DE102004050830A1

DE102004050830A1 - Gewindeelement

Info

Publication number: DE102004050830A1
Application number: DE200410050830
Authority: DE
Inventors: Tino Fuhrmann; Christian Bögle; Hartmut Henkelman; Jochen Kopp
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2006-04-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gewindeelement, umfassend mindestens eine Anlagefläche, die an einem Fügeteil zur Anlage kommt, sowie umfassend mindestens einen Gewindeabschnitt, wobei das Gewindeelement (10) derart gestaltet ist, dass zwischen mindestens einem Gewindeabschnitt (11) und mindestens einer Anlagefläche (12) zur Anlage an einem Fügeteil eine Federwirkung erzielt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gewindeelement umfassend mindestens eine Anlagefläche, die an einem Fügeteil zur Anlage kommt, sowie umfassend mindestens einen Gewindeabschnitt.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein metallisches Gewindeelement der vorgenannten Art, insbesondere zur Verschraubung von Kunststoffteilen. Bei Schraubverbindungen werden die Betriebslasten durch Reibkräfte übertragen, die aufgrund der Montagevorspannkräfte verursacht werden. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass bei der Verschraubung von Kunststoffteilen mit Vorspannungskraftverlusten aufgrund von Kriech- und Relaxationserscheinungen in den Kunststoffteilen zu rechnen ist, wenn man Kunststoffteile verschraubt. Aus diesem Grund werden bei der Verschraubung von Kunststoffteilen in der Regel metallische Buchsen in den Kunststoff eingesetzt. In diesem Fall werden die Betriebslasten nicht mehr über Reibkräfte zwischen den Fügeteilen übertragen, sondern über Lochlaibung der Metallbuchse im Kunststoffteil. Insbesondere bei schwingender Beanspruchung ist damit eine deutliche Reduzierung der ertragbaren Schwingspiele im Vergleich zur Kraftübertragung durch Reibkräfte zu erwarten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Gewindeelement der eingangs genannten Gattung, insbesondere ein metallisches Gewindeelement, insbesondere zur Verschraubung von Kunststoffteilen zur Verfügung zu stellen, welches eine Minimierung der Vorspannkraftverluste und eine dauerhafte Übertragung der Betriebslasten über Klemmkraft zwischen den Fügeteilen ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein erfindungsgemäßes Gewindeelement der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Gewindeelement derart gestaltet ist, dass zwischen mindestens einem Gewindeabschnitt und mindestens einer Anlagefläche zur Anlage an einem Fügeteil eine Federwirkung erzielt wird. Diese Federwirkung kann durch die geometrische Gestalt oder gezielte Materialbeeinflussung des Gewindeelements erreicht werden. Vorzugsweise hat dabei das erfindungsgemäße Gewindeelement zwischen einem Gewindeabschnitt und mindestens einer Anlagefläche mindestens einen geschwächten Bereich.

Bei dem erfindungsgemäßen Gewindeelement wird durch die geometrische Form oder gezielte Materialbeeinflussung eine Federwirkung zwischen Gewinde und Anlagefläche für das Fügeteil erzielt, wobei über einen definierten Verformungsbereich eine konstante Kraft wirkt. Die Anlagefläche für das Fügeteil kann dabei gemäß einer bevorzugten Weiterbildung so ausgeführt werden, dass mit zunehmendem Setzweg der Verbindung die Beanspruchung des Fügeteils durch eine zunehmende Vergrößerung der wirksamen Anlagefläche minimiert wird. Dies kann man zum Beispiel durch eine Rändelung oder eine ähnliche Strukturierung der Anlagefläche erzielen.

Das erfindungsgemäße Gewindeelement kann beispielsweise in einen weitgehend zylindrischen Durchbruch mindestens eines der zu verbindenden Fügeteile eingesetzt werden. Es ergibt sich also eine sehr einfache Fügeteilvorbereitung, bei der ein solcher zylindrischer Durchbruch mit definiertem Durchmesser hergestellt wird. Will man ein Verdrehen im Fügeteil vermeiden, so ist dies zum einen durch eine spezielle geometrische Gestaltung möglich. Eine andere mögliche Alternative besteht darin, dass man das Gewindeelement in einem Durchbruch eines der Fügeteile fixiert, beispielsweise durch Einkleben.

Eine bevorzugte erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass der zuvor genannte mindestens eine geschwächte Abschnitt einen Gewindeabschnitt, insbesondere ein Innengewinde, und mindestens eine Anlagefläche für das Fügeteil in radialer Richtung verbindet. In diesem Fall liegt also der Gewindeabschnitt radial innen, daran schließt sich radial nach außen ein geschwächter Abschnitt des Gewindeelements an, auf den wiederum radial nach außen die Anlagefläche folgt. Bei einer solchen bevorzugten Ausbildung des Gewindeelements erstreckt sich also die Anlagefläche nur über eine Teilstrecke des radialen Abstands zwischen der äußeren Begrenzung und dem Gewindeabschnitt des Gewindeelements. Die Schwächung kann sich dadurch ergeben, dass das Gewindeelement in diesem Bereich in axialer Richtung eine geringere Materialstärke als in dem Gewindeabschnitt und/oder in dem Bereich der Anlagefläche aufweist oder das Material in diesem Bereich gesonderte Eigenschaften aufweist.

Gemäß einer bevorzugten konstruktiven Variante kann sich der Gewindeabschnitt in axialer Richtung des Gewindeelements mindestens einseitig über die Ebene der Anlagefläche hinaus erstrecken, das heißt, die Höhe des Gewindeabschnitts beziehungsweise dessen axiale Abmessung ist größer als die axiale Materialstärke des Gewindeelements, dort wo sich die Anlagefläche befindet, so dass der Gewindeabschnitt gegenüber dieser Anlagefläche vorsteht. Wenn dies nur einseitig der Fall ist, schließt der Gewindeabschnitt am axial gegenüberliegenden Ende des Gewindeelements bündig mit der Anlagefläche ab.

Eine mögliche geometrische Ausbildung des Gewindeelements besteht zum Beispiel darin, dass man eine Ringnut in dieses einbringt, um den geschwächten Bereich auszubilden. Diese Ringnut befindet sich dann vorzugsweise zwischen dem radial weiter innen liegenden Gewindeabschnitt und der radial weiter außen liegenden Anlagefläche. Beispielsweise kann man diese Ringnut durch eine Ausfräsung oder eine ähnliche spanende Bearbeitung in diesem Bereich erzielen. Das Gewindeelement ist dann in dem Abschnitt zwischen dem Gewindeabschnitt und der Anlagefläche geschwächt, wodurch sich die Federwirkung ergibt. Eine mögliche Ausbildung einer solchen Ringnut oder Ausfräsung sieht vor, dass diese im Bereich des Nutgrunds im Querschnitt des Gewindeelements gesehen einen kurvenförmigen Konturenverlauf aufweist.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Fügeverbindung, vorzugsweise für die Verbindung zweier Fügeteile, von denen mindestens eines aus Kunststoff besteht, die dadurch gekennzeichnet ist, dass diese mindestens ein Gewindeelement der vorgenannten Art umfasst. Vorzugsweise ist dabei dieses Gewindeelement in einem vorzugsweise weitgehend zylindrischen Durchbruch mindestens eines der zu verbindenden Fügeteile mindestens teilweise aufgenommen. Eine solche erfindungsgemäße Fügeverbindung ist Gegenstand des Anspruchs 10.

Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gewindeelements beziehungsweise der Fügeverbindung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Dabei zeigt
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Gewindeelements, welches zur besseren Verdeutlichung aufgeschnitten ist.
Es wird auf 1 Bezug genommen. Diese zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gewindeelements 10, welches in radialer Richtung aufgeschnitten ist, so dass der Querschnitt erkennbar ist und etwa ein halbes Gewindeelement, dessen andere Hälfte analog gestaltet ist, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Das Gewindeelement 10 besteht vorzugsweise aus Metall. Es hat Ähnlichkeit mit einer im Prinzip zylindrischen Gewindebuchse und weist einen Innengewindeabschnitt 11 auf. In diesen Gewindeabschnitt 11 kann bei in ein Fügeteil eingesetztem Gewindeelement 10 beispielsweise eine Schraube oder ein ähnliches Befestigungselement (hier nicht dargestellt) eingeschraubt werden. Das Gewindeelement 10 hat einen äußeren zylindrischen Umriss mit einer Mantelfläche 14. Dadurch kann das Gewindeelement 10 in einen weitgehend zylindrischen Durchbruch mindestens eines der zu verbindenden Fügeteile (diese sind hier nicht dargestellt) eingesetzt werden. Bei der Verbindung der Fügeteile kommt die Anlagefläche 12, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Kreisringfläche ist, an einem der Fügeteile zur Anlage. Die Anlagefläche 12 ist hier eine äußere Kreisringfläche, die sich jedoch nicht bis zu dem Gewindeabschnitt 11 radial nach innen hin erstreckt, sondern vielmehr durch eine Ringnut 15 von dem Gewindeabschnitt 11 getrennt ist.
Dadurch, dass sich die Ringnut 15 zwischen Gewindeabschnitt 11 und Anlagefläche 12 in das Material des Gewindeelements 10 hinein erstreckt, ergibt sich unterhalb dieser Ringnut 15 ein geschwächter Abschnitt 13. Dabei verbindet dieser geschwächte Abschnitt 13 in radialer Richtung den inneren Gewindeabschnitt 11 mit dem Bereich, in dem sich auf der einen Seite des Gewindeelements 10 die Anlagefläche 12 befindet. Dieser geschwächte Abschnitt 13 führt eine Federwirkung herbei, durch die sich eine Senkung der Vorspannkraftverluste ergibt, wenn mittels des Gewindeelements 10 zwei Fügeteile verschraubt werden.
Um die wirksame Anlagefläche 12 zu vergrößern, kann man in deren Oberflächenbereich eine Rändelung oder ähnliche Strukturierung vorsehen. Die geometrische Form des Gewindeelements 10 ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 derart, dass der Gewindeabschnitt 11 wie man erkennt in axialer Richtung des Gewindeelements gesehen an einer Seite über die Ebene der Anlagefläche 12 hinaus ragt. Der Gewindeabschnitt 11 ist damit axial etwas länger als die axiale Höhe der Mantelfläche 14. Durch die Federwirkung in dem geschwächten Abschnitt 13 ist anders als bei einem herkömmlichen Gewindeelement aus Vollmaterial ein zusätzlicher Freiheitsgrad im Gewindeelement gegeben, der ein Verschieben relativ zueinander in axialer Richtung zwischen dem Gewindeabschnitt 11 und der Anlagefläche 12 innerhalb eines gewissen maßlichen Bereichs zulässt.

10: Gewindeelement
11: Gewindeabschnitt
12: Anlagefläche
13: geschwächter Bereich
14: äußere Begrenzung, Mantelfläche
15: Ringnut

Claims

Gewindeelement umfassend mindestens eine Anlagefläche, die an einem Fügeteil zur Anlage kommt sowie umfassend mindestens einen Gewindeabschnitt, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewindeelement (10) derart gestaltet ist, dass zwischen mindestens einem Gewindeabschnitt (11) und mindestens einer Anlagefläche (12) zur Anlage an einem Fügeteil eine Federwirkung erzielt wird.
Gewindeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zwischen einem Gewindeabschnitt (11) und mindestens einer Anlagefläche (12) mindestens einen geschwächten Bereich (13) aufweist.
Gewindeelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeabschnitt (11) ein Innengewinde umfasst und mindestens eine Anlagefläche (12) von dem Innengewinde aus betrachtet radial weiter nach außen angeordnet ist.
Gewindeelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine geschwächte Abschnitt (13) ein mindestens einen Gewindeabschnitt (11) und mindestens eine Anlagefläche (12) in radialer Richtung verbindender Bereich ist.
Gewindeelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens eine Anlagefläche (12) nur über eine Teilstrecke des radialen Abstands zwischen der äußeren Begrenzung (14) und dem Gewindeabschnitt (11) des Gewindeelements erstreckt.
Gewindeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeabschnitt (11) sich in axialer Richtung des Gewindeelements mindestens einseitig über die Ebene der Anlagefläche (12) hinaus erstreckt.
Gewindeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer radial weiter außen angeordneten Anlagefläche (12) und einem radial weiter innen liegenden Gewindeabschnitt (11) eine Ringnut (15) oder Ausfräsung oder dergleichen angeordnet ist zur Schwächung der Materialstärke des Gewindeelements in axialer Richtung.
Gewindeelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (15) oder Ausfräsung im Bereich des Nutgrunds im Querschnitt einen kurvenförmigen Konturenverlauf aufweist.
Gewindeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieses im Bereich einer Anlagefläche (12) mindestens abschnittsweise eine Rändelung oder ähnliche Strukturierung aufweist.
Fügeverbindung, vorzugsweise für die Verbindung zweier Fügeteile, von denen mindestens eines aus Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens ein Gewindeelement (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.
Fügeverbindung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewindeelement (10) in einem vorzugsweise weitgehend zylindrischen Durchbruch mindestens eines der zu verbindenden Fügeteile mindestens teilweise aufgenommen ist.
Fügeverbindung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewindeelement (10) so gestaltet ist, dass sich eine Verdrehsicherung bei in eines der zu verbindenden Fügeteile eingesetztem Gewindeelement ergibt.
Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewindeelement (10) in einen Durchbruch eines der Fügeteile eingeklebt ist.
Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens ein Gewindeelement (10) umfasst, bei dem durch eine gezielte Materialbeeinflussung zwischen mindestens einem Gewindeabschnitt (11) und mindestens einer Anlagefläche (12) zur Anlage an einem Fügeteil eine Federwirkung erzielt wird.