DE102008010595A1

DE102008010595A1 - Schweißbolzen

Info

Publication number: DE102008010595A1
Application number: DE102008010595A
Authority: DE
Inventors: Ralf Pimper; Joachim Schneider; Joachim Geist; Wolfgang Werner; Peter Horn
Original assignee: Daimler AG; Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2009-09-24
Also published as: EP2093437A2; US20090214317A1; US20130259597A1; EP2093437B1; EP2093437A3; ES2414655T3; JP5405144B2; US8998549B2; JP2009198004A

Abstract

Bei einem Schweißbolzen (1) mit einem als Anschweißende (2) ausgebildeten Kopf und einem Schaft von zylindrischer Grundform, der mit einem schraubenlinienförmigen Außengewinde (3) versehen ist, weist der dem Kopf entgegengesetzte Endbereich des Schafts wenigstens zwei Schrägflächen (4) auf, die eine solche Neigung haben, dass ihr Abstand von der Bolzenachse zum Ende des Schafts hin abnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schweißbolzen zum Anschweißen nach dem Hubzündungsschweißverfahren, insbesondere für den Automobilbau.
Schweißbolzen der angegebenen Art werden häufig für automatisierte Montageprozesse eingesetzt. Hierbei wird der aufgeschweißte Bolzen, beispielsweise während der Endmontage im Automobilherstellungsprozess, mit Muttern oder anderen Befestigungsmitteln bestückt, die durch Schraubautomaten, Druckluft-Schrauber oder Akku-Schrauber mit einem Drehmoment beaufschlagt werden. Häufig kommt es dazu, dass die Mutter nicht korrekt auf den Bolzen aufgesetzt wird. Ursachen hierfür sind unter anderem die kurze, zu Verfügung stehende Fertigungszeit sowie die Platzverhältnisse an der Rohkarosserie. Diese Umstände haben zur Folge, dass die Mutter bzw. der Bolzen nicht korrekt im Gewindegang eingreift und es zu einem Gewindekreuzen kommt. Dadurch wird das Gewinde zerstört und es kann nicht die vorgeschriebene Endfestigkeit der Schraubverbindung erzielt werden. Es wird ein Reparaturfall verursacht, der weitere Kosten entstehen lässt.
Aus der Schraubentechnik sind Lösungsansätze bekannt, da es in diesem Bereich schon sehr lange automatische Montageprozesse gibt. So zeigen z. B. EP 0 345 373 B1 , US 5 073 073 , US 4 981 406 , US 5 609 455 sowie die EP 0 840 859 B1 Möglichkeiten, um ein Gewindekreuzen zu vermeiden.
EP 0 345 373 , US 5 073 073 und US 4 981 406 offenbaren Schrauben, die das Prinzip einer exzentrischen Führungsspitze benutzen. Hier liegt der Ansatz zu Grunde, dass die Schraube zunächst relativ weit in das Mutterngewinde hineingesteckt werden kann und schon mit den korrekten Gewindegängen in Eingriff gerät. Dies ist möglich, da durch die Exzentrizität oder die Konizität der Führungsspitzen ein kleinerer Durchmesser sowie seitlich mehr Raum zur Verfügung steht. Nach wenigen Umdrehungen ist ein sicherer Gewindeeingriff erreicht und der Schraubprozess kann fortgesetzt werden, ohne dass es zu einer Gewindebeschädigung kommt.
US 5 609 455 zeigt eine Schraube mit einer Führungsspitze, die zunächst an ihrem vordersten Ende kein Gewinde aufweist und im weiteren Verlauf ein partielles Gewinde trägt, welches dann in ein Vollgewinde übergeht. Auch hier wirkt das Prinzip, dass die Führungsspitze relativ weit in das Mutterngewinde hineingeschoben werden kann, bevor es zum Gewindeeingriff kommt. Eine Umdrehung der Schraube ermöglicht ein weiteres Eindringen und ein weiteres Aufrichten der Schraubenachse, so dass der Winkel deutlich kleiner als der Steigungswinkel des Gewindes ist. Dies sorgt dafür, dass die Gefahr einer Gewindekreuzung deutlich verringert wird.
Die in EP 1 008 770 A2 offenbarte Schraube nutzt zwei unterschiedliche Gewindeformen, die eine bessere Führung beim Einschrauben erzielen sollen. Die Schraube weist außerdem eine Führungsspitze auf, welche gänzlich ohne Gewinde versehen ist. Die Führungsspitze geht in einen Bereich über, der ein Rundgewinde aufweist, welches derart ausgebildet ist, dass auch bei einem schrägen Ansetzen der Schraube auf das Mutterngewinde, das Rundgewinde der Schraube in das Mutterngewinde eingreift. Kommt es zum Gewindeverkreuzen, dann ist der Eingriff des Rundgewindes nicht so stark, dass das Mutterngewinde zerstört wird. Vielmehr springt das Rundgewinde aus dem Mutterngewinde heraus und orientiert sich in den korrekten Gewindegang. Bei weiterer Rotation der Schraube gelangen immer mehr Gewindegänge in Eingriff, bis schließlich das voll ausgebildete Gewinde im hinteren Ende der Schraube zum Eingriff kommt und die Endfestigkeit der Schraubverbindung erzielt werden.
Die vorgenannten Lösungsansätze haben den Nachteil, dass sie sich nur für Schraubprozesse eignen, bei denen die Schraube mehr oder weniger beweglich in einem Schraubwerkzeug angeordnet ist. Nur so besteht die Möglichkeit, dass nach korrektem Eingriff der Gewindegänge, sich die Schraube aufrichten kann und der Schraubprozess ohne Schadensfolge fortgeführt werden kann. Dies ist verwendungsgemäß bei Schweißbolzen nicht möglich, da Schweißbolzen eine steife Verbindung mit dem Grundwerkstoff bzw. dem Grundblech eingehen und dadurch diese Ausgleichsbewegung nicht ausführen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schweißbolzen zu schaffen, der sich für automatische und teilautomatische Schraubprozesse eignet und mit großer Zuverlässigkeit ein richtiges Einfädeln der Gewindegänge gewährleistet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schweißbolzen mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Um bei Schraubprozessen, die an Schweißbolzen durchgeführt werden, ein Gewindeverkreuzen vermeiden zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Schweißbolzen mit mindestens zwei, vorzugsweise vier, schrägen Flächen zu versehen, die am vorderen Ende des Schweißbolzens (an der Gewindespitze) angeformt sind. Die Schrägen weisen einen Winkel von 3°–12°, idealerweise 6°, auf und führen dazu, dass Teilbereiche an der Bolzenspitze bei der späteren Gewindeherstellung gewindefrei bleiben. Durch Versuche hat sich ergeben, dass die besten Ergebnisse bei der Verwendung von vier schrägen Flächen erzielt werden.
Als vorteilhaft hat sich außerdem erwiesen, wenn der vordere Bereich des Schweißbolzens mit wenigstens einer verjüngten Durchmesserabstufung ausgeführt ist. Die Durchmesserabstufung hat zur Folge, dass das Gewinde im vorderen Bereich nicht voll ausgeformt wird und das Einfädeln in die Gewindegänge damit unterstützt wird.
Versuche haben gezeigt, dass mit der erfindungsgemäßen Ausbildung von Schweißbolzen Schrägstellungen von bis zu 12° der Mutter problemlos ausgegli chen werden können und kein Verkreuzen zwischen Bolzen und Mutterngewinde entsteht. Dies wird darauf zurückgeführt, dass beim schrägen Ansetzen der Mutter, diese durch die Schrägflächen an der Bolzenspitze in eine Taumelbewegung gerät und dadurch nach wenigen Umdrehungen in korrektem Eingriff mit dem Schrauben- bzw. Bolzengewinde kommt. Die Erfindung kann sowohl für metrische Bolzen als auch für Grobgewindebolzen angewendet werden.
Erfindungsgemäße Schweißbolzen reduzieren die Häufigkeit von Schadensfällen, die durch Schraubfehler verursacht werden. Die Muttern müssen nicht erst von Hand aufgesetzt werden, um ein korrektes Einfädeln der Gewindegänge sicherzustellen. Dies führt zu einer verbesserten Arbeitsergonomie und fördert einen flüssigen Arbeitsablauf. Die Fertigungszeiten reduzieren sich, da wesentlich mehr mit automatischen Schraubern gearbeitet werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines/von Ausführungsbeispiels/en näher erläutert, das/die in der Zeichnung dargestellt ist/sind. Es zeigen
1 einen an einer Unterlage angeschweißten Schweißbolzen nach der Erfindung vor dem Anschrauben einer Mutter,
2 einen Pressrohling zur Herstellung eines Schweißbolzens nach der Erfindung,
3 einen Schweißbolzen mit Lackschabenuten nach der Erfindung.
Gewöhnlich werden die Schweißbolzen verwendet, um in der Endmontage Funktionsträger, wie Kabelbaumbefestigungen, Rohrleitungshalter oder Modulträger daran zu befestigen. Dies geschieht in vielen Fällen mittels pneumatischen oder Akku-Schraubern teilautomatisiert. 1 zeigt einen solchen Aufbau unmittelbar vor dem Schraubprozess. Der Schweißbolzen 1 ist mit seinem Anschweißende 2 an einer Unterlage 5 angeschweißt und in der Regel bereits lackiert. An seinem vorderen Ende weist er mindestens zwei, vorzugsweise vier ebene Schrägflächen 4 auf, die diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Die Schrägflächen 4 haben jeweils eine Neigung von 3° bis 12°, vorzugsweise jedoch 6°, gegenüber der Bolzenachse.
Bei teilautomatisierten Schraubprozessen verhält es sich so, dass eine Person die Befestigungsmutter 8 an den Bolzen heranführen muss. Im Allgemeinen kann dies nicht exakt parallel zur Bolzenachse 8 erfolgen, sondern erfolgt unter einem Ansatzwinkel x. Hierdurch besteht bei der Verwendung von herkömmlichen Schweißbolzen die Gefahr einer Verkreuzung der Gewinde von Bolzen 1 und Mutter. Dies wird u. a. noch dadurch begünstigt, dass der Bolzen lackiert ist.
Bei dem Schweißbolzen 1 nach der Erfindung sorgen stattdessen die erfindungsgemäßen Schrägen 4 an dem Bolzenende bei einem schrägen Ansetzen der Mutter 8 und gleichzeitiger Rotation R des Schraubwerkzeugs 6 dafür, dass die Mutter 8 eine leichte Taumelbewegung T ausführt. Dies ist insbesondere dadurch möglich, weil das Schraubwerkzeug 6 eine gewisses Bewegungsspiel 7 gegenüber den Schlüsselflächen der Mutter 8 aufweist. Dadurch ist gewährleistet, dass die Mutter 8 auf dem Gewinde 3 des Bolzens richtig auffädelt.
2 zeigt einen Pressrohling 10 zur Herstellung einer weiteren Ausführungsform eines Schweißbolzens. Der Pressrohling 10 weist einen ersten Absatz 11 auf, der geringfügig kleiner ist, als der Kerndurchmesser des Gewindes. Dadurch ergibt sich eine unvollständige Ausformung des Gewindes im vorderen abgesetzten Bereich des Bolzens. Eine nicht dargestellte weitere Ausführungsform kann einen ersten und einen zweiten Absatz aufweisen, wobei der erste vordere Absatz deutlich kleiner als der Nenndurchmesser des Gewindes, aber nur geringfügig kleiner als der zweite Absatz ist. Der zweite Absatz ist geringfügig kleiner als der Nenndurchmesser des Gewindes. Die angeformten Schrägen 4 erstrecken sich bei beiden Varianten idealerweise über die Absätze hinweg.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform eines Schweißbolzens 20 zeigt 3. Der Schweißbolzen 20 weist Lackschabenuten 21 auf, die an den Schrägen 24 enden und daher nicht bis in den Bereich der Einfädelspitze wirksam sind. Durch die Lackschabenuten 21 wird erreicht, dass Befestigungselemente, wie Schraubmuttern, leichter auf dem bereits lackierten Schweißbolzen montierbar sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0345373 B1 [0003]
- US 5073073 [0003, 0004]
- US 4981406 [0003, 0004]
- US 5609455 [0003, 0005]
- EP 0840859 B1 [0003]
- EP 0345373 [0004]
- EP 1008770 A2 [0006]

Claims

Schweißbolzen mit einem als Anschweißende ausgebildeten Kopf und einem Schaft von zylindrischer Grundform, der mit einem schraubenlinienförmigen Außengewinde versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Kopf entgegengesetzte Endbereich des Schafts wenigstens zwei Schrägflächen aufweist, die eine solche Neigung haben, dass ihr Abstand von der Bolzenachse zum Ende des Schafts hin abnimmt.
Schweißbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Kopf entgegengesetzte Endbereich des Schafts wenigstens vier Schrägflächen aufweist.
Schweißbolzen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägflächen eine Neigung von 2° bis 20°, insbesondere 3° bis 12°, vorzugsweise 6°, gegenüber der Bolzenachse aufweisen.
Schweißbolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Kopf entgegengesetzte Endbereich des Schafts mit wenigstens einer verjüngten Durchmesserabstufung ausgebildet ist.
Schweißbolzen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Durchmesserabstufung geringfügig kleiner ist als der Kerndurchmesser des Gewindes.
Schweißbolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Kopf entgegengesetzte Ende des Schafts zwei Durchmesserabstufungen aufweist, wobei die erste, vordere Durchmesserabstufung kleiner ist als die zweite und wobei die zweite Durch messerabstufung geringfügig kleiner ist als der Nenndurchmesser des Gewindes.
Schweißbolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft wenigstens eine Lackschabenut aufweist, die sich in Längsrichtung des Schaftes erstreckt und an der die Gewindegänge unterbrochen sind.
Schweißbolzen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lackschabenut an einer Schrägfläche endet.
Schweißbolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lackschabenut längs einer Schraubenlinie verläuft, wobei der Steigungswinkel der Schraubenlinie am Außenumfang des Außengewindes 70° bis 85°, insbesondere 80°, beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Schweißbolzens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass ein zylindrischer Bolzenrohling aus Metall mit einem als Anschweißende ausgebildeten Kopf und einem Schaft geformt wird, dass der dem Kopf entgegengesetzte Endbereich des Schafts mit wenigstens zwei Schrägflächen ausgebildet wird, die eine solche Neigung haben, dass ihr Abstand von der Bolzenachse zum Ende des Schafts hin abnimmt und dass anschließend in einer Gewindewalzmaschine in einem Durchgang mittels Flachbacken Gewindegänge in die Mantelfläche des Schafts gewalzt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzenrohling an dem dem Kopf entgegengesetzte Endbereich des Schafts mit wenigstens einer verjüngten Durchmesserabstufung ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Lackschabenut, die sich in Längsrichtung des Schaftes erstreckt und an der die Gewindegänge unterbrochen sind, in die Mantelfläche des Bolzenrohlings gewalzt wird.