DE102009001333A1

DE102009001333A1 - Bauteil, insbesondere Getriebegehäuse, Anordnung zur Sicherung eines Schraubelementes sowie Verfahren und Werkzeug zur Herstellung eines Innengewindes

Info

Publication number: DE102009001333A1
Application number: DE200910001333
Authority: DE
Inventors: Mario Hele; Harald Brungs; Peter Stahl
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2010-09-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil (7), insbesondere Getriebegehäuse mit mindestens einer ein Innengewinde (9) aufweisenden Bohrung (8) zur Aufnahme eines Schraubenelementes mit einem Außengewinde, wobei das Innengewinde (9) einen Außen- oder Nenndurchmesser (D) und eine Vielzahl von Gewindegängen (g1, g2, g3, ...) aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass mindestens ein Gewindegang als abgeflachter Gewindegang (g5, g6) ausgebildet ist und einen reduzierten Nenndurchmessedr (D) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere ein Getriebegehäuse nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, eine Anordnung zur Sicherung eines Schraubelementes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 5, ein Verfahren zur Sicherung eines Bauteiles nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 8, ein Verfahren zur Herstellung eines Innen- oder Muttergewindes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 9, ein Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 10 sowie ein Muttergewinde nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 11.
Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem betrifft die Sicherung eines Schraubelementes, welches in eine Gewindebohrung eines Bauteiles, z. B. eines Getriebegehäuses eingeschraubt wird. Die Sicherung soll ein unbeabsichtigtes Herausdrehen des Schraubelementes verhindern. Hierzu gibt es im Stand der Technik verschiedene Vorschläge.
Bekannt sind z. B. Schraubensicherungen mittels einer aushärtenden Kunststoffmasse, insbesondere unter der Handelsbezeichnung „Loctite” bekannt. Hierbei ist ein zusätzlicher Arbeitsgang zur Applizierung der Kunststoffmasse auf dem zu sichernden Gewinde erforderlich.
Durch die DE 968 173 C wurde eine Sicherung für eine Gewindebuchse, einen so genannten Stiftschraubeneinsatz, bekannt, welcher in ein Innengewinde eines Bauteils eingeschraubt ist. Die Sicherung besteht aus einem zusätzlichen Bauteil in Form eines Sicherungselementes aus Kunststoff, welches in eine Querbohrung der Gewindebuchse eingesetzt wird und so eine Sicherung gegen Herausdrehen bewirkt. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass ein zusätzliches Bauteil zur Sicherung verwendet wird.
Durch die DE 42 27 274 C2 wurde ein hülsenförmiges Befestigungselement, insbesondere eine Gewindebuchse mit einem Außengewinde bekannt, wobei das Außengewinde auf dem Umfang einen Absatz aufweist, welcher als Sperre gegen ein Herausdrehen der Gewindebuchse wirkt. Die Herstellung des Gewindes mit Absatz ist relativ aufwändig.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sicherung ohne zusätzliche Bauteile oder Klebemittel für ein Schraubelement, welches in ein Innengewinde eingeschraubt wird, bereitzustellen. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung mit dieser Sicherung, ein Verfahren zur Sicherung, ein Verfahren zur Herstellung der Sicherung und ein Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die unabhängigen Ansprüche 1, 5, 8, 9, 10, 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist bei einem Bauteil, insbesondere einem Getriebegehäuse vorgesehen, dass mindestens ein Gewindegang einen reduzierten Nenndurchmesser, d. h. eine reduzierte Gewindetiefe aufweist. Das zu sichernde Schraubelement, welches ein Standardaußengewinde aufweist, schneidet beim Einschrauben in das erfindungsgemäße Innengewinde im Bereich des oder der abgeflachten Gewindegänge ein und klemmt sich damit fest. Damit wird eine zuverlässige Sicherung gegen Herausdrehen erreicht, ohne das zusätzliche Hilfsmittel in Form von Sicherungselementen oder Kunststoffmassen verwendet werden müssen. Darüber hinaus ist die Montage vereinfacht, da das Schraubelement lediglich in das erfindungsgemäße Innengewinde hineingedreht werden muss, allerdings mit einem erhöhten Eindrehmoment, da sich durch das Einschneiden des Außengewindes in den abgeflachten Gewindegang ein erhöhter Widerstand ergibt. Das Bauteil kann bevorzugt ein Getriebegehäuse, andererseits aber auch eine Mutter mit einem Muttergewinde sein, welches auf einer Schraube zu sichern ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein abgeflachter Gewindegang, d. h. mit einem reduzierten Nenndurchmesser auf den ersten zehn Gewindegängen angeordnet, wobei die Gewindegänge von innen nach außen, d. h. entgegen der Einschraubrichtung gezählt werden. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind der fünfte und sechste Gewindegang als abgeflachte Gewindegänge, d. h. mit einem reduzierten Nenndurchmesser ausgebildet, während die ersten vier Gewindegänge die volle Gewindetiefe aufweisen. Diese Ausführungsform ist insbesondere bei Verwendung von als Hohlkörper ausgebildeten Schraubelementen, z. B. einer Gewindebuchse vorteilhaft. Dadurch, dass die abgeflachten Gewindegänge nicht am Ende des Gewindes liegen, wird das Innengewinde der Gewindebuchse nicht verformt und bleibt maßhaltig. Die in das Innengewinde der Gewindebuchse einzusetzende Schraube kann somit leicht ein- und ausgedreht werden, während die Gewindebuchse mit ihrem Außengewinde festgeklemmt ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Nenndurchmesser des Innengewindes im Bereich der abgeflachten Gewindegänge um ca. 3% oder um 0,6 mm reduziert. Damit würde sich beim Einschrauben des Schraubelementes eine Materialüberscheidung von 0,3 mm ergeben. Damit wird eine dauerhafte Ausdrehsicherung mit einem hinreichend großen Ausdrehdrehmoment erreicht.
Erfindungsgemäß ist ferner bei einer Anordnung zur Sicherung eines Schraubelementes vorgesehen, dass das Schraubelement als Gewindebuchse, auch Gewindeeinsatz genannt, ausgebildet ist. Gewindebuchsen weisen ein Außen- und ein Innengewinde auf; sie dienen einerseits der Reduzierung des Gewindedurchmessers, hauptsächlich jedoch zur Steigerung der Festigkeit, insbesondere der Flächenpressung des Befestigungsgewindes. Beispielsweise kann bei Getriebegehäusen aus einem Aluminiumwerkstoff eine Gewindebuchse aus Stahl für Stahlschrauben verwendet werden. Damit kann eine höhere Belastung bei geringerem Schraubendurchmesser in das Getriebegehäuse eingeleitet werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Schraubelement auch ein beliebiges Hohlprofil, beispielsweise eine Zylinderbohrung oder ein Polygonprofil aufweisen. Wie bereits oben erwähnt, ist es bei Hohlprofilen vorteilhaft, wenn die abgeflachten Gewindegänge nicht am Ende des Gewindes, also auf den ersten Gängen, sondern auf dem fünften und/oder sechsten Gewindegang angeord net sind. Damit bleibt der Innenquerschnitt des hohlen Schraubelementes unverformt, d. h. maßhaltig.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Schraubelement auch als Verschlussstopfen, d. h. massiv ausgebildet sein. Vorteilhaft können mit derartigen Verschlussstopfen Öffnungen in einem Getriebegehäuse oder einem anderen Bauteil dauerhaft verschlossen werden, wobei der Verschlussstopfen durch das erfindungsgemäße Innengewinde gesichert wird. In diesem Falle könnten die abgeflachten Gewindegänge die ersten Gewindegänge bilden. Wenn der Verschlussstopfen massiv ausgebildet ist, besteht durch die Einengung der Gewindegänge des Muttergewindes nicht die Gefahr der Verformung.
Erfindungsgemäß sind bei einem Verfahren zur Sicherung eines ersten gegenüber einem zweiten Bauteil folgende Verfahrensschritte vorgesehen: Der Nenndurchmesser des Innen- oder Muttergewindes wird örtlich, d. h. im Bereich von einem oder zwei Gewindegängen reduziert, das Außengewinde des ersten Bauteils wird in das Innengewinde des zweiten Bauteiles eingedreht, wobei es im Bereich der abgeflachten Gewindegänge in das Material des zweiten Bauteils einschneidet und sich festklemmt. Durch die Materialüberschneidung beider Beuteile wird ein hinreichend großes Ausdrehdrehmoment erzeugt. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die Montage und die Sicherung des Schraubelementes in einem einzigen Arbeitsgang erfolgt.
Erfindungsgemäß wird das Innengewinde durch Gewindefräsen hergestellt, und zwar mittels eines Fräswerkzeuges, welches einen geringeren Außendurchmesser als die Gewindebohrung aufweist. Das Fräswerkzeug wird auf die volle Gewindelänge in die Bohrung eingeführt, dann radial zugestellt, sodass es in das Material der Bohrung einschneidet und eine schraubenlinienförmige Schnittbewegung über 360°, d. h. über einen Gewindegang durchführt. Danach ist das Gewinde fertig geschnitten, wobei sich die Geometrie der Gewindezähne am Fräswerkzeug als Innengewinde abbildet. Durch diesen Fräsvorgang kann das erfindungsgemäße Innengewinde mit abgeflachten Gewindegängen an beliebiger Stelle vorteilhaft hergestellt werden. Ins besondere lässt sich dies leicht in einem relativ weichen Material wie einer Aluminiumgusslegierung durchführen.
Erfindungemäß ist bei einem Werkzeug zur Durchführung des Herstellungsverfahrens vorgesehen, dass der Gewindefräser einen geringeren Außendurchmesser als der Kerndurchmesser des herzustellenden Außengewindes aufweist. Damit kann der Fräser auf volle Gewindelänge in die Bohrung eingefahren und dann radial zugestellt werden. Hierzu weist der Gewindefräser einerseits Gewindezähne mit Standardprofil und andererseits Gewindezähne mit abgeflachtem Standardprofil auf. Beim Fräsen des Gewindes werden durch die abgeflachten Gewindezähne die Gewindegänge mit reduzierter Gewindetiefe hergestellt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
1 eine Anordnung einer Schraube in einer Gehäusebohrung mit Gewindebuchse,
2 eine Gehäusebohrung mit erfindungsgemäßen Innengewinde,
3 einen erfindungsgemäßen Gewindefräser und
4 eine in das Innengewinde des Gehäuses eingeschraubte Gewindebuchse.
1 zeigt ein Gehäuse 1, welches vorzugsweise als Getriebegehäuse zum Einbau in ein Fahrzeug ausgebildet ist. Das Getrebegehäuse 1 weist einen Schraubdom 2 mit einer Sacklochbohrung 3 auf, in welche eine Gewindebuchse 4 eingeschraubt ist. In die Gewindebuchse 4 ist eine Schraube 5 zur Befestigung eines Trägers 6 eingeschraubt. Das Getriebegehäuse 1 einschließlich Schraubdom 2 ist vorzugsweise aus einem Aluminiumgusswerkstoff hergestellt, während die Gewindebuchse sowie die Schraube 5 vorzugsweise aus Stahl bestehen. Durch die Verwendung der Gewindebuchse 4 kann bei gleicher Last ein geringerer Schraubendurchmesser gewählt werden. Die Gewindebuchse 4 ist – was in der Zeichnung nicht er kennbar ist – erfindungsgemäß gegen Herausdrehen aus der Sacklochbohrung 3 gesichert.
2 zeigt ein teilweise dargestelltes Bauteil 7 mit einer Sacklochbohrung 8, welche der Sacklochbohrung 3 im Schraubdom 2 gemäß 1 entsprechen kann. In die Sacklochbohrung 8 ist ein Innen- oder Muttergewinde 9 mit einem Außen- oder Nenndurchmesser D_a, einen Innen- oder Kerndurchmesser D_i und einer Gewindelänge l eingebracht. Das Gewinde 9 weist eine Vielzahl von Gewindegängen auf, welche beispielhaft mit g1, g2, g3 bezeichnet sind; die Gewindegänge werden also vom Inneren der Sacklochbohrung 8 nach außen gezählt, d. h. in Richtung des Einschraubendes, welches eine Fase 10 aufweist. Die Gewindegänge g5, g6 weisen einen reduzierten Nenndurchmesser D_red auf, während die nachfolgenden Gewindegänge wieder den Nenndurchmesser D_a aufweisen. Die Gewindegänge g5, g6 weisen also eine geringere Gewindetiefe (gemessen in radialer Richtung) auf. Die Gewindegänge g5, g6 werden im Folgenden auch als abgeflachte Gewindegänge bezeichnet.
3 zeigt ein als Gewindefräser 11 ausgebildetes Werkzeug zur Herstellung des Innengewindes 9 (gem. 2), insbesondere mit den abgeflachten Gewindegängen g5, g6. Der Gewindefräser 11 ist als zylindrisches Werkzeug ausgebildet und weist einen Schaftdurchmesser d_F auf, welcher kleiner als der in 2 dargestellte Kerndurchmesser D_i ist. Der Gewindefräser 11 weist einen Fräskopf 12 mit einer Vielzahl von Gewindezähnen z1, z2, z3 auf, welche sich über eine Länge l_F erstrecken. Die Zähne z1 bis z4 sind spitz ausgebildet und entsprechen einem Standardgewindeprofil. Die Gewindezähne z5, z6 sind abgeflacht, d. h. ihre Spitzen sind auf ein geringeres Maß abgeschliffen. Die folgenden Gewindezähne bis zur Länge l_F weisen wiederum Standardprofil auf. Die Länge l_F des Fräskopfes 12 entspricht der Länge l des Gewindes 9 in 2. Zur Spanabfuhr beim Fräsen sind spiralförmig verlaufende Spannuten 13 in den Fräskopf 12 eingearbeitet.
Zur Herstellung des Innengewindes 9 im Bauteil 7 wird der Fräskopf 12 zunächst koaxial in die Sacklochbohrung 8 eingeführt und anschließend in radialer Richtung zugestellt, bis alle Gewindezähne in die Wandung der Sacklochbohrung 8 einschneiden. Der Fräskopf 12 wird dann weiter auf das Nennmaß D_a des herzustellenden Innengewindes 9 zugestellt und führt anschließend eine schraubenlinienförmige, einem Gewindegang entsprechende Schnittbewegung um 360° durch, d. h. während der 360°-Umlaufbewegung erfolgt eine axiale Zustellung in Höhe der Steigung des Gewindes 9, welche dem Abstand zweier Gewindezähne bzw. Gewindegänge entspricht. Aufgrund der abgeflachten Gewindezähne z5, z6 werden die Gewindegänge g5, g6 mit einem reduzierten Nenndurchmesser D_red hergestellt. Der Gewindefräser 11 wird nach dem Fräsen des Gewindes 9 radial wieder zurückgestellt und in axialer Richtung herausgeführt.
4 zeigt das Bauteil 7 mit Sacklochbohrung 8 und fertig geschnittenem Innengewinde 9, in welches eine gestrichelt dargestellte Gewindebuchse 14 eingeschraubt ist. Die Gewindebuchse 14 weist eine Länge l_B auf, welche etwas kleiner als die Länge l des Gewindes 9 (dargestellt in 2) ist. Die Gewindebuchse 14 ist damit gegenüber der Außenfläche 7a des Bauteils 7 um die Tiefe der Fase 10 zurückgesetzt. Die Gewindebuchse 14, die ein genormtes Außengewinde 15 aufweist, wird in das Innengewinde 9 eingedreht, wobei sich im Bereich der abgeflachten Gewindegänge g5, g6 Materialüberschneidungen ergeben, die geschwärzt dargestellt sind. Die Materialüberschneidungen sind zusätzlich als Einzelheit X vergrößert dargestellt; sie können bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, z. B. bei einem Gewinde M20 0,3 mm betragen. Die Gewindebuchse 14, die einen leichten Anschnitt 14a, d. h. ein konisches Ende aufweist, wird mit Hilfe eines nicht dargestellten Eindrehwerkzeuges in das Innengewinde 9 eingedreht. Die Gewindebuchse 14 weist eine in 4 nicht dargestellte Durchgangsbohrung mit Innengewinde zur Aufnahme eines Schraubelementes auf (vgl. 1). Daher ist es wichtig, dass die abgeflachten Gewindegänge g5, g6 nicht am Ende des Gewindes, sondern weiter innen angeordnet sind, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Beim Einschrauben der Gewindebuchse 14 ergibt sich damit keine nennenswerte Verengung des Innendurchmessers der Gewindebuchse 14, sodass ihr Innengewinde maßhaltig bleibt.
Das Schraubelement, welches in das Innengewinde 9 eingedreht und gesichert wird, kann auch massiv, z. B. als Verschlussschraube mit einem Außengewinde ausgebildet sein. In diesem Falle können die im Innengewinde 9 vorgesehenen, abgeflachten Gewindegänge auch am Ende oder nahe dem Ende angeordnet sein, z. B. im Bereich der Gewindegänge g1, g2 und/oder g3 (vgl. 2).

1: Gehäuse
2: Schraubdom
3: Sacklochbohrung
4: Gewindebuchse
5: Schraube
6: Träger
7: Bauteil
7a: Außenfläche
8: Sacklochbohrung
9: Innengewinde
10: Fase an Einschraubende
11: Gewindefräser
12: Fräskopf
13: Spannuten
14: Gewindebuchse
14a: Anschnitt
15: Außengewinde
D_a: Nenndurchmesser
D_red: reduzierter Nenndurchmesser
D_i: Kerndurchmesser
d_F: Durchmesser Gewindefräser
g1, g2,: Gewindegänge
g3, g4: Gewindegänge
g5, g6: abgeflachte Gewindegänge
z1, z2, z3: Gewindezähne
z5, z6: abgeflachte Gewindezähne
l: Gewindelänge
l_F: Länge Fräskopf
l_B: Länge Gewindebuchse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 968173 C [0004]
- DE 4227274 C2 [0005]

Claims

Bauteil (7), insbesondere Getriebegehäuse (1) mit mindestens einer ein Innengewinde (9) aufweisenden Bohrung (3, 8) zur Aufnahme eines Schraubelementes (5, 14) mit einem Außengewinde (15), wobei das Innengewinde (9) einen Außen- oder Nenndurchmesser (D_a) und eine Vielzahl von Gewindegängen (g1, g2, g3, ...) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gewindegang als abgeflachter Gewindegang (g5, g6) ausgebildet ist und einen reduzierten Nenndurchmesser (D_red) aufweist.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (9) eine Gewindelänge (l), gemessen vom ersten bis zum letzten Gewindegang, aufweist, wobei definitionsgemäß der erste Gewindegang (g1) innen und der letzte Gewindegang außen am Einschraubende (10) angeordnet sind, und dass der mindestens eine abgeflachte Gewindegang (g5, g6) im Bereich der ersten zehn Gewindegänge angeordnet ist.
Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten, vorzugsweise die ersten vier Gewindegänge (g1–g4) den Nenndurchmesser (D_a) und die nächsten, vorzugsweise der fünfte und der sechste Gewindegang (g5, g6) als abgeflachte Gewindegänge ausgebildet sind und den reduzierten Nenndurchmesser (D_red) aufweisen.
Bauteil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Nenndurchmesser (D_a) im Bereich der abgeflachten Gewindegänge (g5, g6) um ca. 3% oder um 0,6 mm reduziert ist.
Anordnung zur Sicherung eines Schraubelementes (14) in einem ein Innengewinde (9) aufweisenden Bauteil (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubelement als Gewindebuchse (14) mit einem Außengewinde (15) ausgebildet ist.
Anordnung zur Sicherung eines Schraubelementes (14) in einem ein Innengewinde (9) aufweisenden Bauteil (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubelement ein beliebiges Hohlprofil, insbesondere ein Zylinder- oder Polygonprofil aufweist.
Anordnung zur Sicherung eines Schraubelementes in einem ein Innengewinde aufweisendes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubelement als Verschlussstopfen mit einem Außengewinde ausgebildet ist, welches in das Innengewinde (9) des Bauteiles (7), insbesondere eines Getriebegehäuses (1) eingeschraubt ist.
Verfahren zur Sicherung von einem ersten Bauteil (14) mit Außengewinde (15) in einem zweiten Bauteil (7) mit Innengewinde (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Nenndurchmesser (D_a) des Innengewindes (9) örtlich reduziert und das Außengewinde (15) in das Innengewinde (9) eingedreht wird, wobei sich das Außengewinde (15) im Bereich des reduzierten Nenndurchmesser (D_a) in das Material des zweiten Bauteils (7) einschneidet und festklemmt.
Verfahren zur Herstellung eines Innen- oder Muttergewindes (9) in einem Bauteil (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zunächst eine Bohrung (8) mit dem Kerndurchmesser (D_i) des Innengewindes (9) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (9) mit einem Fräswerkzeug (11) gefräst wird, welches zunächst in axialer Richtung auf volle Gewindelänge (l) in die Bohrung (8) hineingeführt, danach in radialer Richtung auf die Wandung der Bohrung (8) und auf Nenndurchmesser (D_a) zugestellt wird und eine schraubenlinienförmige Bewegung von mindestens 360° und der Steigung eines Gewindeganges ausführt.
Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es als Gewindefräser (11) mit einem Außendurchmesser (d_F) ausgebildet ist, der kleiner als der Kerndurchmesser (D_i) des Innengewindes (9) ist, dass der Gewindefräser (11) eine Vielzahl von Gewindezähnen (z1, z2, z3...) aufweist, von denen mindestens ein Gewindezahn (z5, z6) über den Umfang abgeflacht ist.
Muttergewinde (9) mit einem Nenndurchmesser (D_a) und einer Vielzahl von Gewindegängen (g1, g2, g3...), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gewindegang (g5, g6) einen reduzierten Nenndurchmesser (D_red) aufweist.