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Die
Erfindung betrifft eine Befestigungsschraube mit einem Kopf und
einem daran angeordneten, ein Außengewinde aufweisenden
Bolzen, wobei das Außengewinde einen schraubenlinienförmig am
Bolzen ausgebildeten Gewindezahn aufweist.
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Die
Erfindung betrifft weiter eine Verbindungseinheit zum mechanischen
Verbinden von Bauteilen, von denen mindestens eines elektrisch leitend
ausgebildet ist, umfassend eine Befestigungsschraube und ein an
dem elektrisch leitend ausgebildeten Bauteil angeordnetes, mit dem
Außengewinde der Befestigungsschraube mit Normalmaß korrespondierendes
Innengewinde, das mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung
versehen ist, wobei die Befestigungsschraube mit einem elektrischen
Verbraucher elektrisch kontaktierbar ist.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Überwachen
der Qualität einer beim Einschrauben einer Befestigungsschraube
in ein an einem elektrisch leitend ausgebildeten Bauteil der Karosserie
eines Kraftfahrzeugs angeordnetes, mit einer elektrisch isolierenden
Beschichtung versehenes Innengewinde hergestellten elektrisch leitenden
Verbindung zwischen dem Außengewinde der Befestigungsschraube
und dem Innengewinde.
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Es
ist bekannt, Befestigungsschrauben zu verwenden, um zwei Bauteile
mechanisch aneinander zu befestigen. Die Befestigungsschraube wirkt dabei mit
einem Innengewinde zusammen, dessen Nenndurchmesser gleich dem Nenndurchmesser des
Außengewindes der Befestigungsschraube ist.
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Es
ist weiter bekannt, Befestigungsschrauben zum mechanischen Verbinden
von Bauteilen einzusetzen, welche eine elektrisch leitende Verbindung zwischen
einem mit einer Befestigungsschraube verbundenen elektrischen Verbraucher
und einem elektrisch leitend ausgebildeten Bauteil dieser Bauteile herstellen.
Derartige Befestigungsschrauben können auch als Masseschraube
bezeichnet werden, wenn sie den elektrischen Verbraucher mit der
Masse verbinden. Insbesondere in Kraftfahrzeugen finden solche Masseschrauben
Einsatz, wobei der elektrische Verbraucher mit der als Masse ausgebildeten
Karosserie eines Kraftfahrzeugs verbunden werden kann. Hierdurch
kann der Verkabelungsaufwand eines Kraftfahrzeugs deutlich reduziert
werden, da lediglich eine Leitung zu dem elektrischen Verbraucher
gelegt werden muss und die zweite Leitung durch die Karosserie realisiert
ist.
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Zur
Herstellung einer solchen elektrisch leitenden Masseverbindung zwischen
einem Verbraucher und einem elektrisch leitenden Bauteil der Karosserie
eines Kraftfahrzeugs wird eine entsprechende Befestigungsschraube
in ein an dem elektrisch leitend ausgebildeten Bauteil angeordnetes
Innengewinde eingeschraubt, wodurch mit der Befestigungsschraube
zwei Funktionen realisiert werden, nämlich zum einen das
mechanische Verbinden von zwei Bauteilen und zum anderen das Herstellen
einer elektrisch leitenden Verbindung eines elektrischen Verbrauchers
zu einem elektrisch leitend ausgebildeten Bauteil der Karosserie,
an welchem das Innengewinde ausgebildet ist.
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Solche
Karosseriebauteile werden vor dem Einschrauben der Befestigungsschrauben
in der Regel lackiert, so dass das Innengewinde mit einer elektrisch
isolierenden Lackschicht versehen ist, welche eine ausreichende
elektrische Kontaktierung zwischen Außengewinde der Befestigungsschraube
und Innengewinde verhindert. Das Innengewinde kann auch anderweitig
beschichtet sein, beispielsweise um sicherzustellen, dass dort kein
Lack bei der Lackierung anhaftet. Auch solche Beschichtungen, welche
zum Beispiel Öl enthalten können, stehen einer ausreichenden
elektrischen Kontaktierung zwischen Außengewinde und Innengewinde
entgegen.
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Daher
ist man dazu übergegangen, Befestigungsschrauben zu entwickeln,
welche die elektrisch isolierende Beschichtung am Innengewinde beim Einschrauben
der Befestigungsschraube in dasselbe zumindest teilweise entfernen,
um so einen ausreichenden elektrischen Kontakt zwischen Außengewinde
und Innengewinde herstellen zu können.
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Eine
entsprechende Befestigungsschraube ist aus
DE 10 2007 010 091 A1 bekannt.
Das Außengewinde dieser Befestigungsschraube weist einen lackkratzenden
Gewindeabschnitt auf, welcher als gezielte scharfkantige Ausgestaltung
des Außengewindes mit radialem Übermaß realisiert
ist. Die Scharfkantigkeit des Außengewindes bezieht sich dabei
auf die Spitze des sich schraubenlinienförmig um den Bolzen
erstreckenden Gewindezahns. Das radiale scharfkantige Übermaß wird
somit dadurch erreicht, dass die Höhe des Gewindezahns
in dem lackkratzenden Gewindeabschnitt den Nenndurchmesser des Außengewindes übersteigt.
Hierdurch lässt sich eine elektrische Kontaktierung zwischen Außengewinde
und Innengewinde jedoch lediglich im Bereich der Gewindezahnspitze
ausbilden. Fraglich ist, ob etwa eine am Innengewinde vor dem Einschrauben
der Befestigungsschraube vorhandene elektrisch isolierende Beschichtung
mit einem derart ausgebildeten Außengewinde entfernt werden
kann, oder ob es nicht eher zu einem Einpressen der Beschichtung
zwischen Außengewinde und Innengewinde kommt. In jedem
Fall ist eine mit einer solchen Befestigungsschraube erzielbare
Kontaktierung von deutlich schwankender und unkalkulierbarer Qualität.
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Aus
AT 366 606 B ist
eine Befestigungsschraube bekannt, bei der das Außengewinde
Wulste oder Höcker aufweist, die bereichsweise auf dem Gewindezahn
aufgebracht sind und den Nenndurchmesser des Außengewindes
deutlich übersteigen. Die Befestigungsschraube weist im
Bereich der Wulste oder Höcker ein solches Übermaß auf,
dass beim Einschrauben der Befestigungsschraube in das Innengewinde
relativ hohe Einschraubdrehmomente auftreten, welche das Einschrauben
nachteilig erschweren.
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DE 10 2007 027 497
A1 offenbart eine elektrisch kontaktierende Befestigungsschraube,
bei welcher der Gewindezahn abschnittsweise mit Abplattungen versehen
ist. Die durch die Abplattung geschaffene scharfe Kante an der Flanke des
Gewindezahns des Außengewindes reibt erst nach Aufbringung
einer Vorspannkraft an der Gewindezahnflanke des Innengewindes entlang
und entfernt die dort befindliche elektrisch isolierende Beschichtung.
An der anderen Gewindezahnflanke wird hingegen keine elektrisch
isolierende Beschichtung entfernt. In der Regel wird zum Anziehen
einer Befestigungsschraube, was nach Erreichen der Kopfauflage erfolgt
und zur Erzeugung der Vorspannkraft führt, ein nur sehr geringer
Drehwinkel benötigt. Dadurch wird mit einer solchen Befestigungsschraube
kaum elektrisch isolierendes Material von dem Innengewinde entfernt, was
zu einer unzureichenden elektrische Kontaktierung zwischen Außengewinde
und Innengewinde führt.
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Bei
allen herkömmlichen Ausgestaltungen einer Befestigungsschraube
ist zu befürchten, dass es beim Einschrauben der Befestigungsschraube
in das Innengewinde zu plastischen Verformungen im Bereich der Oberfläche
des Innengewindes kommt, wodurch die so erzielbare mechanische Befestigung als
auch die elektrisch leitende Verbindung nur unzureichend und mit
unbekannter sowie unkontrollierbarer Qualität herstellbar
ist. Zudem sind die an Karosserieteilen ausgebildeten Innengewinde
häufig mit einer vor Korrosion schützenden, galvanischen
Beschichtung versehen, welche durch die herkömmlichen Befestigungsschrauben
mit radialem Übermaß Schaden nehmen kann. Gerade
im Automobilbau sind solche Verschlechterungen der Karosserieteile unerwünscht
und nicht akzeptabel. Kommt es infolgedessen zu Korrosion am Innengewinde,
wird zudem die Qualität der mechanischen Befestigung sowie
der elektrischen Verbindung stark beeinträchtigt.
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Hiervon
ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Befestigungsschraube und
eine Verbindungseinheit mit einer solchen Befestigungsschraube bereitzustellen,
wobei die Befestigungsschraube beim Einschrauben in ein mit einer elektrisch
isolierenden Beschichtung versehenes Innengewinde eine ausreichende
elektrische Kontaktierung zwischen dem Außengewinde und
dem Innengewinde erzeugt, ohne dass es zu plastischen Verformungen
an dem Innengewinde kommt.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Befestigungsschraube
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Gewindezahn zumindest
in einem Teil des Außengewindes an wenigstens einer Gewindezahnflanke
ein Übermaß aufweist, das den Nenndurchmesser
des Außengewindes nicht übersteigt.
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Statt
wie im Stand der Technik, wo stets mit einem Übermaß in
radialer Richtung gearbeitet wird, was mit dem oben beschriebenen
Nachteil behaftet ist, wird bei der Erfindung ausschließlich
ein Übermaß mit einer wirksamen Komponente im
Wesentlichen in axialer Richtung des Bolzens eingesetzt, das den
Nenndurchmesser des Außengewindes nicht übersteigt.
Mit der erfindungsgemäßen Befestigungsschraube
kann ausgeschlossen werden, dass es zu plastischen Deformationen
am Innengewinde kommt, insbesondere weil die zur Entfernung der elektrisch
isolierenden Beschichtung von dem Innengewinde erzeugten Kräfte
nicht ausschließlich auf die relativ schwach ausgebildete
Gewindezahnspitze einwirken, sondern allein im Bereich der Flanken
wirken, welche mechanisch relativ stabil sind. Gleichzeitig wird
mittels des Übermaßes, welches beispielsweise
als Vorsprung an einer Gewindezahnflanke ausgebildet sein kann,
ausreichend elektrisch isolierendes Material von dem Innengewinde
entfernt, um die gewünschte elektrisch leitende Verbindung
zwischen Außengewinde und Innengewinde herzustellen.
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Im
dem Fall, dass an nur einer Gewindezahnflanke des Außengewindes
ein Übermaß ausgebildet ist, kann dieses so dimensioniert
werden, dass die zweite Gewindezahnflanke ohne Übermaß zumindest
im Bereich des Gewindezahns, in dem das Übermaß angeordnet
ist, flächig gegen die entsprechende Gewindezahnflanke
des Innengewindes gepresst wird und somit dort relativ großflächig
elektrisch isolierendes Material der Beschichtung entfernt. Die
spezielle Formgebung, Dimensionierung und Positionierung des Übermaßes
sollte unter Berücksichtigung der im Einzelfall vorliegenden
Geometrien von Befestigungsschraube und Innengewinde sowie deren
Materialeigenschaften erfolgen.
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Alternativ
kann vorgesehen sein, dass jede der beiden Gewindezahnflanken des
Außengewindes ein Übermaß aufweist. Diese Übermaße
können relativ zur Höhe des Gewindezahns spiegelsymmetrisch
oder unähnlich zueinander ausgebildet sowie in verschiedenen
Bereichen der Gewindezahnflanken angeordnet sein.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Übermaß in
der oberen Hälfte, insbesondere im oberen Drittel, der
Höhe des Gewindezahns angeordnet. Zwar ist es denkbar,
dass sich ein Übermaß im Wesentlichen entlang
der gesamten Seitenlänge der Gewindezahnflanke von der
Gewindezahnspitze bis zur Gewinderille erstreckt, jedoch ist es
zur Reduzierung des Einschraubdrehmoments sinnvoll, das Übermaß nur
in einem Bereich der Gewindezahnflanke anzuordnen. Es hat sich gezeigt, dass
hierzu insbesondere der obere Bereich des Gewindezahns geeignet
ist. Auch hier ist zu berücksichtigen, dass die Formgebung
des Übermaßes beziehungsweise der Übermaße
an die jeweilig gewünschten Eigenschaften der Befestigungsschraube anzupassen
ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
das Übermaß durch eine Verkleinerung des Flankenwinkels
gebildet ist. Vorzugsweise ist das Übermaß durch
eine Verkleinerung des Flankenwinkels vom Normalmaß auf
einen kleineren Flankenwinkel im oberen Drittel der Höhe
des Gewindezahns ausgebildet. Bevorzugt ist an beiden Gewindezahnflanken
ein Übermaß durch die Verkleinerung des Flankenwinkels
ausgebildet. Vorzugsweise sind diese Übermaße
spiegelsymmetrisch zu der Höhe des Gewindezahns angeordnet.
Dieses stellt eine sehr einfach realisierbare Ausgestaltung der
Befestigungsschraube dar und dient ebenso der Schaffung einer ausreichenden
elektrischen Kontaktierung zwischen dem Außengewinde und
Innengewinde im oberen Bereich des Gewindezahns.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass sich das Übermaß bis zum Nenndurchmesser
des Außengewindes erstreckt. Hierdurch können
mit dem oberen Abschnitt des Gewindezahns die größten
Kräfte zum Entfernen der elektrisch isolierenden Beschichtung vom
Innengewinde bereitgestellt werden. Dieses ist insbesondere der
Fall, wenn das Übermaß durch eine Verkleinerung
des Flankenwinkels gebildet ist, da hierbei das Übermaß an
der Gewindezahnspitze im Querschnitt die größte
Materialstärke aufweist. Dies führt gleichzeitig
dazu, dass die materialarme Gewindezahnspitze ausreichend verstärkt
wird, um beim Entfernen der elektrisch isolierenden Beschichtung
keinen Schaden zu nehmen.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erstreckt
sich das Übermaß entlang zumindest eines Teils
der Längserstreckung des Gewindezahns, wobei die Verkleinerung
des Flankenwinkels zunächst von dem Normalmaß des
Flankenwinkels bis auf einen Minimalwert abfällt und anschließend wieder
auf das Normalmaß anwächst. Dieses stellt eine
abschnittsweise Anordnung des Übermaßes an dem
Gewindezahn dar. Denkbar ist zwar auch, dass sich das Übermaß über
die gesamte Länge des Gewindezahns erstreckt, jedoch würden
auch hierdurch hohe Einschraubdrehmomente auftreten. Es hat sich gezeigt,
dass eine abschnittsweise Anordnung des Übermaßes
an dem Außengewinde beziehungsweise dem Gewindezahn zur
Herstellung einer gewünschten elektrischen Kontaktierung
ausreichend und eine Anordnung entlang der gesamten Längserstreckung
des Gewindezahns nicht erforderlich ist. Insbesondere ist es möglich,
Abschnitte der Längserstreckung des Gewindezahns ausschließlich
im Bereich des kopfabseitigen Endes des Gewindebolzens an dem Gewindezahn
anzuordnen. Die Ausgestaltung dieses beziehungsweise dieser Übermaße
und deren genaue Anordnung an dem Gewindezahn kann auf den jeweiligen
Anwendungsfall exakt zugeschnitten werden, so dass es bei der Herstellung
der elektrisch leitenden Kontaktierung zwischen Außengewinde
und Innengewinde durch diese Ausgestaltung der Befestigungsschraube
nicht zu einer unnötigen Erhöhung des Einschraubdrehmoments
kommt.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass sich der Bereich, in dem der Flankenwinkel
seinen Minimalwert annimmt, über einen Teil der Längserstreckung des
Gewindezahns erstreckt. Hierdurch wird eine größere
Anlagefläche zwischen dem Außengewinde und dem
Innengewinde gegeben, was nicht nur die mit einer solchen Befestigungsschraube
erreichbare elektrische Kontaktierung verbessert, sondern auch den
Halt der Befestigungsschraube an dem Innengewinde. Durch den sich über
einen Teil vorgegebener Größe erstreckenden Bereich
mit Minimalwert des Flankenwinkels kann außerdem verhindert
werden, dass entferntes elektrisch isolierendes Material das Übermaß überwindet
und sich anschließend wieder an dem Innengewinde oder am
Außengewinde festsetzt.
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Die
obige Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiter
durch eine Verbindungseinheit der eingangs genannten Art durch gelöst,
dass die Befestigungsschraube nach einem der vorgenannten Ausgestaltungen
ausgebildet ist.
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Es
ist somit diese Verbindungseinheit mit denselben Vorteilen verbunden,
wie sie im Vorhergehenden im Zusammenhang mit der Befestigungsschraube
beschrieben sind.
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Vorteilhafterweise
ist das Innengewinde an dem elektrisch leitend ausgebildeten Bauteil
selbst oder an einer mit diesem Bauteil mechanisch und elektrisch
verbundenen Befestigungsmutter ausgebildet. Beide Ausgestaltungen
sind insbesondere in der Automobilindustrie vorhanden und bedingen
die oben geschilderte Problematik, welche mit der vorliegenden Erfindung
gelöst werden kann.
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Mit
der Erfindung wird ferner die Verwendung der Befestigungsschraube
nach einer der vorgenannten Ausgestaltungen zum elektrisch leitenden Verbinden
eines elektrischen Verbrauchers mit einem elektrisch leitenden Bauteil
der Karosserie eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, wobei an dem
Karosserieteil ein zum Außengewinde der Befestigungsschraube
mit Normalmaß korrespondierendes, mit einer elektrisch
isolierenden Beschichtung versehenes Innengewinde angeordnet ist.
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Im
Rahmen der Erfindung wird weiter die Verwendung der Verbindungseinheit
gemäß den oben beschriebenen Ausgestaltungen zum
elektrisch leitenden Verbinden eines elektrischen Verbrauchers mit
einem elektrisch leitenden Bauteil der Karosserie eines Kraftfahrzeugs
vorgeschlagen.
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Die
obige Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass beim Einschrauben der zeitliche
Verlauf des Einschraubdrehmoments elektronisch erfasst und aus dem
erfassten zeitlichen Verlauf auf die Qualität der hergestellten
elektrisch leitenden Verbindung geschlossen wird.
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In
der Automobilindustrie ist es üblich, Befestigungsschrauben
unter Überwachung des Einschraubdrehmoments in Innengewinde
einzuschrauben, um eine Qualitätssicherung garantieren
zu können. Wird hierbei eine erfindungsgemäße
Befestigungsschraube beziehungsweise erfindungsgemäße
Verbindungseinheit verwendet, so lässt sich am zeitlichen
Verlauf des Einschraubdrehmoments erkennen, ob beim Einschrauben
der Befestigungsschraube in das Innengewinde ausreichend elektrisch
isolierendes Material vom Innengewinde entfernt worden ist, um eine
gewünschte elektrische Kontaktierung zwischen Außengewinde
und Innengewinde zu erzeugen. Dieses ist deshalb möglich,
da das Einschraubdrehmoment lediglich von der Reibung zwischen den
Gewindezähnen von Außengewinde und Innengewinde
sowie dem durch die elektrisch isolierende Beschichtung erzeugten
Reibungswiderstand abhängt und nicht, wie im Stand der
Technik, zusätzlich plastische Deformationen zumindest des
Innengewindes erfolgen, welche einen Beitrag zum Einschraubdrehmoment
liefern und keine sicheren Vorhersagen über ein gewünschtes
Kontaktierungsergebnis erlauben.
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Zweckmäßigerweise
wird aus der Lage des Minimums im zeitlichen Verlauf des Einschraubdrehmoments
auf die Qualität der hergestellten elektrisch leitenden
Verbindung geschlossen, in dem ein Abgleich dieser Lage mit vorgegebenen
Lagewerten erfolgt. Nachdem die Befestigungsschraube nahezu vollständig
in das Innengewinde eingeschraubt ist, ist eine gewünschte
Menge der elektrisch isolierenden Beschichtung von dem Innengewinde
entfernt. Dieses Entfernen ist mit einem Abfall des Einschraubdrehmoments
bis zu einem Minimum verbunden. Ist nicht genügend elektrisch
isolierende Beschichtung entfernt, fällt das Einschraubdrehmoment
nicht bis auf dieses Minimum ab, wodurch darauf geschlossen werden
kann, dass es beim Einschrauben der Befestigungsschraube in das
Innengewinde nicht zu einer gewünschten elektrischen Kontaktierung
gekommen ist. Eine solche Befestigungsschraube müsste zur Qualitätssicherung
dann aus dem Innengewinde herausgeschraubt und eine weitere Befestigungsschraube
in das Innengewinde eingeschraubt werden.
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Weitere
Vorteil und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden
anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Dabei zeigen
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1:
eine schematische Darstellung eines Längsschnitts eines
Bolzens eines Ausführungsbeispiels für die erfindungsgemäße
Befestigungsschraube,
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2a:
eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels
für das Übermaß,
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2b:
eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
für das Übermaß,
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3a:
eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels
für die erfindungsgemäße Verbindungseinheit,
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3b:
eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
für die erfindungsgemäße Verbindungseinheit,
und
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4:
ein beispielhafter zeitlicher Verlauf des Einschraubdrehmoments
beim Einschrauben und Anziehen der erfindungsgemäßen
Befestigungsschraube.
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1 zeigt
schematisch einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch
einen Bolzen 1 eines Ausführungsbeispiels für
die erfindungsgemäße Befestigungsschraube 2.
Die Befestigungsschraube 2 weist einen nicht dargestellten
Kopf und einen daran angeordneten Bolzen 1 auf, an dem
ein Außengewinde 3 angeordnet ist. Das Außengewinde 3 weist
einen sschraubenlinienförmig am Bolzen 1 ausgebildeten Gewindezahn 4 auf.
Am in der Bildmitte gezeigten Teil des Außengewindes 3 weist
der Gewindezahn 4 ein Übermaß 5 auf,
das den Nenndurchmesser d des Außengewindes 3 nicht übersteigt.
Das Übermaß 5 ist als Vorsprung an beiden
Gewindeflanken 6 des mittig gezeigten Teil des Gewindezahns 4 ausgebildet.
Das Übermaß 5 ist im oberen Drittel der
Höhe h des Gewindezahns 4 angeordnet und erstreckt
sich bis zum Nenndurchmesser d des Außengewindes 3. Im
Bereich des Übermaßes 5 beziehungsweise
der Vorsprünge an den Gewindeflanken 6 weist der Gewindezahn 4 einen
kleineren Flankenwinkel θÜ als beispielsweise
der links neben dem mittigen Gewindezahn 4 dargestellte
Teil des Gewindezahns 4 auf. Dieser linke Teil des Gewindezahns 4 weist
einen Flankenwinkel θN mit Normalmaß auf.
Der Gewindezahn 4 weist entlang seiner Längserstreckung
einen Gewindezahnspiegel 7 auf, dessen Breite im Bereich des Übermaßes 5 größer
als in dem Bereich des Gewindezahns 4 ohne Übermaß 5 ist.
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2a zeigt
schematisch ein Ausführungsbeispiel für den Verlauf
der Breite eines Gewindezahnspiegels 7 im Bereich des Übermaßes 5.
Das Übermaß 5 ist auch hier durch eine
Verkleinerung des Flankenwinkels im oberen Drittel der Höhe
h des Gewindezahns 4 realisiert. Gemäß 2a nimmt
der Flankenwinkel von seinem Normalmaß θN, bei dem der Gewindezahnspiegel seine Normalbreite
bN aufweist, bis zu einem Minimalwert θÜ ab, bei dem der Gewindezahnspiegel 7 seine
maximale Breite bm aufweist. Anschließend
nimmt der Flankenwinkel wieder kontinuierlich bis auf sein Normalmaß θN zu, bis die Breite des Gewindezahnspiegels 7 wieder
die Normalmaßbreite bN erreicht
hat.
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2b zeigt
eine zu 2a alternative Ausgestaltung
des Übermaßes 5 beziehungsweise des Gewindezahnspiegels 7,
wobei sich der Bereich, in dem der Flankenwinkel seinen Minimalwert θÜ annimmt, über einen Teil
mit der Länge l der Längserstreckung des Gewindezahns 4 erstreckt.
Welche der in den 2a und 2b gezeigten
Ausgestaltungen des Übermaßes 5 beziehungsweise
des Gewindezahnspiegels 7 verwendet wird, hängt
von den jeweiligen Anforderungen an die Befestigungsschraube 2 ab.
Der sich schraubenlinienförmig am Bolzen 1 erstreckende
Gewindezahn 4 kann das Übermaß 5 beispielsweise
nur kopfabseitig oder gleichmäßig über
das Außengewinde 3 verteilt aufweisen. Auch ist
denkbar, dass der Gewindezahn 4 sowohl die in 2a als
auch die in 2b gezeigte Ausgestaltung des Übermaßes 5 entlang
seiner Längserstreckung aufweist. Die Anzahl der Übermaße 5 entlang der
Längserstreckung des Gewindezahns 4 ist ebenso
an die jeweiligen Anforderungen an die Befestigungsschraube 2 anzupassen.
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3a zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße
Verbindungseinheit 8 zum mechanischen Verbinden von Bauteilen 9 und 10 aneinander,
wobei das Bauteil 10 elektrisch leitend ausgebildet ist.
Die Verbindungseinheit 8 umfasst eine Befestigungsschraube 2 und
ein an dem elektrisch leitend ausgebildeten Bauteil 10 angeordnetes,
mit dem Außengewinde 3 der Befestigungsschraube 2 mit
Normalmaß korrespondierendes Innengewinde, welches an dem
elektrisch leitend ausgebildeten Bauteil 10 selbst ausgebildet
ist. Das Innengewinde ist mit einer nicht näher dargestellten
elektrisch isolierenden Beschichtung versehen. Die Befestigungsschraube 2,
welche einen Kopf 11 und einen daran angeordneten Bolzen 1 mit
Außengewinde 3 aufweist, ist auf nicht näher
dargestellte Art und Weise durch das Bauteil 9 geführt.
Mittels der Verbindungseinheit 8 werden die Bauteile 9 und 10 fest
aneinander fixiert, was typischerweise durch die Befestigungsschraube 2 und
das damit zusammenwirkende Befestigungsinnengewinde in dem Bauteil 10 realisiert
ist. Die Befestigungsschraube 2 ist weiter mit einem Kabelschuh 11 elektrisch
leitend verbunden, der wiederum über eine Leitung 12 mit
einem elektrischen Verbraucher 13 elektrisch leitend verbunden ist.
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3b zeigt
ein zur 3a alternatives Ausführungsbeispiel
für die erfindungsgemäße Verbindungseinheit 8,
wobei gleiche Bestandteile mit denselben Bezugszeichen versehen
sind. Der Unterschied dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Verbindungseinheit 8 zu derjenigen in 3a ist, dass
das mit der Befestigungsschraube 2 zusammenwirkende Innengewinde
nicht an dem elektrisch leitend ausgebildeten Bauteil 10 selbst
ausgebildet ist, sondern dass das Bauteil 10 elektrisch
leitend mit einer Mutter 15 verbunden ist, die das mit
einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehene Innengewinde
aufweist. Die Befestigungsschraube 2 ist auf eine nicht
näher dargestellte Art und Weise durch die Bauteile 9 und 10 geführt.
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Die
in den 3a und 3b gezeigten
Befestigungsschrauben 2 dienen somit dem elektrisch leitenden
Verbinden eines elektrischen Verbrauchers 14 mit einem
elektrisch leitenden Bauteil 10 der Karosserie eines Kraftfahrzeugs,
wobei an dem Bauteil 10 ein zum Außengewinde 3 der
Befestigungsschraube 2 mit Normalmaß korrespondierendes,
mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehenes Innengewinde
angeordnet ist. Ebenso ist festzuhalten, dass die in den 3a und 3b gezeigten Verbindungseinheiten 8 zum
elektrisch leitenden Verbinden eines elektrischen Verbrauchers 14 mit
einem elektrisch leitenden Bauteil 10 der Karosserie eines Kraftfahrzeugs
verwendet werden können.
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4 zeigt
den zeitlichen Verlauf des elektronisch erfassten Einschraubdrehmoments
während des Einschraubens einer Befestigungsschraube 2 in ein
an einem elektrisch leitend ausgebildeten Bauteil 10 der
Karosserie eines Kraftfahrzeugs angeordnetes, mit einer elektrisch
isolierenden Beschichtung versehenen Innengewinde. Hierbei wird
eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Außengewinde 3 der
Befestigungsschraube 2 und dem Innengewinde hergestellt.
Das Einschraubdrehmoment ME ist gegenüber
der Zeit t aufgetragen. Zum Zeitpunkt t0 beginnt
das Einschrauben der Befestigungsschraube 2 in das Innengewinde.
Zu diesem Zeitpunkt beginnt die elektronische Erfassung des Einschraubdrehmoments
ME, welches zunächst einen relativ niedrigen
Wert ME(t0) aufweist.
Anschließend steigt das Einschraubdrehmoment ME mit
zunehmender Einschraubtiefe der Befestigungsschraube 2 in
das Innengewinde bis zum Wert ME(t1) an. Dieser Anstieg ist durch die durch
den Räumvorgang – dem Entfernen der elektrisch
isolierenden Beschichtung vom Innengewinde – erzeugten
Kräfte zwischen dem Außengewinde 3 und
dem Innengewinde zu erklären. Zudem steigt das Einschraubdrehmoment
ME, je mehr Material der elektrisch isolierenden
Beschichtung von dem Innengewinde mittels des Außengewindes 3 der
Befestigungsschraube 2 abgetragen worden ist. Nachdem die
elektrisch isolierende Beschichtung von dem Innengewinde abgetragen
worden ist, reduziert sich das Einschraubdrehmoment ME im
Intervall von t1 bis t2 auf
den geringen Wert ME(t2)
des Minimums im zeitlichen Verlauf des Einschraubdrehmoments ME. Ist beim Einschrauben der Befestigungsschraube 2 in
das Innengewinde nicht eine gewünschte Menge von elektrisch
isolierendem Material von dem Innengewinde abgetragen worden, so
weicht das Minimum im zeitlichen Verlauf des Einschraubdrehmoments
ME von dem gewünschten Verlauf
ab, was durch einen Abgleich von vorgebbaren Parametern des gewünschten
Verlaufs mit dem tatsächlich erfassten Einschraubdrehmoment
ME detektierbar ist. Wurde beispielsweise
zu wenig elektrisch isolierendes Material abgetragen, liegt der
Wert ME(t2) des
Minimums höher als die vorgegebenen Parameter. Hingegen
zeigt eine Lage des Minimums unterhalb der gegebenen Parameter,
dass eine gewünschte und ausreichende elektrische Kontaktierung zwischen
der Befestigungsschraube 2 und dem Innengewinde ausgebildet
worden ist. Hier zeigt sich, dass aus dem zeitlichen Verlauf des
Einschraubdrehmoments ME Rückschlüsse
auf die Qualität der beim Einschrauben hergestellten elektrisch
leitenden Verbindung zwischen dem Außengewinde 3 der
Befestigungsschraube 2 und dem Innengewinde herleiten lassen.
Vom Zeitpunkt t2 an nimmt das elektronisch erfasste
Einschraubdrehmoment ME rapide bis etwa zu
einem Zeitpunkt t3 zu, an dem das vollständige Einschrauben
der Befestigungsschraube 2 in das Innengewinde erfasst
wird, also der Einschraubvorgang abgeschlossen ist.
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Die
anhand der Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele dienen
der Erläuterung und sind nicht beschränkend.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102007010091
A1 [0009]
- - AT 366606 B [0010]
- - DE 102007027497 A1 [0011]