-
Die Erfindung betrifft ein Gewindeelement, insbesondere eine Schraube, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Verbindungsanordnung mit einem solchen Gewindeelement.
-
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Verbindungsanordnungen wenigstens zweier Bauteile bekannt, bei welchen die Bauteile mit wenigstens einem Gewindeelement in Form einer Schraube miteinander verbunden sind. Beim Schraubvorgang, bei welchem die Schraube über ihr Gewinde in Form eines Außengewindes in wenigstens eines der Bauteile eingeschraubt wird, können blanke Stellen an beiden Schraubpartnern, d. h. sowohl an der Schraube als auch an dem entsprechenden Bauteil, entstehen. An einer solchen blanken Stelle ist beispielsweise eine korrosionshemmende Schicht des Bauteils zerstört. Ist das Bauteil aus Aluminium gebildet, so ist diese, an der blanken Stelle zerstörte Schicht eine Oxidschicht des Bauteils. Zu solchen, blanken Stellen kommt es insbesondere bei der Verwendung von einer gewindeformenden Schraube, welche üblicherweise auch als selbstformende Schraube bezeichnet wird. Wird die gewindeformende Schraube in das korrespondierende Bauteil eingeschraubt, so wird beim Schraubvorgang ein zu dem Gewinde der Schraube korrespondierendes, weiteres Gewinde am Bauteil ausgebildet.
-
Herkömmlicherweise sind Schraubverbindungen nicht wasserdicht. D. h., dass als Elektrolyte wirkende Flüssigkeiten zwischen die Schraube und das korrespondierende, weitere Gewinde des die Schraube aufnehmenden Bauteils kommen kann. Ist die Schraube beispielsweise aus Stahl und das korrespondierende Bauteil aus Aluminium hergestellt, so kommt es zu Spalt- und Kontaktkorrosion an der blanken Stahl-Aluminium-Verbindung. Es hat sich gezeigt, dass sich bei der homogenen Kontaktkorrosion bei Stahl-Aluminium-Verbindungen nur das Aluminium auflöst. Dies bedeutet, dass die Schraube immer weniger Halt im korrespondierenden, weiteren Gewinde hat, wobei die Schraube zumindest im Wesentlichen korrosionsfrei bleibt. Das die Schraube aufnehmende, weitere Aluminium-Gewinde des entsprechenden Bauteils korrodiert, mit der Folge, dass die Schraube im Laufe der Zeit immer lockerer sitzt. Solche Schraubverbindungen können sich bei hoher Korrosionsbelastung bis zum Versagen auflösen. Bei dieser Korrosionsform kommt es dabei nicht zu einer optisch erkennbaren Eisenkorrosion in Form von sogenanntem Rotrost der Schraube. Mit anderen Worten kommt es nicht zu einer kosmetischen, sondern zu einer funktionalen Korrosion der Schraubverbindung. Diese Art der Korrosion lässt sich nur sehr schwer nachweisen, da sie optisch nicht oder nur sehr schwer zu erkennen ist.
-
Um diese Korrosionsproblematik in Grenzen zu halten, ist es bekannt, Schrauben zu verwenden, deren Gewinde zumindest in einem Längenbereich mit einer Beschichtung versehen ist, die als erste Schicht eine Schicht aus einer Zink-Nickel-Legierung umfasst. Zur Realisierung einer hohen mechanischen Robustheit umfasst die Beschichtung als zweite Schicht eine organische Schicht. Dadurch ist eine elektrisch isolierende Schicht zwischen der Schraube aus Stahl und dem Bauteil aus Aluminium realisiert. Bei dem Schraubvorgang wird die organische Schicht, welche beispielsweise durch einen organischen Lack gebildet sein kann, lokal beschädigt.
-
Zur Korrosion, insbesondere Spaltkorrosion, kann es auch dann kommen, wenn sowohl die Schraube als auch das korrespondierende Bauteil, in welches die Schraube eingeschraubt wird, aus einem Stahl gebildet ist. Hierbei entsteht Spaltkorrosion zwischen den blanken Gewinden des Stahlbauteils und der Schraube. Da die Korrosionsgeschwindigkeit an blanken Stellen deutlich höher ist als an beschichteten Stellen, können solche Schraubverbindungen nach einer hohen Korrosionsbelastung nicht mehr gelöst oder nachgezogen werden. Handelt es sich bei den Bauteilen um Karosseriebauteile, so kann eine solche Korrosion bei derartigen Schraubverbindungen zu Undichtheit in Trockenräumen der Karosserie führen.
-
Ist sowohl die Schraube als auch das korrespondierende Bauteil aus einem Stahl gebildet, so oxidieren bei der homogenen Korrosion beide Schraubpartner, d. h. sowohl die Schraube als auch das Bauteil, und bilden feste Oxidbestandteile, was ein Lösen oder weiteres Anziehen der Schraube deutlich erschwert oder unmöglich macht. D. h., dass die Schraube festrostet und nicht mehr gedreht werden kann.
-
Um diesen Problemen entgegenzuwirken, sind zusätzliche und somit aufwändige Maßnahmen vorgesehen. Durch eine sogenannte Mikro-Verkapslung mit beispielsweise Klebstoff kann für sicherheitsrelevante Verbindungen die Vermeidung einer Korrosion gewährleistet werden. Somit ist die Schraube jedoch nicht mehr lösbar. Eine solche Schraubverbindung wird beispielsweise bei Hinterachsverschraubungen an der Karosserie, bei Strebenanbindungen an der Karosserie sowie bei Verschraubungen von Aggregaten verwendet. Werden beispielsweise aus Kostengründen solche Schraubverbindungen ohne Zusatzmaßnahmen verwendet, so werden beispielsweise im Reparaturfall neue Gewinde geschnitten sowie metallische Inserts, Drahtgewindeeinsätze wie beispielsweise Helicoils und neue Schrauben eingesetzt.
-
Schließlich ist die Verwendung von Schrauben als Stellschrauben in der Automobilindustrie hinlänglich bekannt. Beispielsweise wird ein Vorderkotflügel an einem Schweller der Karosserie mittels einer solchen Stellschraube befestigt. Mittels der Stellschraube kann ein Abstand des Kotflügels zu dem Schweller eingestellt werden, so dass der Kotflügel durch Drehen der Stellschraube relativ zu dem Schweller und insbesondere relativ zu an den Kotflügel angrenzenden Außenbeplankungsteilen ausgerichtet werden kann. Hierdurch kann die Passung des Kotflügels hinsichtlich der Realisierung eines optisch ansprechenden Spaltmaßes zwischen dem Kotflügel und beispielsweise einer Seitentür auf einfache Weise eingestellt werden. Diese Stellschrauben werden also bei der Montage nur teilweise angezogen, dürfen sich dann aber nicht mehr bewegen. Auch solche Schraubverbindungen sind ohne zusätzliche Dichtmittel nicht wasserdicht. D. h. ein flüssiger Elektrolyt kann zwischen die Stellschraube und das korrespondierende, weitere Gewinde des entsprechenden Bauteils gelangen. Diese undichten Stellen in der Struktur werden z. B. bei der dynamischen Prüfung auf Dichtheit, insbesondere mit Unterdruck, beobachtet. Um das Bewegen der Stellschraube zu vermeiden, wird beispielsweise Klebstoff verwendet. Die Verwendung von Klebstoff zur Sicherung der Stellschraube ist keine Lösung, da dann die Stellschraube nicht mehr lösbar und nicht mehr verstellbar ist. Eine hinreichende Dichtheit der Schraubverbindung kann herkömmlicherweise insbesondere aus Toleranzgründen nicht realisiert werden. Die Verwendung einer Hutmutter, in welche die korrespondierende Stellschraube eingeschraubt wird, ist sehr kostenaufwändig, da zur Realisierung einer großen Gewindelänge Sonderanfertigen vonnöten sind. Bei einer solchen Hutmutter ist das zum Außengewinde der Stellschraube korrespondierende Innengewinde als Sackgewinde ausgeführt.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gewindeelement, insbesondere eine Schraube, der eingangs genannten Art sowie eine Verbindungsanordnung wenigstens zweier Bauteile mit zumindest einem solchen Gewindeelement bereitzustellen, so dass das Gewindeelement leicht zu verschrauben ist und die prozesssichere Darstellung einer korrosionsgeschützten und dichtenden Verbindung sowie dauerhaft hoher Verschraubungskräfte ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Gewindeelement, insbesondere eine Schraube, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
-
Um ein Gewindeelement, insbesondere eine Schraube, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art zu schaffen, welche auf einfache Weise, d. h. nur mit geringem Kraft- und/oder Momentenaufwand zu verschrauben ist sowie die prozesssichere Darstellung einer korrosionsgeschützten und dichtenden Verbindung sowie dauerhaft hoher Verschraubungskräfte ermöglicht, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Beschichtung, die als die erste Schicht die Schicht aus der Zink-Nickel-Legierung und als die zweite Schicht die organische Schicht umfasst, als dritte Schicht einen Gleitlack und als vierte Schicht ein Dichtmittel umfasst. Das erfindungsgemäße Gewindeelement mit der vierlagigen Beschichtung ist für eine Vielzahl von Anwendungssituationen verwendbar und ermöglicht es, eine dauerfeste, d. h. korrosionsbeständige und dichte Schraubverbindung zu realisieren.
-
Die einzelnen Schichten der Beschichtung folgen dabei in radialer Richtung des Gewindes des Gewindeelements aufeinander. Dies bedeutet, dass in radialer Richtung von innen nach außen zunächst die erste Schicht vorgesehen ist, auf die die zweite Schicht folgt. Auf die zweite Schicht folgt in radialer Richtung von innen nach außen die dritte Schicht, auf die wiederum die vierte Schicht folgt. Dadurch wird die zweite, organische Schicht beim Verschrauben des Gewindeelements durch die durch den Gleitlack gebildete, dritte Schicht geschützt, so dass die zweite, organische Schicht nicht beschädigt wird und einen sehr guten Korrosionsschutz gewährleistet. Die vierte, durch das Dichtmittel gebildete Schicht gewährleistet eine sehr hohe Dichtheit der mittels des Gewindeelements gebildeten Schraubverbindung, so dass beispielsweise ein Eindringen von Feuchtigkeit in einen Trockenraum, beispielsweise eine Karosserie eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, vermieden werden kann.
-
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Gewindeelement als gewindeformendes Gewindeelement ausgebildet, mittels welchem beim Verschrauben ein zu dem Gewinde des gewindeformenden Gewindeelements korrespondierendes, weiteres Gewinde an einem mit dem Gewindeelement korrespondierenden Bauteil, mit dem das Gewindeelement verschraubt wird, ausbildbar ist. Wie eingangs geschildert, ist insbesondere bei der Verbindung zweier Bauteile mit Hilfe einer gewindeformenden bzw. selbstformenden Schraube die Gefahr von Korrosion besonders hoch. Mittels des Gewindeelements kann die Korrosionsgefahr besonders gering gehalten werden, da die vierte, durch das Dichtmittel gebildete Schicht beim Eindrehen des Gewindeelements in das korrespondierende Bauteil eine Kontaktkorrosion von Gewindegängen besonders weitgehend verhindert.
-
Hierbei kann das Gewindeelement aus einem Stahl gebildet sein, während das korrespondierende Bauteil, in das das Gewindeelement eingeschraubt wird, aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung, hergestellt sein kann. Trotz dieser unterschiedlichen Werkstoffe wird die Korrosionsgefahr gering gehalten. Mit anderen Worten ist es möglich, das aus dem Stahl gebildete, gewindeformende Gewindeelement bei gleicher Geometrie in das aus Aluminium gebildete Bauteil einzuschrauben, wobei ein Austausch des Gewindeelements sowie eine Standardreparatur mit metallischen Inserts (Einsatzteilen) möglich ist, ohne dass es zu einer Korrosion der Schraubverbindung kommt. Hierdurch können Reparaturkosten, die durch Kontaktkorrosion insbesondere an unfall- und betriebsfestigkeitsrelevanten Bauteilen verursacht werden, gering gehalten oder vermieden werden.
-
Das Gewindeelement kann auch vorteilhafterweise als Stellschraube verwendet werden, mittels welcher zwei Bauteile, insbesondere Karosseriebauteile, eines Kraftwagens miteinander verbindbar sind, wobei ein Abstand zwischen den Bauteilen durch Drehen des Gewindeelements bzw. der Stellschraube einstellbar ist. Die Stellschraube kann dabei auch in einem Nassbereich genutzt werden, ohne dass es zu einem Feuchtigkeitseintrag kommt. Die vierlagige Beschichtung gewährleistet dabei eine sehr hohe Dichtheit, so dass beispielsweise keine Feuchtigkeit in einen Trockenraum der Karosserie über die Schraubverbindung eindringen kann. Die Stellschraube ist somit ohne Einschränkungen verwendbar. Durch Verwendung der Stellschraube können auch zusätzliche Maßnahmen zur Darstellung einer dichten Schraubverbindung vermieden werden, was die Kosten besonders gering hält.
-
Zur Erfindung gehört auch eine Verbindungsanordnung wenigstens zweier Bauteile eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, bei welche die Bauteile, welche beispielsweise als Karosseriebauteile ausgebildet sind, mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Gewindeelement miteinander verbunden sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gewindeelements sind als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung anzusehen und umgekehrt. Das Gewindeelement ermöglicht die einfache und somit zeit- und kostengünstige Herstellung der Verbindungsanordnung und ermöglicht prozesssicher die Darstellung der dichten und korrosionsgeschützten Verbindung der Bauteile sowie dauerhaft hoher Verschraubungskräfte, so dass die Bauteile besonders fest miteinander verbunden sind. Hierbei wird insbesondere die Korrosionsgefahr der Bauteile und/oder des Gewindeelements gering gehalten. Ferner wird insbesondere durch das Dichtmittel vermieden, dass über die Schraubverbindung Feuchtigkeit und Wasser aus einem Nassbereich in einen Trockenraum eindringt.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Seitenansicht eines Gewindeelements in Form einer Schraube.
-
Die Fig. zeigt ein Gewindeelement in Form einer Schraube 10, welche beispielsweise zum Verbinden zweier Bauteile eines Kraftwagens miteinander verwendet werden kann. Die Schraube 10 umfasst einen Schaft 12 sowie einen mit dem Schaft 12 einstückig ausgebildeten Schraubenkopf 14. Der Schaft 12 weist eine axiale Erstreckung l1 auf, während der Schraubenkopf 14 eine axiale Erstreckung l2 aufweist. Am Schraubenkopf 14 ist ein Werkzeugangriff 16 in Form eines Innensechskants vorgesehen, über welchen ein Werkzeug mit einem Außensechskant formschlüssig mit der Schraube 10 zusammenwirken kann. Dadurch kann die Schraube 10 in ein korrespondierendes der Bauteile eingeschraubt werden. Der Schraubenkopf 14 weist einen Außendurchmesser d1 auf, wobei die Schraube 10 über den Schraubenkopf 14 an dem zweiten Bauteil, welches zwischen dem ersten Bauteil und dem Schraubenkopf 14 angeordnet ist, abgestützt wird. Alternativ zu dem Innensechskant kann beispielsweise auch ein Innentorx, Aussentorx, Aussensechskant mit jeweiligen zugehörigen Werkzeugangriff verwendet werden.
-
In einem Längenbereich 18 ist am Schaft 12 ein Gewinde in Form eines Außengewindes 20 der Schraube 10 vorgesehen. Das Außengewinde 20 erstreckt sich dabei über eine axiale Erstreckung l3, welche geringer ist als die axiale Erstreckung l1 des Schafts 12. Die Schraube 10 kann dabei über ihr Außengewinde 20 in das korrespondierende, erste Bauteil eingeschraubt werden. Das Außengewinde 20 weist einen Gewindedurchmesser M auf.
-
Zur Realisierung einer leichten Verschraubbarkeit der Schraube 10 mit dem korrespondierenden, ersten Bauteil sowie zur Darstellung einer korrosionsgeschützten und dichten Verbindung sowie dauerhaft hoher Verschraubungskräfte ist das Außengewinde 20 zumindest in einem Längenbereich, d. h. zumindest in einem Teil seiner axialen Erstreckung mit einer Beschichtung versehen, die als erste Schicht eine Schicht aus einer Zink-Nickel-Legierung, als zweite Schicht eine organische Schicht, als dritte Schicht einen Gleitlack und als vierte Schicht ein Dichtmittel umfasst. Von der Beschichtung ist in der Fig. das Dichtmittel veranschaulicht und mit 21 bezeichnet. Nach der vierten Schicht mit dem Dichtmittel wird ggf. eine weitere fünfte Schicht mit einem Schmiermittel zur Erreichung der geforderten Einschraubmomente aufgebracht.
-
Bei der organischen Schicht handelt es sich beispielsweise um einen Lack, welcher durch eine kathodische Tauchlackierung (KTL) aufgebracht oder bzw. bei einer solchen kathodischen Tauchlackierung verwendet wird.
-
Die erste und die zweite Schicht dienen insbesondere dazu, Korrosion, insbesondere Kontaktkorrosion, zu verhindern. Die dritte Schicht verhindert eine Beschädigung der ersten und der zweiten Schicht, wenn die Schraube 10 eingedreht und dadurch mit dem ersten Bauteil verschraubt wird. Das Dichtmittel 21 gewährleistet eine Dichtheit der Schraubverbindung, so dass über die Schraubverbindung keine Feuchtigkeit und kein Wasser hindurchdringen können. Mit anderen Worten verhindert es das Dichtmittel 21, dass Feuchtigkeit und Wasser zwischen der Schraube 10 und den Bauteilen hindurchgelangen kann. Handelt es sich bei den Bauteilen beispielsweise um Karosseriebauteile der Karosserie des Kraftwagens, so kann dadurch verhindert werden, dass Wasser aus einem Nassbereich in einen Trockenraum der Karosserie gelangt.
-
Die Schraube 10 ist vorliegend als gewindeformende Schraube ausgebildet, mittels welcher beim Verschrauben ein zu dem Außengewinde 20 korrespondierendes Innengewinde am ersten Bauteil ausbildbar ist. Dabei weist das Gewinde 20 in einem Endbereich 22 des Schafts 12 einen Einformbereich 24 zum Ausbilden des korrespondierenden Innengewindes auf. An den Einformbereich 24 schließt sich in axialer Richtung ein weiterer Gewindebereich 26 des Außengewindes 20 an.
-
Hierbei ist der Einformbereich 24 frei zumindest von dem Dichtmittel 21. Wie aus der Fig. zu erkennen ist, ist das Dichtmittel 21 in dem Gewindebereich 26, jedoch nicht in dem Einformbereich 24 vorgesehen.
-
Mit anderen Worten ist das Dichtmittel 21 nicht in dem Einformbereich 24 aufgetragen, sondern es ist in dem Gewindebereich 26 vorhanden, der im in das erste Bauteil eingeschraubten Zustand der tragende Gewindeanteil des Außengewindes 20 ist. Dadurch ist eine Materialdickenunabhängigkeit vom Werkstoff des ersten Bauteils, in den das korrespondierende Innengewinde eingeformt wird, vorhanden.
-
Die Schraube 10 ist vorzugsweise aus einem Stahl gebildet, so dass sie eine feste Verbindung der Bauteile miteinander gewährleistet und das Innengewinde sehr gut am korrespondierenden, ersten Bauteil ausformen bzw. in dieses einformen kann.
-
Um das Gewicht der Karosserie gering zu halten, sind die Bauteile aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung, gebildet. Die zumindest im Längenbereich vorgesehene Beschichtung des Außengewindes 20 sorgt dabei für eine besonders geringe Korrosionsgefahr. Mit anderen Worten kann eine Kontaktkorrosion zwischen dem Außengewinde 20 und dem ein Muttergewinde für das Außengewinde 20 darstellenden Innengewinde vermieden werden. Des Weiteren ist eine sehr hohe Dichtheit der Schraubverbindung gewährleistet. Dadurch können die Vorteile der aus Stahl gebildeten, gewindeformenden Schraube 10 mit den Vorteilen der gewichtsgünstigen Bauteile genutzt werden. Hierzu wird die vierlagige Beschichtung auf die blanke, aus Stahl gebildete Schraube 10 beispielsweise bei einem Schraubenlieferanten aufgebracht. Die blanke Schraube 10 wird zunächst mit einer DBL-9440.49-Oberfläche versehen, auf die die erste und die zweite Schicht in Schwarz aufgebracht werden. Dabei folgt in radialer Richtung von innen nach außen die zweite Schicht auf die erste Schicht. Auf die Duplex-Beschichtung wird dann ein Schmiermittel aufgebracht, so dass die dritte Schicht in radialer Richtung von innen nach außen auf die zweite Schicht folgt. Auf diese Weise entsteht eine Beschichtung aus einer Zink-Nickel-Duplex-Schicht, einer Deckschicht und integriertem Schmiermittel. Anschließend wird als die auf die dritte Schicht folgende, vierte Schicht das Dichtmittel 21, beispielsweise Precode 5, aufgebracht, so dass die vom Automobilhersteller spezifizierten Korrosionsanforderungen erfüllt werden können. Auf diese Weise kann beispielsweise die Dichtheit der Karosserie gewährleistet werden. Anschließend kann (als fünfte Schicht) zusätzlich eine Schmierung, beispielsweise DF708 oder DF921, aufgetragen werden, um die geforderten Einformmomente erreichen zu können.
-
Weiterhin ist bei dieser Verbindung der Bauteile ein Austausch der Schraube 10 sowie eine Standardreparatur mit metallischen Einsatzteilen (Inserts) möglich. So können Reparaturkosten durch Korrosion an unfall- und betriebsfestigkeitsrelevanten Bauteilen verhindert bzw. vermieden werden.
-
Die Schraube 10 kann auch als Stellschraube in einem Nassbereich verwendet werden. Mittels einer solchen Stellschraube ist ein Abstand der Bauteile zueinander durch Drehen der Stellschraube einstellbar. Über das Außengewinde 20 und das korrespondierende Innengewinde werden Drehbewegungen der Schraube 10 in translatorische Bewegungen der Schraube 10 umgewandelt. Die translatorischen Bewegungen der Schraube 10 kann dann dazu genutzt werden, den Abstand einzustellen.
-
Da insbesondere das Dichtmittel 21 eine sehr hohe Dichtheit gewährleistet, kann kein Wasser vom Nassbereich in einen Trockenraum der Karosserie gelangen.
