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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Schraube zum Direktverschrauben mehrerer Bauteile nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Bauteileverbund aus wenigstens zwei durch eine Schraube miteinander verbundene Bauteile sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Bauteileverbunds.
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Eine Schraube nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE 103 48 427 A1 bekannt. Die bekannte Schraube dient dazu, ohne Ausbildung eines Vorlochs zwei Bauteile miteinander zu verbinden. Nachteilig bei der bekannten Schraube ist es, dass die dem Schraubenkopf abgewandte Unterseite der Schraube infolge ihrer Funktion zum Ausbilden des fleißlochgeformten Bereichs relativ spitz ausgebildet ist. Dieser Bereich ragt nach dem Ausbilden des Bauteileverbunds aus den Bauteilen auf der dem Schraubenkopf abgewandten Seite heraus, ohne dass der Spitze der Schraube nach dem Ausbilden des Bauteileverbunds noch eine Funktion zukommt. Dadurch baut der Bauteileverbund im Bereich der Schraube in der Dicke relativ hoch. Darüber hinaus besteht eine Verletzungsgefahr für Personen, die in unbeabsichtigtem Kontakt mit dem aus dem Bauteileverbund herausragenden, spitzen Bereich der Schraube gelangen. Daher ist es üblich, derartige Schrauben so anzuordnen, dass die aus dem Bauteileverbund herausragende Unterseite der Schraube im Bereich einer üblicherweise nicht zugänglichen Innenseite einer Konstruktion bzw. im Bereich eines Hohlraums angeordnet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schraube zum Direktverschrauben mehrerer Bauteile nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass die o.g. Nachteile bzw. konstruktiven Einschränkungen vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird bei einer Schraube zum Direktverschrauben mehrerer Bauteile mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Schraube aus zwei in Richtung der Längsachse der Schraube aneinander anschließenden separaten Teilelementen besteht, die miteinander lösbar verbunden sind. Eine derartige Ausbildung der Schraube ermöglicht es, nach Ausbilden des Bauteilverbunds die beiden Teilelemente der Schraube voneinander zu trennen, derart, dass ein ansonsten aus der Unterseite (d.h. auf der einem Schraubenkopf abgewandten Seite) des Bauteilverbunds herausragender Abschnitt bzw. Bereich der Schraube, der nach Ausbilden des Bauteileverbunds ohne Funktion ist, von der Schraube entfernt wird, so dass zum einen die Höhe des Bauteileverbunds im Bereich der Schraube reduziert ist, und zum anderen für Personen die Verletzungsgefahr reduziert ist.
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Beim Direktverschrauben wird der Verbindungsbereich der beiden Bauteile auf eine Temperatur erwärmt, die ein Verformen des Materials der beiden Bauteile durch die Schraube ermöglicht. Die Schraube weist einen ersten Abschnitt zur Ausbildung eines fließlochgeformten Bereichs an den beiden Bauteilen auf, an den sich in Richtung eines Schraubenkopfs der Schraube ein zweiter Abschnitt mit einem selbstschneidenden Gewindegang anschließt. Beim Verbinden der beiden Bauteile mittels der Schraube gräbt sich der erste Abschnitt der Schraube in das Material der beiden Bauteile ein und bildet eine Öffnung aus, die im weiteren Verlauf durch den zweiten Abschnitt der Schraube mit einem Gewinde versehen wird, wobei das Gewinde in den Bauteilen eine form- und/oder eine kraftschlüssige Verbindung der beiden Bauteile mittels der Schraube ermöglicht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schraube zum Direktverschrauben mehrerer Bauteile sind in den Unteransprüchen angeführt.
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Während es zum Trennen der beiden Teilelemente der Schraube nach dem Ausbilden des Bauteileverbunds erforderlich ist, dass die beiden Teilelemente in Bezug auf die Längsachse der Schraube miteinander lösbar verbunden sind, ist es zur Ausbildung des fließlochgeformten Bereichs an wenigstens einem der Bauteile erforderlich, dass über die Schraube ein so großes Drehmoment übertragen werden kann, dass das Material des wenigstens einen Bauteils zur Ausbildung des Lochs verdrängt werden kann. Zur Übertragung eines derartigen Drehmoments ist es daher vorgesehen, dass die beiden Teilelemente in Bezug zur Längsachse der Schraube drehfest miteinander verbunden bzw. zueinander angeordnet sind.
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Grundsätzlich kommen zur Ausbildung einer derartigen, in Längsrichtung besonders einfach zu lösenden und in Drehrichtung drehfest ausgebildeten Verbindung der beiden Teilelemente jegliche Art von Formschlussverbindungen in Frage. Derartige Formschlussverbindungen können insbesondere an sich bekannte Formschlussgeometrien wie Torx- oder Imbusgeometrien aufweisen.
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Je nachdem, in welchem Bereich der Schraube sich die Trennebene zwischen den beiden Teilelementen befindet, kann es erforderlich sein, dass die beiden Abschnitte bzw. Teilelemente der Schraube in einer genau definierten Winkelposition zueinander angeordnet werden müssen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Trennebene im Bereich des Gewindegangs bzw. des Gewindeabschnitts der Schraube liegt. Für einen derartigen Fall ist es daher vorgesehen, dass zwischen den beiden Teilelementen eine Formschlussverbindung ausgebildet ist, die die beiden Teilelemente in lediglich einer einzigen Drehwinkelposition zueinander verbindet. Eine derartige Formschlussverbindung kann beispielsweise durch eine unsymmetrische Ausbildung der Formschlussgeometrie erzielt werden.
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Um das Handling der Schraube zum Ausbilden des Bauteileverbunds zu erleichtern, ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn zwischen den beiden Teilelementen in Längsrichtung eine Klemmschlussverbindung oder eine magnetische Verbindung ausgebildet ist. In beiden Fällen bleiben die beiden Teilelemente der Schraube zumindest solange miteinander in Längsrichtung verbunden, bis ein Teilelement durch eine äußere mechanische Kraft mittels eines geeigneten Werkzeugs, oder z.B. durch Erwärmen zum Auflösen der Klemmschlussverbindung, von dem anderen Teilelement getrennt wird.
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Besonders bevorzugt ist es darüber hinaus, wenn das dem Schraubenkopf abgewandete Teilelement der Schraube mit einen Fortsatz in eine Aufnahme des mit dem Schraubenkopf einstückig verbundenen Teilelements hineinragt.
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Eine derartige konstruktive Ausgestaltung hat insbesondere den Vorteil, dass nach Abnahme des von dem Schraubenkopf abgewandten Teilelements (bei entsprechenden Längen der Teilelemente) kein Überstand der Schraube aus dem Bauteileverbund herausragt.
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Ganz besonders bevorzugt ist darüber hinaus, die Trennebene an der Schraube derart zu positionieren, dass das eine Teilelement der Schraube den ersten Abschnitt, d.h. eine erste Funktionalität, und das zweite Teilelement den zweiten Abschnitt, d.h. eine zweite Funktionalität ausbildet. Eine derartige Ausbildung der Schraube ermöglicht es insbesondere, jedes der beiden Teilelemente bzw. jeden der beiden Abschnitte hinsichtlich ihrer Funktionalität zu optimieren. Insbesondere ist es dann auch z.B. möglich, das zum Ausbilden des fließlochgeformten Bereichs in dem Bauteil dienende Teilelement beispielsweise aus einem besonders harten Material auszubilden und/oder die Schraube derart auszubilden, dass das letztgenannte Teilelement als Wechselteil mit unterschiedlichen Schrauben(köpfen) verwendet werden kann. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass lediglich ein einziges Teilelement zum Ausbilden des fließlochgeformten Bereichs erforderlich ist, das zum Ausbilden des Bauteileverbunds jeweils mit einem Schraubenelement zusammenwirkt, welches lediglich den Schraubenkopf und den Abschnitt zur Ausbildung des Gewindeabschnitts aufweist. Eine derartige Ausbildung bildet daher eine Art Baukasten aus, bei der das zur Ausbildung des fließlochgeformten Bereichs an den Bauteilen verwendete eine Teilelement stets wiederverwendet werden kann.
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In ähnlicher Art und Weise kann die Funktionalität der beiden Teilelemente dadurch optimiert werden, dass die beiden Teilelemente aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
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Die Erfindung umfasst auch einen Bauteileverbund, bestehend aus wenigstens zwei, insbesondere durch eine erfindungsgemäße Schraube miteinander verbundene Bauteilen. Erfindungsgemäß zeichnet sich ein derartiger Bauteileverbund nach dessen Ausbildung dadurch aus, dass nach dem Entfernen des einen Teilelements der Schraube die einem Schraubenkopf der Schraube abgewandte Unterseite der Schraube zumindest im Wesentlichen bündig mit dem Bauteileverbund abschließt bzw. der Bauteileverbund an seiner Unterseite durch das mit dem Schraubenkopf einstückig verbundene Teilelement gebildet ist. Dadurch ist es möglich, dass das Material der Schraube zumindest im Wesentlichen nicht über das untere Bauteil hinausragt.
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Zur Vereinfachung der Ausbildung des Bauteileverbunds kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass das der Schraube zugewandte Bauteil mit einem Vorloch für die Schraube ausgestattet ist. Dies verhindert insbesondere Spalte zwischen den beiden Bauteilen beim Ausbilden des fließlochgeformten Bereichs bzw. ermöglicht eine Anlage der beiden Bauteile an den einander zugewandten Flächen.
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Zuletzt umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines soweit beschriebenen Bauteileverbunds, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte aufweist: In einem ersten Schritt wird ein fließlochgeformter Bereich an wenigstens einem der Bauteile durch eine ein Gewinde aufweisenden Abschnitt einer Schraube ausgebildet. Anschließend erfolgt das Abtrennen eines Teilelements der Schraube auf der einem Schraubenkopf der Schraube abgewandten Seite von der Schraube.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
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1 eine Schraube zum Direktverbinden mehrerer Bauteile in einer Seitenansicht,
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2 und 3 jeweils einen Längsschnitt durch eine Schraube gemäß 1 sowie bei einer abgewandelten Ausführungsform der Schraube,
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4 bis 6 jeweils unterschiedliche Querschnitte einer Formschlussverbindung zwischen den beiden Teilelementen einer Schraube gemäß der 1,
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7 bis 9 das Herstellen eines Bauteileverbunds mittels einer Schraube während verschiedener Phasen, jeweils in Längsschnitt und
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10 einen Längsschnitt durch einen gegenüber 9 modifizierten Bauteileverbund.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In den 1 und 2 ist eine Schraube 10 zum Direktverschrauben mehrerer, insbesondere zwei, in den 7 bis 10 erkennbarer Bauteile 1, 2 dargestellt. Die Bauteile 1, 2 bestehen insbesondere, und nicht einschränkend, aus Metall. Dabei können sowohl artgleiche Metalle als auch artungleiche Metalle zur Anwendung kommen. Die Schraube 10 besteht aus zwei miteinander lösbar verbundenen Teilelementen 11, 12. Die beiden Teilelemente 11, 12 sind in Bezug zu einer Längsachse 13 der Schraube 10 hintereinander angeordnet. Das erste Teilelement 11 der Schraube 10 bildet einen ersten Abschnitt 21 aus, der dazu ausgebildet ist, in wenigstens einem der Bauteile 1, 2 zumindest einen fließlochgeformten Bereich auszubilden. Auf der dem zweiten Teilelement 12 zugewandten Seite weist das erste Teilelement 11 darüber hinaus einen Teil eines zweiten Abschnitts 22 auf, der dazu ausgebildet ist, in den beiden Bauteilen 1, 2 einen Gewindegang einzuformen. Der zweite Abschnitt 22 ist somit in der Art eines Gewindegangs ausgebildet, insbesondere in Form eines sogenannten selbstfurchenden bzw. selbstschneidenden Gewindegangs. Die dem zweiten Teilelement 12 abgewandte Unterseite des ersten Teilelements 11 ist in Form einer Spitze 14 ausgebildet.
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Ergänzend wird erwähnt, dass der erste Teilabschnitt 11, neben dem ersten Abschnitt 21 und ggf. dem zweiten Teilabschnitt 22, insbesondere zwischen den beiden Abschnitten 21, 22 in einem in etwa zylindrischen Bereich 17 der Schraube 10, einen sogenannten Kalibrierabschnitt aufweisen kann.
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Das zweite Teilelement 12 weist neben dem zweiten Abschnitt 22 in Form des Gewindegangs mit vorgelagerter Gewindeformzone, welcher sich unmittelbar an dem zweiten Abschnitt 22 des ersten Teilelements 11 anschließt, einen Schraubenkopf 15 mit einer nicht dargestellten Werkzeuggeometrie auf. Der Schraubenkopf 15 kann auf der dem zweiten Abschnitt 22 zugewandten Unterseite mit einer radial umlaufenden Aussparung 16 ausgestattet sein. Der Schraubenkopf 15 ist dazu ausgebildet, mit einem nicht dargestellten Werkzeug zusammenzuwirken, über den auf die Schraube 10 sowohl eine in Richtung der Längsachse 13 wirkende Axialkraft F als auch ein Drehmoment Md übertragbar ist.
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Die beiden Teilelemente 11, 12 sind im Bereich einer senkrecht zur Längsachse 13 verlaufenden Trennebene 25 miteinander in Axialrichtung lösbar verbunden. Wie insbesondere anhand der Darstellung der 2 erkennbar ist, weist hierzu das zweite Teilelement 12 auf der dem ersten Teilelement 11 zugewandten Stirnseite eine Ausnehmung 26 auf, in die ein stiftförmiger Fortsatz 27 des ersten Teilelements 11 hineinragt.
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In den 4 bis 6 sind unterschiedliche Querschnitte des zweiten Teilelements 11 im Bereich der Ausnehmung 26 dargestellt. Bei der Ausführungsform gemäß der 4 ist die Ausnehmung 26 mit einem Querschnitt in Form eines Imbusses 29 ausgestattet. Demgegenüber ist die Ausnehmung 26 bei der 5 in Form einer sternförmigen Kontur 31 ausgebildet. In der 6 ist der Fall dargestellt, bei der die Ausnehmung 26 eine in Bezug zur Längsachse 13 unsymmetrische Kontur 32 aufweist. Eine derartige Kontur 32 bewirkt, dass die beiden Teilelemente 11, 12 lediglich in einer einzigen Drehwinkelposition zueinander positioniert bzw. miteinander verbunden werden können.
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Bevorzugt ist es vorgesehen, dass zwischen den beiden Teilelementen 11, 12 entweder eine Klemmschlussverbindung oder aber eine magnetische Verbindung ausgebildet ist, die die beiden Teilelemente 11, 12 in Axialrichtung miteinander verbindet. Das Auflösen der Verbindung zwischen den beiden Teilelementen 11, 12 erfolgt entweder durch einfaches Herausziehen mittels eines nicht dargestellten Werkzeugs in Axialrichtung oder aber beispielsweise durch eine Erwärmung der Bauteile, um die Klemmschlussverbindung aufzulösen. Darüber hinaus ist es denkbar, dass die beiden Teilelemente 11, 12 der Schraube 10 aus unterschiedlichen Materialien bestehen, um die beiden Teilelemente 11, 12 in ihrer jeweiligen Aufgabe (Ausbildung eins fließlochgeformten Bereichs an wenigstens einem der Bauteile 1, 2 bzw. Ausbilden eines Gewindes an den Bauteilen 1, 2) zu optimieren.
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Die in der 3 dargestellte Schraube 10a unterscheidet sich von der Schraube 10 dadurch, dass die Trennebene 25a in einem Bereich angeordnet ist, in der das erste Teilelement 11 lediglich den ersten Abschnitt 21 zur Ausbildung des fließlochgeformten Bereichs (sowie ggf. den Kalibrierabschnitt) aufweist.
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In den 7 bis 9 ist die Herstellung eines Bauteileverbunds 100, bestehend aus zwei, insbesondere im Bereich der Schraube 10a plattenförmigen Bauteilen 1, 2 und der Schraube 10a dargestellt. Insbesondere ist erkennbar, dass das dem Schraubenkopf 15 zugewandte obere Bauteil 2 mit einem Vorloch 3 ausgebildet ist, dessen Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser der beiden Abschnitte 21, 22. In der 7 ist der Zustand des Bauteileverbunds 100 dargestellt, bei dem mittels des ersten Abschnitts 21 der Schraube 10a in dem unteren Bauteil 1 bereits ein fließlochgeformter Bereich ausgebildet ist, wobei der zweite Abschnitt 22 des zweiten Teilelements 12 gerade in den fließlochgeformten Bereich eintaucht bzw. mit diesem zusammenwirkt. Je nach Material bzw. Härte des Schraube 10a und des unteren Bauteils 1 kann es erforderlich bzw. vorteilhaft sein, das untere Bauteil 1 zu erwärmen, wie dies aus dem Stand der Technik an sich bekannt ist. In der 8 ist der Zustand dargestellt, bei dem die Schraube 10a in Bezug zu den beiden Bauteilen 1, 2 ihre axiale Endposition erreicht hat. Insbesondere ist erkennbar, dass der zweite Abschnitt 22 bzw. das zweite Teileelement 12 der Schraube 10a in etwa bündig mit der Unterseite 5 des unteren Bauteils 1 bzw. des fließlochgeformten Bereichs abschließt bzw. lediglich geringfügig aus diesem herausragt. Ferner erkennt man, dass nach Ausbilden der Verbindung das erste Teilelement 11 bereits teilweise aus der Ausnehmung 26 herausgenommen worden ist. In der 9 ist der Endzustand des Bauteileverbunds 100 dargestellt. Insbesondere erkennt man, dass an der Unterseite der Schraube 10a auf der dem Schraubenkopf 15 abgewandten Seite die Ausnehmung 26 angeordnet ist, während das erste Teilelement 11 nicht mehr mit der Schraube 10a verbunden ist.
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In der 10 ist ein Bauteileverbund 100a dargestellt, bei dem das dem Schraubenkopf 15 zugewandte obere Bauteil 2 ohne ein Vorloch 5 ausgebildet ist. In diesem Falle dient die Schraube 10a dazu, in beiden Bauteilen 1, 2 einen fließlochgeformten Bereich auszubilden.
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Die soweit beschriebene Schraube 10, 10a kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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