DE202004006061U1

DE202004006061U1 - Leichtmetall-Befestigungselement

Info

Publication number: DE202004006061U1
Application number: DE202004006061U
Authority: DE
Original assignee: Richard Bergner Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Richard Bergner Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2004-04-17
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2014-04-18

Abstract

Bolzenförmiges Befestigungselement mit einem Außengewinde (2), welches eine zum Aufnehmen einer Druckbelastung vorgesehene zu einer Normalen (N) zur Gewindeachse (A) um einen Druckflankenwinkel (α₁) schräg gestellte Druckflanke (3) sowie eine dieser gegenüberliegende, zu einer Normalen (N) zur Gewindeachse (A) um einen Gegenflankenwinkel (α₂) schräg gestellte Gegenflanke (4) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
– das Befestigungselement aus einer Leichtmetalllegierung besteht und der Druckflankenwinkel (α₁) größer ist als 30°.

Description

Die Erfindung betrifft ein bolzenförmiges Leichtmetall-Befestigungselement, insbesondere eine Leichtmetallschraube, mit einem Außengewinde, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Mechanisch beanspruchte, insbesondere wechselbeanspruchte Schrauben aus Leichtmetall, insbesondere Aluminium, haben gegenüber Schrauben beispielsweise aus Stahl den Nachteil eines ungünstigeren Ermüdungsverhaltens. Eine erhöhte Bruchgefahr besteht bei schwingbeanspruchten Aluminiumschrauben in besonderem Maße am ersten belasteten Gewindegang, da an dieser Stelle ein Spannungsmaximum auftritt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leichtmetall-Befestigungselement anzugeben, welches besonders für schwingbeanspruchte Schraubverbindungen geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein bolzenförmiges Befestigungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Leichtmetall-Befestigungselement weist ein Außengewinde auf, dessen jeweils gegenüberliegende Gewindeflanken zum einen als Druckflanke und zum anderen als Gegenflanke bezeichnet sind. Hierbei ist die Druckflanke zum Aufnehmen einer Druckbe-lastung durch ein mit dem Außengewinde korrespondierendes Innengewinde, beispielsweise einer Mutter, vorgesehen. Das Leichtmetall-Befestigungselement erfährt dadurch insgesamt eine Zugbelastung.
Üblicherweise werden sogenannte metrische Gewinde verwendet mit einem Flankenwinkel von 60°. Diese metrischen Gewinde sind symmetrisch aufgebaut. In Bezug auf eine Normale zur Gewindeachse teilt der Flankenwinkel sich folglich in zwei Teilflankenwinkel von jeweils 30° auf. Jeder dieser Teilflankenwinkel ist einer Flanke zugeordnet, nämlich der Druckflankenwinkel der Druckflanke und der Gegenflankenwinkel entsprechend der Gegenflanke. Gerät die Druckflanke eines Gewindegangs in Eingriff mit dem entsprechenden korrespondierenden Innengewinde, beispielsweise einer Mutter, tritt durch die auftretende Druckbelastung in der Druckflanke im Gewindegrund zwischen der Druckflanke und der Gegenflanke eine Spannungskonzentration auf. Zur Minimierung dieser Spannungskonzentration ist nach der Erfindung vorgesehen, den Druckflankenwinkel zu vergrößern. Dieser über einen Wert von 30° vergrößerte Druckflankenwinkel bewirkt eine mildere Kraftumlenkung im Bereich des Gewindegrunds der Schraube. Wenn im Zusammenhang mit der Erfindung von Schrauben die Rede ist, ist dies die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsmäßigen bolzenförmigen Befestigungselements. Dieses bolzenförmige Befestigungselement ist nach der Erfindung aus Leichtmetall gefertigt. Die Erfindung betrifft also Befestigungselemente, in erster Linie Schrauben aus Aluminiumlegierungen.
Mit der Erfindung wird die Dauerfestigkeit, also die Schwingfestigkeit der erfindungsmäßigen Aluminiumschrauben signifikant erhöht. Die Erfindung trägt der Tatsache Rechnung, dass Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen kerbempfindlicher sind als entsprechende Stähle. Es ist nur folgerichtig, den Druckflankenwinkel möglichst weit zu öffnen, so dass der Druckflankenwinkel in bevorzugter Ausführung sogar größer als 40° ist.
Durch die ausgeprägtere Schrägstellung der Druckflanke wird der Kraftfluß im Bereich des Gewindegrunds weniger schroff umgelenkt, wobei Spannungsspitzen bei der Krafteinleitung im Vergleich zu herkömmlichen metrischen Gewinden gemindert sind. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Gewindeprofils wird somit die Kerbwirkung im Bereich des Gewindegrunds reduziert. Vorzugsweise beträgt der Druckflankenwinkel mindestens 40°, insbesondere 40° bis 50°. Der Gegenflankenwinkel ist vorzugsweise so groß wie der Druckflankenwinkel oder kleiner als dieser, insbesondere 20° bis 30°. Durch den geringeren Betrag des Gegenflankenwinkels im Vergleich zum Druckflankenwinkel besteht die Möglichkeit, das Gewinde mit einer ähnlichen oder identischen Steigung wie ein ge bräuchliches metrisches Gewinde gleichen Durchmessers, beispielsweise nach DIN 13, zu gestalten. Zugleich ist durch das asymmetrische Gewindeprofil sichergestellt, dass Bauteile, beispielsweise Muttern, mit herkömmlichen metrischen ISO-Gewinden nicht auf das Außengewinde des Leichtmetall-Befestigungselementes aufgeschraubt werden können. Damit ist der Effekt einer Codierung des Gewindes des Leichtmetall-Befestigungselementes gegeben, d. h. es ist sichergestellt, dass ausschließlich zusammengehörende Leichtmetall-Bauteile miteinander verschraubt werden.
Im Bereich des Gewindegrundes zwischen der Druck- und der Gegenflanke ist zur Verminderung lokaler Beanspruchungsmaxima vorzugsweise eine Ausrundung mit einem Krümmungsradius von mindestens 10 % der Gewindesteigung des Gewindes des Leichtmetall-Befestigungselementes vorgesehen.
Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass die Gewindeflanken eines Leichtmetallgewindes in Anpassung an die typischerweise ungleichförmige Krafteinleitung in die Gewindeflanken derart asymmetrisch ausgebildet sind, dass die zur Aufnahme einer Druckbelastung vorgesehene Gewindeflanke einen besonders großen Teilflankenwinkel aufweist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur ausschnittsweise ein Leichtmetall-Befestigungselement.
Ein Leichtmetall-Befestigungselement 1, beispielsweise eine Aluminiumschraube, weist ein asymmetrisches Außengewinde 2 auf. Ein nicht dargestellter Schraubenkopf des Befestigungselementes 1 befindet sich rechts von dem in der Figur dargestellten Ausschnitt des Befestigungselementes 1. Das Gewinde 2 weist gegenüberliegende Flanken 3,4 auf, wobei die in der Darstellung linke Gewindeflanke jeweils als Druckflanke 3 und die in der Darstellung rechte Gewindeflanke jeweils als Gegenflanke 4 bezeichnet ist. Ist auf das Gewinde 2 ein nicht dargestelltes Verschraubungselement, beispielsweise eine Mutter, mit einem Innengewinde aufgeschraubt, so übt, falls das Befestigungselement 1 insgesamt einer Zugbe lastung oder Zugkraft F_Z parallel zur Gewindeachse A ausgesetzt ist, das Innengewinde des Verschraubungselementes eine beispielhaft bei einer Flanke 3 mit Pfeilen angedeutete Druckbelastung oder Druckkraft F_D auf die Druckflanke 3 aus. Die Gegenflanke 4 ist in diesem Belastungszustand dagegen nicht beansprucht. Das auf das Gewinde 2 aufgeschraubte Verschraubungselement hat ebenso wie das Gewinde 2 ein asymmetrisches Gewindeprofil.
Der Teilflankenwinkel der Druckflanke 3, d. h. der Winkel zwischen der Druckflanke 3 und einer Normalen N zur Gewindeachse A ist als Druckflankenwinkel α₁ bezeichnet. Analog ist der Teilflankenwinkel der Gegenflanke 4 als Gegenflankenwinkel α₂ bezeichnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Druckflankenwinkel α₁ 45° und der Gegenflankenwinkel α₂ 30°. Der Flankenwinkel α des Gewindes 2 beträgt damit 75°.
Durch die asymmetrische Ausbildung des Gewindes 2 ist die Druckflanke 3 breiter als die Gegenflanke 4. Die ausgeprägtere Schrägstellung der Druckflanke 3 bewirkt eine weniger schroffe Kraftumlenkung innerhalb des Querschnitts des Befestigungselements 1 als bei mit herkömmlichen metrischen Gewinden versehenen Befestigungselementen.
Zwischen den gegenüberliegenden Gewindeflanken 3,4 ist im Bereich des Gewindegrundes 5 eine Ausrundung 6 vorgesehen. Der Krümmungsradius R am Gewindegrund 5 beträgt mehr als 10 % der Steigung P des Gewindes 2. Damit ist die Kerbwirkung am Gewindegrund 5 weiter reduziert. Das Befestigungselement 1 ist damit besonders für dauerfeste, insbesondere schwingbeanspruchte, Leichtmetall-Schraubenverbindungen geeignet.

1: Leichtmetall-Befestigungselement
2: Außengewinde
3: Druckflanke
4: Gegenflanke
5: Gewindegrund
6: Ausrundung
α: Flankenwinkel
α₁: Druckflankenwinkel
α₂: Gegenflankenwinkel
A: Gewindeachse
d: Außendurchmesser
F_D: Druckkraft
F_Z: Zugkraft
N: Normale
R: Krümmungsradius
P: Gewindesteigung

Claims

Bolzenförmiges Befestigungselement mit einem Außengewinde (2), welches eine zum Aufnehmen einer Druckbelastung vorgesehene zu einer Normalen (N) zur Gewindeachse (A) um einen Druckflankenwinkel (α₁) schräg gestellte Druckflanke (3) sowie eine dieser gegenüberliegende, zu einer Normalen (N) zur Gewindeachse (A) um einen Gegenflankenwinkel (α₂) schräg gestellte Gegenflanke (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Befestigungselement aus einer Leichtmetalllegierung besteht und der Druckflankenwinkel (α₁) größer ist als 30°.
Leichtmetall-Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckflankenwinkel (α₁) mehr als 40° beträgt.
Leichtmetall-Befestigungselement nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Druckflankenwinkel (α₁) genau so groß ist wie der Gegenflankenwinkel (α₂)
Leichtmetall-Befestigungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckflankenwinkel (α₁) größer ist als der Gegenflankenwinkel (α₂)
Leichtmetall-Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenflankenwinkel (α₂) mindestens 10° beträgt.
Leichtmetall-Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich eines zwischen der Druckflanke (3) und der Gegenflanke (4) liegenden Gewindegrundes (5) eine Ausrundung (6) vorgesehen ist.
Leichtmetall-Befestigungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius (R) am Gewindegrund (5) mindestens 10 % der Gewindesteigung (P) beträgt.
Leichtmetall-Verschraubungselement, insbesondere Leichtmetall-Mutter, mit einem Innengewinde, welches mit einem Außengewinde (2) eines Befestigungselementes nach einem der Ansprüche 1 bis 7 korrespondiert.