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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrisch kontaktierende Schraubverbindung
zwischen zwei Bauteilen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 30 01 350 A1 ist
eine Erdungsmutter bekannt, mit deren Hilfe zwischen zwei Bauteilen
eine elektrisch kontaktierende Schraubverbindung realisierbar ist,
die zum einen eine mechanische Befestigung der beiden Bauteile aneinander und
zum anderen eine elektrische Kontaktierung der beiden Bauteile miteinander
ermöglicht.
Dabei besitzt die bekannte Erdungsmutter in üblicher Weise ein Innengewinde
und ist auf ein Außengewinde
aufschraubbar. Die bekannte Erdungsschraube dient zum Erden eines
Handgriffs eines Drehriegelverschlusses für eine Tür eines elektrischen Schaltschranks
und ist hierzu auf ein mit den Handgriff verbundenes Verschlusslager
aufgeschraubt. Mit Hilfe der Erdungsmutter ist besagter Handgriff
fest mit der Schaltschranktür
verbunden. An ihrer der Schaltschranktür zugewandten Seite weist die
Erdungsmutter scharfe Zähne
auf, die eine Lackierung der Schaltschranktür beim Festziehen der Verschraubung
abkratzen und dadurch eine elektrische Kontaktierung zwischen der
Mutter und der Schaltschranktür
herstellen.
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Bei
Fahrzeugen gibt es eine Vielzahl von elektrischen Verbindungen,
die gleichzeitig zum Befestigen von Bauteilen genutzt werden. Dies
gilt insbesondere für
Masseverbindungen. Beispielsweise lassen sich Kabelschuhe an der
Fahrzeugkarosserie anschrauben. Erwünscht ist hierbei eine gleichzeitig mit
der Verschraubung hergestellte elektrische Kontaktierung zwischen
dem Kabelschuh und der Karosserie. Problematisch ist hierbei der
Umstand, dass die Karosserie zur Vereinfachung der jeweiligen Schraubverbindung
bereits vor dem Lackieren mit Schweißmuttern oder Schweißgewindebolzen
versehen wird, die dann beim Lackieren der Karosserie mitlackiert
werden. Die Lackierung ist in der Regel elektrisch isolierend, so
dass eine sichere elektrische Kontaktierung nur dann möglich ist,
wenn zuvor die Lackierung am bzw. im jeweiligen Gewinde zumindest
teilweise entfernt wird.
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Hier
setzt die vorliegende Erfindung an. Die Erfindung beschäftigt sich
mit dem Problem, für
eine elektrisch kontaktierende Schraubverbindung bzw. für eine zugehörige Mutter
bzw. für
eine zugehörige Schraube
eine verbesserte Ausführungsform
anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass der Aufwand
zur Herstellung der gewünschten elektrischen
Kontaktierung reduziert ist, wenn eines der miteinander zu verbindenden
Bauteile lackiert ist.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
die Gegenstände
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das nicht lackierte
Gewinde mit einem Räumabschnitt
und einem Verdrängungsabschnitt auszustatten,
die in der Einschraublängsrichtung
hintereinander angeordnet sind. Der Räumabschnitt ist so ausgestaltet,
dass er beim Verschrauben eine das andere Gewinde überziehende
Lackierung zumindest teilweise räumt.
Im Unterschied dazu ist der Verdrängungsabschnitt so ausgestaltet,
dass er durch Flächenpressung
im Bereich der Gewindeflanken Lackreste verdrängt, die am anderen Gewinde
durch das Räumen
verbleiben. Durch die zweistufige Arbeitsweise des jeweiligen, nicht
lackierten Verbindungselements kann die Lackierung am anderen, lackierten
Verbindungselement so entfernt werden, dass eine Beschädigung der
Oberfläche
am anderen Verbindungselement vermieden werden kann, wodurch die
Gefahr von Korrosion reduziert ist. Besonders vorteilhaft bei der
Verwendung eines lackräumenden
Verbindungselements ist die vereinfachte Montage, da mit dem Herstellen
der Schraubverbindung automatisch gleichzeitig die störende Lackschicht
entfernt wird, so dass die gewünschte
elektrische Kontaktierung ebenfalls gleichzeitig und automatisch
hergestellt wird.
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Entsprechend
einer vorteilhaften Ausführungsform
kann der Verdrängungsabschnitt
am Gewinde Abplattungen aufweisen, die sich im jeweiligen Gewindegang
jeweils in einem begrenzten Umfangsabschnitt erstrecken. Die Abplattungen
können
dabei im Bereich des Verdrängungsabschnitts
weitere Räumvorgänge realisieren.
Während
im vorausgehenden Räumabschnitt
quasi ein Grobräumen äußerer Bereiche
der Lackierung erfolgt, bewirken die Abplattungen ein Feinräumen innerer
Bereiche der Lackierung.
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Entsprechend
einer besonders vorteilhaften Weiterbildung können die Abplattungen so ausgestaltet
sein, dass sie sich in der Einschraubdrehrichtung verjüngen und/oder
jeweils eine in der Einschraubdrehrichtung ansteigende Rampe bilden. Diese
speziellen Geometrien der Abplattungen können jeweils für sich oder
im Zusammenspiel einerseits das Feinräumen unterstützen und
andererseits eine plastische Verformung im hinteren Bereich der jeweiligen
Abplattung bewirken. Dabei können
sich bereits geräumte
Lackreste im Bereich der Abplattungen sammeln und im hinteren Bereich
der jeweiligen Abplattung als „Schmierung" für die Verformung des
anderen Gewindes dienen.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Ausführungsform
können
der Räumabschnitt
und der Verdrängungsabschnitt
so aufeinander und auf das jeweilige andere Gewinde abgestimmt sein,
dass sie beim Verschrauben die Lackierung am andere Gewinde so räumen und
verdrängen,
dass eine unterhalb der Lackierung liegende galvanische Schutzschicht
im wesentlichen nicht beschädigt
wird. Durch diese Ausgestaltung kann eine Beschädigung des Korrosionsschutzes
vermieden werden.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es
zeigen, jeweils schematisch,
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1 einen
Längsschnitt
durch eine Schraubverbindung,
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2 eine
vereinfachte Darstellung der miteinander zusammenwirkenden Verbindungselemente,
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3 eine
Draufsicht auf eine Mutter,
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4 eine
Seitenansicht einer Schraube,
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5 eine
perspektivische, vergrößerte Detailansicht
auf ein Gewinde.
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Entsprechend 1 umfasst
eine elektrisch kontaktierende Schraubverbindung 1 zwei
Verbindungselemente, nämlich
ein erstes Verbindungselement 2 und ein zweites Verbindungselement 3.
Im Beispiel handelt es sich beim ersten Verbindungselement 2 um
eine Mutter, die ein Innengewinde 4 aufweist, während das
zweite Verbindungselement 3 hier als Schraube ausgestaltet
ist, die ein Außengewinde 5 besitzt.
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Die
Schraubverbindung 1 ist zwischen zwei Bauteilen, nämlich zwischen
einem ersten Bauteil 6 und einem zweiten Bauteil 7 ausgebildet.
Beispielsweise handelt es sich bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Schraubverbindung 1 beim ersten Bauteil 6 um
einen Bestandteil einer Fahrzeugkarosserie, während das zweite Bauteil 7 beispielsweise ein
Kabelschuh sein kann. Die Schraubverbindung 1 dient einerseits
dazu, die beiden Bauteile 6, 7 aneinander mechanisch
zu befestigen. Andererseits wird die Schraubverbindung 1 auch
dazu genutzt, die beiden Bauteile 6, 7 miteinander
elektrisch zu kontaktieren. Bevorzugt handelt es sich bei der Schraubverbindung 1 um
eine Masseverbindung in oder an einem Kraftfahrzeug.
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Im
gezeigten Beispiel ist die Mutter 2 am ersten Bauteil 6 durch
eine Schweißverbindung 8 fixiert, so
dass es sich bei der Mutter 2 insbesondere um eine Schweißmutter
handelt. Die Mutter 2 wird somit im Rahmen der Herstellung
des ersten Bauteils 6 an diesem fest angebracht. Insbesondere
wird die Mutter 2 zusammen mit dem ersten Bauteil 6 galvanisiert und
lackiert. Dementsprechend ist das Innengewinde 4 dann ebenfalls
mit einer Lackierung und gegebenenfalls mit einer galvanischen Schutzschicht
versehen. Bei einer anderen Ausführungsform
kann die Schraube 3 als Schweißgewindebolzen ausgestaltet sein,
der am ersten Bauteil 6 durch eine Schweißverbindung
fixiert ist. Dann besitzt das Außengewinde 5 der Schraube 3 eine
Lackierung sowie gegebenenfalls eine galvanische Schutzschicht.
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Im
gezeigten Beispiel gemäß 1 erfolgt die
mechanische Fixierung des Kabelschuhs 7 an der Karosserie 6 dadurch,
dass die Schraube 3 mit ihrem Schraubenkopf den Kabelschuh 7 gegen
die Karosserie 6 andrückt.
Die elektrische Kontaktierung zwischen dem Kabelschuh 7 und
der Karosserie 6 erfolgt dabei über die Verbindungselemente 2, 3.
Die Schraube 3 ist elektrisch leitfähig und insbesondere nicht
lackiert, so dass sie durch ihren Kontakt mit dem Kabelschuh 7 mit
diesem elektrisch leitend verbunden ist. Die elektrische Kontaktierung
erfolgt weiter durch die Gewinde 4 und 5 hindurch,
so dass die Schraube 3 mit der Mutter 2 elektrisch
leitend verbunden ist. Schließlich
ist die Mutter 2 zumindest über die Schweißverbindung 8 elektrisch
mit der Karosserie 6 kontaktiert.
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Um
eine elektrische Kontaktierung im Bereich der Gewinde 4, 5 gleichzeitig
beim Herstellen der jeweiligen Verschraubung realisieren zu können, weist
das jeweilige, vorzugsweise das nicht lackierte Gewinde, hier das
Außengewinde 5 der
Schraube 3 entsprechend 2 einen
Räumabschnitt 9 und
einen Verdrängungsabschnitt 10 auf.
Die beiden Abschnitte 9, 10 sind dabei bezüglich einer
Einschraublängsrichtung 11 hintereinander
angeordnet, und zwar so, dass der Räumabschnitt 9 dem
Verdrängungsabschnitt 10 vorausgeht.
Für den
Fall, dass die Mutter 2 das nicht lackierte Verbindungselement
ist, besitzt das Innengewinde 4 den Räumabschnitt 9 und
den Verdrängungsabschnitt 10, die
bezüglich
der Einschraublängsrichtung 11 hintereinander
angeordnet sind. Ein in 2 angedeuteter Übergang 12 zwischen
den beiden Abschnitten 9, 10 kann im Unterschied
zu der hier gewählten
Darstellung auch fließend
sein.
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Der
Räumabschnitt 9 ist
so ausgestaltet, dass er beim Verschrauben eine hier nicht dargestellte
Lackierung, die das jeweils andere Gewinde überzieht, zumindest teilweise
räumt.
Beim Räumen
wird die Lackierung zumindest in einem äußeren Bereich mechanisch abgekratzt.
Im Unterschied dazu ist der Verdrängungsabschnitt 10 so
ausgestaltet, dass er beim Verschrauben durch Flächenpressung im Bereich der
hier nicht erkennbaren Gewindeflanken Lackreste, die am anderen
Gewinde beim Räumen verbleiben,
verdrängt.
Beim Verdrängen
werden die Lackreste, insbesondere die inneren Bereiche der Lackierung
nicht abgekratzt, sondern durch Krafteinwirkung, insbesondere durch
Pressen und Quetschen, gelöst.
Die beim Verdrängen
erzielbaren Kräfte
sind dabei kleiner als die beim Räumen auftretende mechanische
Belastung, so dass die Gefahr einer Beschädigung der Oberfläche des
jeweiligen anderen Gewindes reduziert ist.
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Entsprechend
den 3 und 4 kann das jeweilige Verbindungselement 2 bzw. 3 in
seinem Räumabschnitt 9 zumindest
eine Räumnut 13 aufweisen,
die sich in der Schraublängsrichtung 11 erstreckt.
Der beim Räumen
abgetragene Lack kann sich in der jeweiligen Räumnut 13 sammeln.
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Entsprechend 4 können am
jeweiligen Gewinde, hier am Außengewinde 5,
im Bereich des Verdrängungsabschnitts 10 Abplattungen 14 vorgesehen
sein. Diese erstrecken sich gemäß 5 im jeweiligen
Gewindegang 15 jeweils in einem begrenzten Umfangsabschnitt.
Insbesondere können die
Abplattungen 14 bei benachbarten Gewindegängen 15 axial
nebeneinander ohne Versatz in Umfangsrichtung angeordnet sein.
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Entsprechend 5 können die
Abplattungen 14 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform so
ausgestaltet sein, dass sie in radialer Blickrichtung keilförmig ausgestaltet
sind. Vorzugsweise verjüngen sie
sich dabei in einer durch einen Pfeil angedeuteten Einschraubdrehrichtung 16.
Zusätzlich
oder alternativ können
die Abplattungen 14 so ausgestaltet sein, dass sie eine
Rampe bilden, die in der Einschraubdrehrichtung 16 ansteigt.
Die tiefste Stelle der jeweiligen Abplattung 14, also das
untere Ende der jeweilige Rampe ist in 5 mit 17 bezeichnet.
Die Abplattungen 14 sind in radialer Richtung vergleichsweise
klein dimensioniert, jedenfalls kleiner als die Höhe des jeweiligen
Gewindes. Die Abplattungen 14 erstrecken sich auch am unteren
Ende 17 der jeweiligen Rampe nicht bis zu einem Gewindegrund 18.
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Die
hier vorgestellte elektrisch kontaktierende Schraubverbindung 1 arbeitet
wie nachfolgend beschrieben, wobei diese Arbeitsweise am Beispiel einer
nicht lackierten Schraube 3 in Verbindung mit einem lackierten
Innengewinde 4 erläutert
wird. Dabei ist klar, dass diese Arbeitsweise analog auch für eine nicht
lackierte Mutter 2 in Verbindung mit einem lackierten Außengewinde 5 gegeben
ist.
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Die
Schraube 3 wird in das Innengewinde 4 eingesetzt.
Hierzu kann die Schraube 3 an ihrem vorausgehende Ende
eine Einfädelgeometrie
aufweisen. Die wenigstens eine Räumnut 13 bewirkt
beim Einschrauben ein Grobräumen
eines äußeren Bereichs
der Lackierung, die sich auf dem Innengewinde 4 befindet.
Bei hinreichender Einschraubtiefe erreicht der Verdrängungsabschnitt 10 der
Schraube 3 den grob geräumten
Bereich des Innengewindes 4. Die Abplattungen 14 bewirken
nun ein Feinräumen verbliebener
(äußerer) Lackreste.
Ferner ermöglichen
die Abplattungen in Verbindung mit den nachfolgenden Abschnitten
des jeweiligen Gewindegangs 15 eine plastische Verformung
zumindest der Lackreste, wodurch deren Haltekraft am Innengewinde 4 bzw.
an einer galvanischen Schutzschicht überwunden wird. In der Folge
können
auch die inneren Bereiche der Lackierung schonend vom Innengewinde 4 entfernt
werden. Die sich im Bereich der Abplattungen 14 sammelnden
Lackreste dienen hierbei als Schmierung für die plastische Verformung,
die bezüglich
der Einschraubdrehrichtung 16 im hinteren Bereich der Abplattungen 14 stattfindet.
Desweiteren werden durch die Übertragung
von Scherkräften
diejenigen Bereiche der Lackierung gelöst, die keine direkte mechanische
Berührung
mit dem Außengewinde 5 der
Schraube 3 erfahren. Die endgültige Lackverdrängung erfolgt
dann durch die Flankenverpressung zwischen den miteinander zusammenwirkenden
Gewinden 4, 5. Hierbei werden verbleibende Lackreste
durch die Flächenpressung
des Anzugsmoments verdrängt.
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Besonders
vorteilhaft ist eine Ausführung, bei
welcher der Räumabschnitt 9 und
der Verdrängungsabschnitt 10 so
aufeinander und auf das jeweilige andere Gewinde abgestimmt sind,
dass sie beim Verschrauben die gegebenenfalls vorhandene galvanische
Schutzschicht des anderen Gewindes beim Räumen und Verdrängen der
Lackierung, die sich auf dieser galvanischen Schutzschicht befindet,
nicht beschädigen.
Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die beim Verdrängen erzielbaren
Kräfte durch
die Abstimmung der Gewindeflanken gezielt so groß sind, dass sie zwar einerseits
ein Lösen
der Lackierung sicherstellen, jedoch andererseits zu klein sind,
um die galvanisch angebrachte Schutzschicht zu entfernen.
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Eine
erfindungsgemäße Schraube 3 umfasst somit
das Außengewinde 5 mit
Räumabschnitt 9 und Verdrängungsabschnitt 10.
Im Unterschied dazu besitzt die erfindungsgemäße Mutter 2 das Innengewinde 4 mit
Räumabschnitt 9 und
Verdrängungsabschnitt 10.