 20 eine Kopfstücklängsachse l_K und das Fußstück 21 eine Fußstücklängsachse l_F. Im Idealfall, also bei genauem Fluchten der in 2 dargestellten Innengewinde 15, in denen die Verschraubung des Schraubbolzens 1 erfolgen soll, fluchten auch die Längsachsen l, nämlich die Kopfstücklängsachse l_K und die Fußstücklängsachse l_F. Liegen jedoch die in 2 dargestellten Bauteile 12 nicht exakt übereinander, kann es zu einem leichten Versatz der Innengewinde 15 in den Bauteilen 12 und daher beim Beginn des Einschraubvorganges des Schraubbolzens 1 auch zu einem Versatz der Kopfstücklängsachse l_K und der Fußstücklängsachse l_F zueinander kommen. Die Kopfstücklängsachse l_K und die Fußstücklängsachse l_F fluchten dann nicht, sondern schließen einen Winkel ein, der etwas kleiner als 180° ist. Um dennoch eine korrekte Verschraubung zu ermöglichen, bei der sich die in 2 dargestellten Bauteile 12 in die richtige Lage „ziehen", sind Abschlussunterseite 34 und Einschnürungsoberseite 35 formangepasst als Kugelmantelflächenabschnitte ausgebildet. Dies bedeutet, dass weder die Abschlussstückunterseite 34 noch die Einschnürungsoberseite 35 plan sind, sondern Abschnitte einer Kugelmantelfläche ausbilden, wie diese im Schnitt als Kreisbogenabschnitt 36 dargestellt ist. Ist nun der Außendurchmesser des Führungsabschnittes 22 geringer als der Innendurchmesser der Einschnürung 30, so kann das Fußstück 21 im Bereich der Einschnürung 30 und der Abschlussstückunterseite 34 sowie der Einschnürungsoberseite 35 pendeln, vorausgesetzt, der Außendurchmesser des Abschlussstücks 25 ist etwas geringer als der Innendurchmesser der Axialausnehmung 28 des Kopfstücks 20. Hierdurch wird ein Winkelpendelspiel 36 der Längsachsen l ermöglicht. Durch dieses Winkelpendelspiel 36 kann der Schraubbolzen 1 im Zuge des Verschraubvorganges eine korrekte Verschraubungslage einnehmen ohne zu verkanten, auch wenn die in 2 dargestellten, zu verschraubenden Bauteile 12 nicht ganz korrekt übereinander liegen und insbesondere die dort dargestellten Innengewinde 15 nicht ganz exakt fluchten. Auf diese Weise lässt sich eine gegen Handhabungsfehler weitgehend tolerante, sichere kopflose Verschraubung mit relativ einfachen und preisgünstigen Mitteln unter Vermeidung aufwendiger Verschraubungsapparaturen verwirklichen.
5 zeigt ein Detail eines Gewindeabschnittes 2 des nur abschnittsweise dargestellten Schraubbolzens 1. Dieser ist in sein korrespondierendes, hier nur abschnittsweise dargestelltes Innengewinde 15 eingeschraubt. Der Gewindeabschnitt 2 weist eine Ge windeverzahnung 39 auf, wobei die Gewindeverzahnung 39 einen Zahnspitzenabstand d_Z1 aufweist, der einer Innengewindeverzahnung 40 insoweit entspricht, als dass die Gewindeverzahnung 39 in der Innengewindeverzahnung 40 geführt werden kann und sich hierbei einseitig abstützen kann. Das Innengesinde 15 weist in der Innengewindeverzahnung 40 zwischen sich gegenüberliegenden Zahnflanken 41 einen Zahnflankenabstand d_ZF auf, so dass Zahnscheitel 42 der Gewindeverzahnung 39 zwischen gegenüberliegenden Zahnflanken 41 der Innengewindeverzahnung 40 ein Axialspiel A ausführen können, das in etwa dem Zahnflankenabstand d_ZF entspricht. Auf diese Weise ist ein Axialspiel des Schraubbolzens 1 innerhalb des dem jeweiligen Gewindeabschnitt 2 korrespondierenden Innengewindes 15 möglich. Dieses Axialspiel A liegt an beiden Gewindeabschnitten 2 des Schraubbolzens 1 (vergleiche 1 bis 3) vor. In der in 4 beschriebenen Ausführungsform kann das Axialspiel A sowohl am Kopfstück 20 als auch am Fußstück 21 vorliegen, wobei das Axialspiel entweder nur durch die Axialverschieblichkeit des Kopfstückes 20 auf dem Fußstück 21 über die Axialführung 32 bewirkt sein kann, oder kumulativ über diese und eine entsprechende, vorstehend beschriebene Ausführung der Gewindeabschnitte 2 und der Innengewinde 15.

1: Schraubbolzen
2: Gewindeabschnitt
3: kopfseitiger Gewindeabschnitt
4: fußseitiger Gewindeabschnitt
5: gewindefreie Zone
6: Übergangskegel
7: Gewindeeinlauf
8: kopfseitiger Abschluss
9: Werkzeugangriff
10: Ausnehmung
11: Differenzialgewinde
12: Bauteil
13: oberes Bauteil
14: unteres Bauteil
15: Innengewinde
16: erstes Innengewinde
17: zweites Innengewinde
18: Gewindebeginn
19: zweiteiliger Schraubbolzen
20: Kopfstück
21: Fußstück
22: Führungsabschnitt
23: Axialkontur
24: Verdickung
25: Abschlussstück
26: Erhebung
27: Vertiefung
28: Axialausnehmung
29: unteres Ende
30: Einschnürung
31: Axialstrukturen
32: Axialführung
33: Verliersicherung
34: Abschlussstückunterseite
35: Einschnürungsoberseite
36: Winkelpendelspiel
37: Fußende
38: Drehmomentübertragungsmittel
39: Gewindeverzahnung
40: Innengewindeverzahnung
41: Zahnflanke
42: Zahnscheitel
d_A: Außendurchmesser
d_K: Kerndurchmesser
l₁: Gewindelänge des fußseitigen Gewindeabschnitts
l₂: Gewindelänge des kopfseitigen Gewindeabschnitts
P₁: erste Gewindesteigung
P₂: zweite Gewindesteigung
^dKF: Fußstückkerndurchmesser
d_E: Einschnürungsdurchmesser
l: Längsachse
l_K: Kopfstücklängsachse
l_F: Fußstücklängsachse
d_Z1: Zahnspitzenabstand
d_ZF: Zahnflankenabstand
A: Axialspiel

Claims

Verschraubung von zwei, jeweils eine Gewindebohrung aufweisenden Bauteilen mittels eines zwei, ein Differenzialgewinde bildenden, Gewindeabschnitte unterschiedlicher Gewindesteigung aufweisenden Schraubbolzens, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindeabschnitte (2) derart unterschiedlich große Durchmesser aufweisen, dass der Außendurchmesser (d_A) des im Durchmesser kleineren Gewindeabschnittes (2) kleiner gleich dem Kerndurchmesser (d) des im Durchmesser größeren Gewindeabschnittes (2) ist.
Verschraubung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindeabschnitte (2) mittels einer Axialführung (32) axial verschieblich zueinander geführt sind.
Verschraubung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialführung (32) eine Verliersicherung (33) aufweist oder ausbildet.
Verschraubung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialführung (32) ein Winkelpendelspiel (36) der Längsachsen (l) der beiden Gewindeabschnitte (2) zulässt.
Verschraubung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialführung (32) ein Drehmomentübertragungsmittel (38) aufweist.
Verschraubung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewinde der beiden Gewindeabschnitte (2) gleichläufig ausgebildet sind.
Verschraubung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewinde der Gewindeabschnitte (2) selbstschneidende/selbstformende Gewinde sind.
Schraubbolzen für eine Verschraubung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.
Bauteil für eine Verschraubung mit einem anderen Bauteil mittels eines ein Differenzialgewinde aufweisenden Schraubbolzens, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein in einer in dem Bauteil (12) eingebrachten Bohrung axial verschieblich gelagertes, ein Innengewinde (15) aufweisendes, zum Bauteil (12) rotationsfestes Lagerstück zur Aufnahme des Schraubbolzens (1) mittels des Innengewindes (15).
Verfahren zur Ausbildung einer Verschraubung von zwei, jeweils eine Gewindebohrung aufweisenden Bauteilen mittels eines zwei, ein Differenzialgewinde bildende, Gewindeabschnitte unterschiedlicher Gewindesteigung aufweisenden Schraubbolzens, wobei die Gewindeabschnitte derart unterschiedliche Größen aufweisen, dass der Außendurchmesser des im Durchmesser kleineren Gewindeabschnittes kleiner gleich dem Kerndurchmesser des im Durchmesser größeren Gewindeabschnittes gewählt ist, und wobei zu Beginn des Verschraubens die beiden Bauteile sich berührend aneinanderliegen.