DE102010045163B4

DE102010045163B4 - Verbindungsmittel mit einer ersten Anschlussseite für eine lösbare Verbindung und einer zweiten Anschlussseite zur Befestigung an einem Bauteil

Info

Publication number: DE102010045163B4
Application number: DE102010045163.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Gänicke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-09-11
Filing date: 2010-09-11
Publication date: 2023-07-20
Anticipated expiration: 2030-09-12
Also published as: DE102010045163A1

Abstract

Verbindungsmittel (1) mit einer ersten Anschlussseite (2), die als ein Gewindeschaft (3) für eine lösbare Verbindung ausgebildet ist, einem Übergangsbereich (4), der einen Flansch (5) aufweist, und einer zweiten Anschlussseite (6) zur Befestigung an einem Bauteil (9), wobei die zweite Anschlussseite (6) als ein loch- und gewindeformendes Schraubelement (8) zum Eindrehen in das Bauteil (9) ausgebildet ist, wobei das Schraubelement (8) geeignet ist, unterbrechungslos in das Material des Bauteils (9) plastifizierend und spanlos eine Lochaufweitung einzubringen und anschließend in dem Material ein Muttergewinde auszuformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewinde des Gewindeschafts (3) und des Schraubelements (8) gegenläufig ausgeführt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbindungsmittel mit einer ersten Anschlussseite, die als ein Gewindeschaft für eine lösbare Verbindung ausgebildet ist, einem Übergangsbereich, der einen Flansch aufweist, und einer zweiten Anschlussseite zur Befestigung an einem Bauteil, nach dem Obergriff des Anspruches 1.
Als Verbindungsmittel der genannten Art ist ein Verbindungsmittel bekannt, dessen erste Anschlussseite als ein Gewindeschaft für eine lösbare Verbindung ausgebildet ist und dessen zweite Anschlussseite eine Schweißspitze ist.
Aus der gattungsbildenden DE 10 2007 028 164 A1 ist eine in eine Tragstruktur einschraubbare Schraube zur elektrischen Masseanbindung einer elektrischen Komponente bekannt. Die Schraube ist mit einem ersten Endbereich, der als eine Aufnahme für eine Mutter für eine lösbare Verbindung ausgebildet ist, einem Übergangsbereich, der einen Flansch aufweist, und einer zweiten Anschlussseite zur Befestigung an einem Bauteil ausgestattet. Die zweite Anschlussseite ist als ein selbstprägendes oder selbstfurchendes Gewinde zum Eindrehen in das Bauteil ausgebildet, wobei das Schraubelement geeignet ist, eine Lochaufweitung in das vorgebohrte oder vorgegossene Loch der Tragstruktur einzubringen.
Aus der DE 39 09 725 C1 und aus der DE 39 22 684 A1 ist jeweils eine Loch- und gewindeformende Schraube mit einem Gewindebereich bekannt, der mit einer sich über mehrere Gewindegänge erstreckenden Verjüngung in den Lochformbereich übergeht. Der Lochformbereich weist einen ersten, zylinderförmig ausgeführten Abschnitt, einen zweiten, einem Kegel ähnlich ausgebildeten Abschnitt und einen dritten Abschnitt mit einer balligen Reibfläche auf, wobei der Durchmesser des Lochformbereiches kleiner als der Flankendurchmesser des Gewindebereiches ist.
Die DE 24 54 087 A1 offenbart ein selbstbohrendes Befestigungsmittel, beispielsweise Stiftschrauben und Gewindestifte, zum Befestigen in nichtmetallischen Materialien. Hierzu ist am äußersten vorderen Ende eine ringförmige Messerkante ausgebildet, die Schneidkerben aufweisen kann.
Aus der DE 28 25 483 A1 ist ein Befestigungselement mit einem ersten und einem zweiten Bolzenabschnitt bekannt. Am unteren Ende des zweiten Bolzenabschnittes befindet sich eine Gewindeschneidenut, um das Verankern dieses Bolzenabschnittes innerhalb der Bohrung eines Werkstücks zu erleichtern.
Die FR 2 879 836 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Erden eines elektrischen Kabels an einer Metallstruktur, wie beispielsweise einem Aluminiumgehäuse für ein Kraftfahrzeug. Eine selbstschneidende Gewindestange wird in eine der Metallstrukturen eingedreht, bis eine Mutter an einem flachen Teil der Metallstruktur anschlägt und eine zweite Mutter darauf geschraubt wird. Dabei ermöglicht das freie Ende des äußeren Teiles des Bolzens das Festklemmen des Kabelschuhes zwischen den beiden Muttern.
Weiterhin betrifft auch die EP 1 364 430 B1 ein elektrisches Erdungselement. An einem ersten und zweiten Abschnitt ist jeweils ein Gewinde vorgesehen, wobei ein Mittelabschnitt einen Abschnitt mit vorstehenden Rippen umfasst. Bei der Verwendung auf oberflächenbehandelten Flächen durchschneiden die Rippen die Oberfläche und stellen einen metallischen Kontakt zwischen dem Erdungselement und dem Rahmen her.
Um ein Erdungskabel von einem Motor oder einer Batterie mit einem Rahmen zu verbinden, ist gemäß der JP 2010 - 049 848 A eine Mutter mit einer Schneidklinge ausgestattet, um die Beschichtung einer Rahmenoberfläche zu durchdringen.
Darüber hinaus zeigt die Druckschrift DE 10 2004 007 286 A1 eine Vorrichtung zum Anbringen mindestens eines Kabelanschlusses an ein Kraftfahrzeug. Die Vorrichtung umfasst einen Bolzen und eine Verformungseinrichtung, wobei ein Befestigungsabschnitt des Bolzens zum Durchdringen eines Karosserieabschnitts des Kraftfahrzeuges vorgesehen ist und wobei dieser beim Durchdringen des Karosserieabschnittes zum Bilden einer stabilen, elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Bolzen und dem Karosserieabschnitt an der Verformungseinrichtung verformt wird. Hierbei sind Bolzenzuführung und Verformungseinrichtung auf gegenüberliegenden Seiten des Karosserieabschnittes anzuordnen.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verbindungsmitteln ist es nachteilig, dass zu ihrer Befestigung an einem Bauteil des Kraftfahrzeuges das Bauteil des Kraftfahrzeuges von zwei Seiten leicht zugänglich sein muss. Zwar sind Schweißspitzen bekannt, die mit einem Bauteil mit nur einseitiger Zugänglichkeit verbunden werden können, jedoch ist die Verwendung solcher Schweißspitzen aufgrund der notwendigen Nacharbeit vor allem dann nicht sinnvoll, wenn das Verbindungsmittel in einen bereits lackierten Karosserieabschnitt eingebracht werden soll. Auch kann es bei der Erzeugung von Schweißverbindungen im Bereich von Karosseriestrukturen mit Materialien, die eine unterschiedliche Wärmeausdehnung aufweisen, zu einem Verzug der Karosseriestruktur kommen.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verbindungsmittel der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass ein unbeabsichtigtes Lösen vermieden wird.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verbindungsmittel gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Verbindungsmittel vorgesehen, bei dem die Gewinde des Gewindeschaftes und des Schraubelementes gegenläufig ausgeführt sind. So wird vermieden, dass beim Lösen der Verbindung an dem Gewindeschaft die Befestigung zwischen dem Verbindungsmittel und dem Bauelement gelöst wird. Beim Herstellen einer Verbindung an dem Gewindeschaft wird die Befestigung zwischen Verbindungsmittel und Bauteil gegen ungewolltes Lösen geschützt, indem das Verbindungsmittel an einer vorzugsweise im Übergangsbereich ausgebildeten Werkzeugaufnahme verdrehsicher gehalten wird und/oder indem bei der Herstellung der Verbindung an dem Gewindeschaft ein vorgegebenes Drehmoment nicht überschritten wird.
Da die Befestigung des Gewindeschaftes an dem Bauteil ohne Schweißen hergestellt wird, ist ihr Einsatz besonders vorteilhaft bei einem Bauteil, welches aus mehreren Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungseigenschaften besteht oder nur schwer zu schweißen ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verbindungsmittels weist das Schraubelement einen Lochformbereich und einen Gewindebereich auf. Der Gewindebereich hat eine Verjüngung, die sich über mehrere Gewindegänge erstreckt und schließlich in den Lochformbereich übergeht. Der Lochformbereich umfasst einen ersten, zylinderförmig ausgeführten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt, der einem Kegel ähnlich ausgebildet ist, und einen dritten Abschnitt mit einer balligen Reibfläche. Durch Reibung der balligen Reibfläche schafft sich das Verbindungsmittel das Loch im Bauteil. Dabei wird das Material des Bauteiles lokal so stark erhitzt, dass es in seinen plastischen Bereich überführt wird. Durch die Rotation und den axialen Druck wird das Bauteil radial derart nachgiebig, dass sich eine Lochaufweitung mit einer Materialverdrängung zu einer Düse ergibt. In diese Düse greift die Verjüngung des Gewindebereiches ein, wodurch ein Muttergewinde in dem Loch ausgeformt wird. Auch ist es möglich, die Befestigung spanfrei herzustellen.
Günstig ist es, dass der Querschnitt des Flansches größer als der Flankendurchmesser des Schraubelementes ausgeführt ist. Hierdurch ist es möglich, dass der Flansch, ähnlich einem Schraubenkopf, als Anschlag- und Andruckelement an dem Bauelement anliegt.
Günstig ist es, dass durch die Wahl der Materialpaarung von Verbindungsmittel und Bauelement eine lösbare oder unlösbare Befestigung zwischen Verbindungsmittel und Bauelement herstellbar ist. Um das Loch und das Muttergewinde schnell und möglichst energiesparend herzustellen, ist es günstig, dass der Durchmesser des Lochformbereiches kleiner als der Flankendurchmesser des Gewindebereiches ist.
Das Werkzeug zum Einbringen des Verbindungsmittels arbeitet mit einer sehr hohen Rotationsgeschwindigkeit und großen axialen und rotatorischen Kräften. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verbindungsmittels ist es, dass in der ersten Anschlussseite und/oder im Übergangsbereich eine Werkzeugaufnahme vorgesehen ist. Die Anordnung der Werkzeugaufnahme im Übergangsbereich hat den Vorteil, dass beim Verbinden des Verbindungsmittels mit dem Bauelement in den Gewindeschaft keine Kräfte eingeleitet werden und dieser dadurch nicht beschädigt werden kann. Die Werkzeugaufnahme im Übergangsbereich ist vorzugsweise als ein Sechs- oder Achtkant ausgeführt, welcher an dem Flansch wahlweise auf der ersten und/oder zweiten Anschlussseite angeordnet oder als Flansch ausgebildet ist.
Eine weitere Ausführungsform des Verbindungsmittels weist zwei Werkzeugaufnahmen auf, von denen eine im Übergangsbereich und die andere in der ersten Anschlussseite ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, beispielsweise zum erstmaligen Erzeugen der Befestigung des Verbindungsmittels an dem Bauelement, die Werkzeugaufnahme im Übergangsbereich zu nutzen, da hier sehr große Kräfte übertragen werden müssen. Zum Lösen der Befestigung im Reparaturfall kann dann die leichter zugängliche Werkzeugaufnahme an der ersten Anschlussseite genutzt werden.
Bei sehr engen Einbauorten hingegen ist es günstig, die in der ersten Anschlussseite ausgebildete Werkzeugaufnahme in dem Kopf des Gewindeschaftes anzuordnen. Sie kann hier beispielsweise in üblichen Formen wie Schlitz, Kreuzschlitz, Innensechskantoder in Sonderformen ausgeführt sein. Auch ist es möglich, dass der Kopf des Gewindeschaftes als Werkzeugaufnahme beispielsweise als ein Sechskant, Achtkant oder eine Sonderform gestaltet ist. Dabei ist der größte Querschnitt der Werkzeugaufnahme kleiner als der Flankendurchmesser des Gewindeschaftes.
Im Sinne dieser Erfindung betrifft eine Verbindung das Zusammenwirken mit dem Gewinde des Gewindeschaftes. Das Zusammenwirken von Verbindungsmittel und Bauteil ist als Befestigung bezeichnet.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

1 eine seitliche Ansicht eines gattungsgemäßen Verbindungselements;
2 eine seitliche Ansicht des erfindungsgemäßen Verbindungselementes mit zwei Werkzeugaufnahmen im Einbauzustand;
3 eine seitliche Ansicht des erfindungsgemäßen Verbindungselementes mit einer Werkzeugaufnahme.

1 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes, gattungsgemäßes Verbindungsmittel 1 mit einer ersten Anschlussseite 2, die als ein Gewindeschaft 3 für eine lösbare Verbindung ausgebildet ist, einem Übergangsbereich 4, der einen Flansch 5 aufweist, und einer zweiten Anschlussseite 6 zur Befestigung an einem hier nicht dargestellten Bauteil. Die zweite Anschlussseite 6 des aus dem Stand der Technik bekannten Verbindungsmittels 1 ist als eine Schweißspitze 7 ausgeführt.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Verbindungsmittel 1 im Einbauzustand. Bei diesem Verbindungsmittel 1 ist die zweite Anschlussseite 6 als ein loch- und gewindeformendes Schraubelement 8 zum Eindrehen in das Bauteil 9 ausgebildet. Das Schraubelement 8 ist geeignet, unterbrechungslos in das Material des Bauteiles 9 plastifizierend und spanlos eine Lochaufweitung einzubringen und anschließend in dem Material ein Muttergewinde auszuformen. Dazu weist das Schraubelement einen Lochformbereich 10 und einen Gewindebereich 11 auf. Der Gewindebereich 11 hat eine Verjüngung 12, die sich über mehrere Gewindegänge erstreckt und schließlich in den Lochformbereich 10 übergeht. Der Lochformbereich 10 umfasst einen ersten, zylinderförmig ausgeführten Abschnitt 13, einen zweiten Abschnitt 14, der einem Kegel ähnlich ausgebildet ist, und einen dritten Abschnitt 15 mit einer balligen Reibfläche. Durch Reibung der balligen Reibfläche auf dem Material des Bauteiles 9 schafft sich das Verbindungsmittel 1 das Loch im Bauteil 9. Dabei wird das Material des Bauteiles 9 lokal so stark erhitzt, dass es in seinen plastischen Bereich überführt wird. Durch die Rotation und den axialen Druck wird das Bauteil 9 radial derart nachgiebig, dass sich eine Lochaufweitung mit einer Materialverdrängung zu einer Düse ergibt. In diese Düse greift die Verjüngung 12 des Gewindebereiches 11 ein, wodurch ein Muttergewinde in dem Loch ausgeformt wird. Auch ist es möglich, die Befestigung spanfrei herzustellen.
Das Werkzeug zum Einbringen des Verbindungsmittels 1 kann an der ersten Anschlussseite 2 und/oder im Übergangsbereich 4 an einer Werkzeugaufnahme 16 angelegt werden. Die Anordnung der Werkzeugaufnahme 16 im Übergangsbereich 4 hat den Vorteil, dass beim Befestigen des Verbindungsmittels 1 an dem Bauelement 9 in den Gewindeschaft 3 keine Kräfte eingeleitet werden. So können Beschädigungen an dem Gewindeschaft 3 vermieden werden. Die Werkzeugaufnahme 16 im Übergangsbereich 4 ist vorzugsweise als ein Sechs- oder Achtkant ausgeführt, welcher an dem Flansch 5 wahlweise auf der ersten Anschlussseite 2 und/oder zweiten Anschlussseite 6 angeordnet oder als Flansch 5 ausgebildet ist.
Die in 2 gezeigte Ausführungsform des Verbindungsmittels 1 weist zwei Werkzeugaufnahmen 16 auf, von denen eine im Übergangsbereich 4 und die andere in der ersten Anschlussseite 2 ausgebildet ist. Letztere ist in dem Kopf 17 des Gewindeschaftes 3 als Innensechskant ausgebildet. Eine derart ausgebildete Werkzeugaufnahme 16 ist besonders günstig bei sehr engen Einbauorten.
3 zeigt ein Verbindungsmittel 1 mit einer in der ersten Anschlussseite 2 ausgebildeten Werkzeugaufnahme 16. Bei dieser Werkzeugaufnahme 16 ist der Kopf 17 des Gewindeschaftes 3 als Außensechskant gestaltet.

Claims

Verbindungsmittel (1) mit einer ersten Anschlussseite (2), die als ein Gewindeschaft (3) für eine lösbare Verbindung ausgebildet ist, einem Übergangsbereich (4), der einen Flansch (5) aufweist, und einer zweiten Anschlussseite (6) zur Befestigung an einem Bauteil (9), wobei die zweite Anschlussseite (6) als ein loch- und gewindeformendes Schraubelement (8) zum Eindrehen in das Bauteil (9) ausgebildet ist, wobei das Schraubelement (8) geeignet ist, unterbrechungslos in das Material des Bauteils (9) plastifizierend und spanlos eine Lochaufweitung einzubringen und anschließend in dem Material ein Muttergewinde auszuformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewinde des Gewindeschafts (3) und des Schraubelements (8) gegenläufig ausgeführt sind.
Verbindungsmittel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubelement (8) einen Lochformbereich (10) und einen Gewindebereich (11) aufweist, wobei der Gewindebereich (11) mit einer sich über mehrere Gewindegänge erstreckenden Verjüngung (12) in den Lochformbereich (10) übergeht, der einen ersten, zylinderförmig ausgeführten Abschnitt (13), einen zweiten, einem Kegel ähnlich ausgebildeten Abschnitt (14) und einen dritten Abschnitt mit einer balligen Reibfläche (15) aufweist.
Verbindungsmittel (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Lochformbereichs (10) kleiner als der Flankendurchmesser des Gewindebereichs (11) ist.
Verbindungsmittel (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel an der ersten Anschlussseite (2) und/oder im Übergangsbereich (4) eine Werkzeugaufnahme (16) aufweist.