DE102016223607A1

DE102016223607A1 - Schraube

Info

Publication number: DE102016223607A1
Application number: DE102016223607.5A
Authority: DE
Inventors: Dieter Scheer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2018-05-30

Abstract

Es ist bekannt, Schrauben zum Verschrauben von Metall- und Kunststoffteilen vorzusehen, die ein selbstfurchendes bzw. selbstschneidendes Gewinde aufweisen. In Schraubautomaten wird mittels einer Unterkopfverzahnung ein sicheres Anziehen gewährleistet, welche jedoch zu einem unerwünschten Abrieb, insbesondere in Form von ein oder mehreren Spänen, führt. Der Abrieb bzw. die Späne können sich vom zu verschraubenden Bauteil lösen oder von der Schraubverbindung abstehen, so dass eine Gefahrenquelle vorliegt.Zur Verbesserung wird eine Schraube (1) vorgeschlagen, mit einem Gewindestift (2) und einem Schraubenkopf (3), dessen Unterkopfseite (4) mit einer Unterkopfverzahnung (15) versehen ist, die beim Anziehen unter Auflage des Schraubenkopfes (3) an einer Auflagefläche (10) einer Schraubunterlage (11) zur Erzeugung eines zusätzlichen Reibmoments Material aus dieser verdrängt bzw. ablöst. Erfindungsgemäß ist die Unterkopfverzahnung (15) nun so ausgebildet, dass das verdrängte bzw. abgelöste Material nach innen in Richtung Gewindestift (2) abtransportierbar ist.Die Erfindung ist für Schraubverbindungen insbesondere von Metallen und Kunststoffen vorgesehen.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schraube. Es ist bekannt, Schrauben zum Verschrauben von Metall- und Kunststoffteilen vorzusehen, die ein selbstfurchendes bzw. selbstschneidendes Gewinde aufweisen. In Schraubautomaten entsteht beim vorgesehenen Anziehen der Schraube durch eine Unterkopfverzahnung an der Kontaktstelle zwischen Schraubenkopf der Schraube und Schraubunterlage ein Abrieb, inbesondere in Form von ein oder mehreren Spänen. Dieser Abrieb bzw. die Späne können sich dabei vom zu verschraubenden Bauteil ablösen oder von der Schraubverbindung abstehen, wodurch sich eine Gefahrenquelle für den weiteren Transport des Bauteils ergibt. Insbesondere können Späne austreten, die für das spätere manuelle Handling, wie bei einer Qualitätskontrolle und Verpackung, gefährlich sein können, so dass es schlimmstenfalls zu Körperschäden kommen kann.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Schraube nach Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass sich der beim Verschrauben entstehende Abrieb bzw. ein nach außen gehender Materialabtrag in Form von Partikeln und Abspanungen zwischen Schraubenkopf und Schraubunterlage deutlich reduzieren lässt bzw. für das spätere Handling weitestgehend entfernt ist, wodurch sich ein verbesserter Schutz bei einem weiteren manuellen Umgang ergibt.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
Ein sicherer Abtransport des Materials bzw. der Späne wird durch eine Unterkopfverzahnung erreicht, die aus mehreren am Umfang verteilten Schneidkörpern aufgebaut ist, die jeweils gegenüber einer radialen Ausrichtung um einen Winkel α gedreht ausgerichtet sind.
Als vorteilhaft hat sich dabei herausgestellt, für den Winkel α einen Bereich von etwa 1 Grad bis 45 Grad vorzusehen.
Eine vorteilhafte Ausführung ist gegeben, wenn die Schneidkörper am Umfang der Unterkopfseite gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Des Weiteren ist eine vorteilhafte Ausführung gegeben, wenn die Schneidkörper pyramidenstumpfartig ausgebildet sind.
Besonders günstig ist es, wenn die pyramidenstumpfartige Schneidkörper eine viereckige - insbsondere näherungsweise rautenfömige - Grundfläche aufweisen, deren nach innen verlaufende, an Schneidflächen angeordnete Seitenlinien, um den Winkel α gegenüber der Radialrichtung verdreht sind.
Dabei können die Schneidkörper bezüglich der Unterkopfseite radiale, schräge Flächen aufweisen, wobei die radial nach innen gerichtete schräge Flächen flacher ausgebildet sind, als die radial nach außen geneigten schrägen Flächen.
Besonders vorteilhaft ist es, zusätzlich zur Unterkopfverzahnung in der Unterkopfseite des Schraubenkopfes noch eine ringförmige Ausnehmung zwischen Unterkopfverzahnung und Gewindestift einzubringen, welche dazu dient, das beim Eindrehvorgang entstehende überflüssige Material bzw. die Späne aufzunehmen.
Die Erfindung eignet sich besonders für Schrauben mit einem Gewindestift und mit einem Gewinde, welches gewindefurchend bzw. selbstschneidend ausgebildet ist.
Figurenliste
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert und anhand der Zeichnung weiter verdeutlicht.
Es zeigen:

1 ein Diagramm eines Drehmomentenverlaufs bzw. einer Vorspannkraft einer Schraube beim Anschraubvorgang aufgetragen über die Zeit und
2 eine Schraube mit erfindungsgemäß gestalteter Unterkopfverzahnung.

Ausführungsform der Erfindung
Allgemein ist es beim Verschrauben bzw. dem Zusammenschrauben von Produkten in Schraubautomaten notwendig, ein sicheres Anzeichen zu identifizieren, dass sich eine in 2 dargestellte Schraube 1 auf einer in 2 nur angedeutet gezeigten Auflagefläche 10 auf einer Schraubunterlage 11 bereits befindet und sich beim anschließenden Weiterdrehen bzw. Weiteranziehen eine ausreichende axiale Vorspannung in der Schraubverbindung ausbildet. Diese ist notwendig, um einen sicheren Zusammenhalt der Schraubverbindung gewährleisten zu können. Die Schraube 1 weist in bekannter Art und Weise einen Schraubenkopf 3 und einen Gewindestift 2 mit Gewinde 6 auf.
In dem Diagramm nach 1 ist der Verlauf der Vorspannkraft Fv sowie der Momentenverlauf beim Anziehvorgang der Schraubverbindung über die Zeit dargestellt. Um ein sicheres Anziehen der Schraube 1 im Schraubautomat zu bewerkstelligen, muss hierfür ein genügend großer Abstand zwischen einem sogenannten Eindrehmoment M_E und einem Überdrehmoment M_Ü oberhalb eines maximalen Anziehmoments M_A gegeben sein. Bei selbstfurchenden bzw. selbstgewindeschneidenden Schrauben 1 kann dies aber ohne weitere Maßnahmen an der Kontaktfläche bzw. an der Auflagefläche 10 der Schraubunterlage 11 zu Problemen führen, da dieses Schraubfenster überdeckend sein kann. Zur Problemlösung wird dann zum Beispiel an einer Unterkopfseite 4 des Schraubenkopfes 3, welche den Kontaktpartner zur Auflagefläche 10 der Schraubunterlage 11 darstellt, eine Verzahnung 15 bzw. eine Geometrie eingesetzt, die beim Anziehen der Schraube 1 durch ein zusätzliches Abbremsen des auf der Schraubunterlage 11 aufliegenden Schraubenkopfes 3 ein zusätzliches Reibbremsmoment erzeugt und so einen signifikanten Unterschied zwischen Eindrehmoment M_E und Überdrehmoment M_Ü bildet. Durch diese Entzerrung der Werte ist nun ein verlässliches Kriterium für ein sicheres Verschrauben im Schraubautomaten generierbar, wie der Verlauf des Drehmoments im Diagramm bzw. der Verlauf der Vorspannkraft Fv nach 1 zeigt.
Dieses zusätzliche Reibbremsmoment wird erreicht, indem man unter dem Schraubenkopf 3 an seiner Unterkopfseite 4 eine sogenannte Unterkopfverzahnung 15 vorsieht. Die Unterkopfseite 4 stellt eine Anlagefläche zur Auflagefläche 10 der Schraubunterlage 11 eines zu verschraubenden Bauteils dar. Es hat sich gezeigt, dass mittels der Unterkopfverzahnung 15 durch das beim Festschrauben stattfindende Eindringen und Verdrängen von Material aus der Schraubunterlage 11 sich das Reibbremsmoment am effektivsten gestalten lässt. Als Nebeneffekt ist bisher jedoch in Kauf zu nehmen, dass das von der Unterkopfverzahnung 15 durchpflügte bzw. verdrängte Material, insbesondere in Form von Spänen, aus dem Auflagebauteil bzw. der Schraubunterlage 11 sich ablöst und den Schraubverbund verlässt. Alternativ kann es vorkommen, dass das durchpflügte bzw. verdrängte Material noch am Auflagebauteil bzw. der Schraubunterlage 11 anhaftend verbleibt und von der Schraubverbindung absteht, so dass eine Verletzungsgefahr für das spätere Handling des verschraubten Bauteils gegeben ist.
Zur Verbesserung ist erfindungsgemäß nun vorgesehen, die Unterkopfverzahnung 15 der Schraube 1 so auszubilden, dass das von der Unterkopfverzahnung 15 durchpflügte bzw. verdrängte Material aus dem Auflagebauteil bzw. der Schraubunterlage 11 nicht radial nach außen, sondern zu einer zentralen Schraubenachse 25 der Schraube 1 hin, nach innen abtransportiert wird. Damit kann ein Austritt entstehender Späne oder abstehendes Material nahezu unterbunden oder sogar vollständig eliminiert werden. Die Unterkopfverzahnung 15 weist an der Unterkopfseite 4 hierzu mehrere Schneidkörper 20, beispielsweise Acht Schneidkörper 20 auf, die am Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet sind und von einer Mantelfläche 5 des Schraubenkopfes 3 sich radial nach innen zur Schraubenachse 25 hin teilweise erstrecken und gemeinsam einen Außenring an der Unterkopfseite 4 bilden. Des Weiteren ist in der Unterkopfseite 4 ausgehend von den Schneidkörpern 20 weiter radial nach innen zur Schraubenachse 25 hin eine ringförmige Ausnehmung 26 ausgenommen, die bis zu dem Gewindestift 2 mit dem Gewinde 6 führt bzw. diesen ringförmig am Umfang umgibt.
Es erfolgt der Abtransport des von der Unterkopfverzahnung 15 durchpflügten bzw. verdrängten Materials aus dem Auflagebauteil bzw. aus der Schraubunterlage 11 radial nach innen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Schneidkörper 20 jeweils gegenüber einer radialen Ausrichtung verdreht angeordnet sind, so dass sich eine sekantenförmige Ausrichtung ergibt. Ein vorgesehener Drehwinkel α der Schneidkörper 20 zur radialen Ausrichtung soll dabei etwa in einem Bereich von 1 Grad bis 45 Grad liegen. Die beispielsweise pyramidenstumpfartig ausgebildeten Schneidkörper 20 weisen zwei Schneid-Seitenkanten 21, 22 und eine rampenförmige Fläche 23 auf, welche alle insgesamt so gedreht ausgerichtet sind, dass die entsprechend kontaktierende Seitenkante zu einer resultierenden Schneid-Schabrichtung in die Schraube 1 hinein führt, wie in 2 exemplarisch durch einen Pfeil 30 gekennzeichnet ist. Bei einem Einschraubvorgang mit Schneidbewegung in Einschraubdrehrichtung 31 wird dann das durchpflügte Material nach innen transportiert und es gelangt in die mittige Ausnehmung 26 der Unterkopfseite 4. Durch den modifizierten Drehwinkel α werden die Späne nach innen geschoben und auch abgelöste Teile radial nach innen befördert. Damit kann beim Einschraubvorgang ein Austritt von Material, insbesondere in Form von Spänen oder auch in Form abstehenden Materials, wirksam verhindert werden. Denkbar sind neben der dargestellten Geometrie der Schneidkörper 20 auch andersartig gestaltete Geometrien, mit Schneidkanten, die jeweils so orientiert bzw. eingedreht sind, dass es beim Einschraubvorgang zu einem Materialabtransport zum Schraubeninneren hin kommt.
Die Erfindung ist für Schraubverbindungen insbesondere von Metallen und Kunststoffen vorgesehen. Der Einsatzbereich ist für alle Schraubverbindungen möglich, bei denen ein hohes Überdrehmoment gefordert ist.

Claims

Schraube, mit einem Gewindestift und mit einem Schraubenkopf, dessen Unterkopfseite mit einer Unterkopfverzahnung versehen ist, die beim Anziehen unter Auflage des Schraubenkopfes an einer Auflagefläche einer Schraubunterlage zur Erzeugung eines zusätzlichen Reibmoments Material aus dieser verdrängt bzw. ablöst, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterkopfverzahnung (15) so ausgebildet ist, dass das verdrängte bzw. abgelöste Material nach innen in Richtung Gewindestift (2) abtransportierbar ist.
Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterkopfverzahnung (15) aus mehreren am Umfang verteilten Schneidkörpern (20) aufgebaut ist, die jeweils gegenüber einer radialen Ausrichtung um einen Winkel α gedreht ausgerichtet sind.
Schraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α in einem Bereich von etwa 1° bis 45° - insbesondere zwischen 10° und 30° - liegt.
Schraube nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkörper (20) am Umfang der Unterkopfseite (4) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Schraube nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkörper (20) pyramidenstumpfartig ausgebildet sind.
Schraube nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die pyramidenstumpfartige Schneidkörper (20) eine viereckige - insbsondere näherungsweise rautenfömige - Grundfläche aufweisen, deren nach innen verlaufende, an Schneidflächen angeordnete Seitenlinien, um den Winkel α gegenüber der Radialrichtung verdreht sind.
Schraube Schraube nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkörper (20) bezüglich der Unterkopfseite radiale, schräge Flächen aufweisen, wobei die radial nach innen gerichtete schräge Flächen (23) flacher ausgebildet sind, als die radial nach außen geneigten schrägen Flächen.
Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Unterkopfseite (4) des Schraubenkopfes (3) eine ringförmige Ausnehmung (26) radial zwischen der Unterkopfverzahnung (15) und dem Gewindestift (2) eingebracht ist.
Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gewinde (6) des Gewindestifts (2) gewindefurchend bzw. selbstschneidend ausgebildet ist.