DE20201958U1

DE20201958U1 - Gewindedurchsetzung

Info

Publication number: DE20201958U1
Application number: DE20201958U
Authority: DE
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2012-02-09

Description

AB SKF Schweinfurt, 07.02.2002

DE 02 010 DE STP-he.se

Beschreibung

Gewindedurchsetzung

Die Erfindung betrifft eine an einem Blechbauteil angeordnete Gewindedurchsetzung nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.

Gewindedurchsetzungen der eingangs genannten Art dienen dazu, Bauelemente mittels Verschraubung lösbar an einem Blechbauteil zu befestigen. Im Unterschied beispielsweise zu eigens angeschweißten Blechwinkeln oder zu am Blechbauteil eigens zu befestigenden Anschweißmuttern werden bei einer Gewindedurchsetzung keine zusätzlichen Bauteile bzw. aufwändigen Arbeitsgänge und kein zusätzliches Material benötigt, da zur Herstellung der Gewindedurchsetzung das örtlich vorhandene Material des Blechbauteils herangezogen wird.

Es sind Gewindedurchsetzungen bekannt, die beispielsweise unter Einsatz eines Tiefzieh- bzw. Stanzwerkzeugs oder mittels eines speziellen Doms spanlos an ein Blechbauteil angeformt, also durch Umformen eines lokalen Bereichs des Blechbauteils erzeugt werden. Hierzu wird zunächst ein Durchbruch oder eine Bohrung im Blechbauteil hergestellt, und es wird anschließend ein im wesentlichen kreisringforaiiger, die Bohrung bzw. den Durchbruch umgebender Bereich des Blechbauteils durch ein Tiefziehwerkzeug bzw. einen Dorn so umgeformt, dass das Blechbauteil im Bereich des Durchbruchs einen auf einer Seite des Blechbauteils

um ein gewisses Maß überstehenden kreisrunden Kragen erhält. In diesen Kragen wird schließlich ein Innengewinde eingeschnitten oder eingeformt.

Derartige bekannte Gewindedurchsetzungen oder Gewindedurchzüge sind jedoch nicht besonders hoch belastbar und eignen sich daher zumeist nur für untergeordnete, einfache Befestigungsaufgaben. Daher werden insbesondere dort, wo höhere Gewindeausreißkräfte gefordert werden, zumeist noch die teureren, weil aufwändigeren Anschweißmuttern oder aber gänzlich andere Befestigungslösungen verwendet.

Die geringe Belastbarkeit bzw. Ausreißfestigkeit der bekannten Gewindedurchsetzungen hängt insbesondere damit zusammen, dass zur Ausformung des Gewindekragens einerseits nur ein verhältnismäßig geringes Mateiialvolumen im unmittelbaren Umgebungsbereich des am Blechbauteil angeordneten Durchbruchs zur Verfügung steht, und dass andererseits, insbesondere auf der Innenseite des Gewindekragens bzw. auf der dem Gewindekragen gegenüberliegenden Seite des Blechbauteils aufgrund dort beim Umformen entstehender hoher Materialdehnungen keine ausreichenden Materialfestigkeiten mehr vorhanden sind.

Mit diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gewindedurchsetzung zu schaffen, die die genannten Nachteile nicht aufweist und die sich aufgrund deutlich verbesserter Gewindeausreißfestigkeiten auch für qualifizierte Befestigungsaufgaben bzw. für hochbelastbare Verbindungen zwischen einem Blechbauteil und weiteren Bauteilen eignet.

Diese Aufgabe wird durch eine Gewindedurchsetzung nach der Lehre des Schutzanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

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In zunächst an sich bekannter Weise umfasst die erfindungsgemäße Gewindedurchsetzung einen im Blechbauteil angeordneten Durchbruch sowie einen vorzugsweise kalt spanlos gebildeten, im wesentlichen konzentrisch zum Durchbruch angeordneten Kragen, der auf einer Seite des Blechbauteils einen zumindest geringfügigen Überstand über die Oberfläche des Blechbauteils aufweist.

Erfindungsgemäß zeichnet sich die Gewindedurchsetzung jedoch dadurch aus, dass sie auf der dem Gewindekragen gegenüberliegenden Seite des Blechbauteils in der unmittelbaren Umgebung des Durchbruchs mit einer vertieften Einprägung versehen ist.

Durch diese Einprägung, die im Anschluss an die Erzeugung des Gewindekragens vorzugsweise kalt mittels eines Stempels auf der dem Gewindekragen gegenüberliegenden Seite des Blechbauteils erzeugt wird, wird der zuvor bei der Erzeugung des Gewindekragens stark gedehnte und damit geschwächte Materialbereich im Bereich des Innendurchmessers des Gewindekragens bzw. des Durchbruchs verdichtet und verfestigt

Der auf diese Weise insbesondere in der unmittelbaren Umgebung der Einprägung verdichtete bzw. kaltverfestigte Materialbereich wirkt sodann als Abstützung für den sich an diesen Materialbereich anschließenden Gewindebereich bzw. für den Gewindekragen selbst, insbesondere beim Auftreten von hohen Axialkräften im Gewinde. Mit anderen Worten werden also die Axialkräfte, die durch einen in die Gewindedurchsetzung eingeschraubten Bolzen auf den Gewindekragen aufgebracht werden, und durch die der Gewindekragen in Richtung auf die Blechteiloberfläche hin elastisch gestaucht wird, durch den verfestigten ringartigen Materialbereich im Bereich der Einprägung besser abgefangen und über eine größere Fläche verteilt in das Blechbauteil eingeleitet.

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Für das Wesen der Erfindung ist es zunächst nicht von zentraler Bedeutung, welche Form und Gestalt die vertiefte Einprägung der Gewindedurchsetzung aufweist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Einprägung jedoch eine im wesentlichen zylinderringartige Form auf. Einerseits lässt sich eine zylinderringartig geformte Einprägung auf besonders einfache und daher kostengünstige Weise mit einem zylindrischen bzw. abgesetzt zylindrischen Stempel erzeugen, andererseits führt eine derartige Form der Einprägung beim Prägevorgang zur Materialverdrängung vorwiegend in axialer Richtung auf den Gewindekragen zu. Daher wird nur wenig Material nach radial außen in das den Durchbruch umgebende Blechbauteil hineinverdrängt, und es ergibt sich ein vorteilhafter Kraftlinienverlauf beim Auftreten hoher Axialkräfte.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist der Außendurchmesser der Einprägung zumindest gleich groß oder geringfügig größer als der Außendurchmesser des Gewindekragens. Es hat sich gezeigt, dass sich bei einer Einprägung mit diesem Außendurchmesser im Gewindekragen sowie im Übergangsbereich zwischen Gewindekragen und Blechbauteil ein besonders vorteilhafter Verlauf der Spannungslinien einstellt, was zu einer besonders hoch belastbaren Gewindeverbindung führt. Es ergeben sich ferner auch dann besonders belastbare Gewindeverbindungen, wenn, wie dies gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung vorgesehen ist, die Tiefe der Einprägung zwischen 10% und 40%, besonders bevorzugt zwischen 28% und 32% der Blechdicke beträgt.

Für die Stabilität bzw. Ausreißfestigkeit der Gewindeverbindung sind neben der Festigkeit des Werkstoffs im unmittelbaren Bereich des Gewindes insbesondere auch Geometrie und Abmessungen des erhabenen Gewindekragens von Bedeutung. Mit diesem Hintergrund ist es gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Außendurchmesser des Gewindekragens um zumindest 20% größer ist als der Nenndurchmesser des Gewindes der Gewindedurchsetzung.

Um eine besonders hochbelastbare Gewindedurchsetzung zu erhalten, die sich auch für die Befestigung von hochbeanspruchten Bauteilen an einer Blechteiloberfläche eignet, ist es gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung vorgesehen, dass auf dem Außendurchmesser des Gewindekragens ein Ringelement bündig angeordnet ist. Mit einem dergestalt verstärkten Gewindekragen lässt sich die aufgrund begrenzten zur Verfügung stehenden Materialvolumens zur spanlosen Ausbildung des Kragens verbundene limitierte maximale Wandstärke des Kragens überwinden.

Dabei weist das Ringelement bevorzugt eine im wesentlichen zylinderringartige Form auf, wobei der Innendurchmesser des Ringelements vorzugsweise zumindest geringfügig kleiner, besonders bevorzugt 1% bis 1,5% kleiner ist als der Außendurchmesser des Gewindekragens. Dies bringt einerseits mit sich, dass das Ringelement auf den Gewindekragen verliersicher aufgepresst oder aufgeschrumpft werden kann, und dass der Gewindekragen andererseits auf diese Weise in radialer bzw. Umfangsrichtung auf Druck vorgespannt wird, was einerseits das Gewindespiel begrenzt bzw. verringert und andererseits die Belastbarkeit der Gewindeverbindung weiter erhöht.

Besonders bevorzugt ist ferner die Ringbreite (mit anderen Worten die axiale Länge) des Ringelements zumindest geringfügig größer als der Überstand des Gewindekragens über die Blechteiloberfläche. Auf diese Weise lässt sich gewährleisten, dass der Gewindekragen stets über seine gesamte Länge, insbesondere auch an seinem der Blechteiloberfläche abgewandten Ende, auf Druck vorgespannt bzw. durch das Ringelement abgestützt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellender Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt die einzige Figur in schematischer seitlicher Schnittdarsteilung ein Ausfuhrungsbeispiel für eine Gewindedurchsetzung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Man erkennt zunächst ein Blechbauteil 1, das mit einem senkrecht zur Blechoberfläche verlaufenden Durchbruch 2 versehen ist. An der zeichnungsbezogen unteren Oberfläche des Blechteils 1 ist ein durch spanlose Umformung erzeugter Gewindekragen 3 angeordnet. Der Durchbruch 2 und der Gewindekragen 3 des Blechbauteils 1 sind mit einem durchgängigen Innengewinde mit dem Nenndurchmesser 4 versehen. In der Figur ist in das Innengewinde des Blechbauteils 1 eine teilweise dargestellte Schraube bzw. ein Bolzen 5 eingeschraubt, mit dem sich ein weiteres, jedoch nicht dargestelltes Bauteil vorzugsweise an der zeichnungsbezogen oberen Oberfläche des Blechbauteils 1 befestigen lässt.

Um die Belastungsfähigkeit und die Gewindeausreißfestigkeit der Gewindedurchsetzung zu erhöhen, ist die Gewindedurchsetzung im Bereich der zeichnungsbezogen oberen Blechteiloberfläche mit einer spanlos geformten Einprägung 6 versehen, die beispielsweise mittels eines im wesentlichen zylindrisch geformten, abgesetzten Stempels erzeugt werden kann. Bei der spanlosen Erzeugung der Einprägung 6 durch einen Stempel wird das in dem zylinderringförmigen Bereich 6 zuvor befindliche Material des Blechbauteils 1 verdrängt und fließt dabei nach radial außen sowie insbesondere nach zeichnungsbezogen unten in Richtung auf den Gewindekragen 3 zu. Durch diese Verformung des Blechteilmaterials, die bei Raumtemperatur stattfindet, erfolgt eine Kaltverfestigung des Blechmaterials in den die Einprägung 6 umgebenden Materialbereichen.

Obwohl durch die Erzeugung der Einprägung 6 die tragende Länge des Gewindebereichs der Gewindedurchsetzung geringfügig verringert wird, lässt sich gleichzeitig die Tragfähigkeit und Ausreißfestigkeit der Gewindedurchsetzung

aufgrund der Kaltverfestigung des Materials stark erhöhen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die vom Gewindebolzen 5 in das Blechbauteil 1 einzuleitenden Kräfte zeichnungsbezogen vorwiegend von unten nach oben auf das Blechbauteil 1 einwirken. Denn in diesem Fall kann sich der Gewindekragen 3 auf die in Richtung zur Einprägung 6 hin eine stetig zunehmende Festigkeit aufweisenden Bereiche in der Umgebung der Einprägung 6 elastisch abstützen.

Um die Belastungsfähigkeit bzw. maximale Ausreißfestigkeit der Gewindedurchsetzung weiter zu erhöhen, umfasst die gezeigte Gewindedurchsetzung ferner einen auf den Gewindekragen 3 aufgeschrumpften bzw. aufgepressten Stützring 7. Der Stützring 7 weist eine Ringbreite bzw. axiale Länge 8 auf, die geringfügig größer als der Überstand des Gewindekragens 3 über die zeichnungsbezogen untere Blechteiloberfläche ist. Daher ergibt sich ein gewisser Überstand 9 des Stützrings 7 über die axiale Begrenzung des Gewindekragens 3.

Der Stützring 7 besitzt einen Innendurchmesser, der vor dem Aufpressen auf den Gewindekragen 3 geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des Gewindekragens 3 ist, so dass der Stützring 7 im montierten Zustand eine radiale Umfangskraft auf den Gewindekragen 7 ausübt, wodurch letzterer nach radial innen vorgespannt wird. Durch den axialen Überstand 9 des Stützrings 7 über den Gewindekragen 3 ist sichergestellt, dass der Gewindekragen 3 im wesentlichen auf seiner gesamten Länge mit der nach radial innen wirkenden Vorspannkraft durch den gedehnten Stützring 7 beaufschlagt wird.

Die Vorspannung des Gewindekragens 3 radial in Richtung auf den Schraubenbolzen 5 führt je nach Wahl der Presspassung zwischen Stützring 7 und Gewindekragen 3 zu einer Verringerung des Gewindespiels zwischen dem Innengewinde des Gewindekragens 3 und dem Außengewinde des Schraubenbolzens 5, oder aber zur vollständigen Eliminierung des Gewindespiels. Hierdurch lässt sich einerseits die Präzision einer dergestalt ausgeführten

Verschraubung, insbesondere jedoch die Belastungsfähigkeit der Verschraubung ganz wesentlich erhöhen.

Im Ergebnis wird somit deutlich, dass durch die Anbringung einer Einprägung 6 und/oder eines Stützrings 7 sich die Qualität und Belastungsfahigkeit einer an einem Blechbauteil angeordneten Gewindedurchsetzung ganz wesentlich erhöhen lässt, ohne dass hierzu aufwändige Maßnahmen oder teuere Mehrfach-Folgewerkzeuge notwendig sind. Damit bietet sich eine dergestalt ausgeführte Gewindedurchsetzung als insbesondere kostengünstiger Einsatz für bei hochbelasteten Anwendungsfallen bisher notwenige Speziallösungen an.

ABSKF

Schweinfurt, 07.02.2002 DE 02 010 DE STP-he.se

Bezugszeichen	Blechbauteil
1	Durchbruch
2	Gewindekragen
3	Nenndurchmesser
4	Schraubenbolzen
5	Einprägung
6	Stützring
7	axiale Länge des Stützrings 7
8	Überstand des Stützrings 7
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Claims

1. Gewindedurchsetzung an einem Blechbauteil (1) mit einem im Blechbauteil (1) angeordneten Durchbruch (2) und einem konzentrisch zum Durchbruch (2) angeordneten, auf einer Seite des Blechbauteils (1) einen zumindest geringfügigen Überstand über die Blechoberfläche aufweisenden Gewindekragen (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteil (1) auf der dem Gewindekragen (3) gegenüberliegenden Seite im unmittelbaren Randbereich des Durchbruchs (2) eine Einprägung (6) aufweist.

2. Gewindedurchsetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägung (6) eine im Wesentlichen zylinderringartige Form aufweist.

3. Gewindedurchsetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Einprägung (6) zumindest geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Gewindekragens (3).

4. Gewindedurchsetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Einprägung (6) zwischen 10% und 40%, besonders bevorzugt zwischen 28% und 32% der Blechdicke beträgt.

5. Gewindedurchsetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Gewindekragens (3) zumindest um 20% größer ist als der Gewinde-Nenndurchmesser der Gewindedurchsetzung.

6. Gewindedurchsetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Außendurchmesser des Gewindekragens (3) ein Ringelement (7) bündig angeordnet ist.

7. Gewindedurchsetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (7) eine im Wesentlichen zylinderringartige Form aufweist.

8. Gewindedurchsetzung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Ringelements (7) zumindest geringfügig, besonders bevorzugt 1% bis 1,5% kleiner ist als der Außendurchmesser des Gewindekragens (3).

9. Gewindedurchsetzung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Ringelements (7) zumindest geringfügig größer ist als der Überstand des Gewindekragens (3).