DE102017104384B4

DE102017104384B4 - Bauteil mit schraubdom und verfahren zum verbinden eines bauteils

Info

Publication number: DE102017104384B4
Application number: DE102017104384.5A
Authority: DE
Inventors: Leonard Dobos; Johann Petermaier
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2037-03-03
Also published as: WO2018157894A1; CN110730872B; DE102017104384A1; WO2018157894A9; CN110730872A

Abstract

Bauteil (1) mit einem Schraubdom (2) zur Aufnahme einer Schraube (3),wobei der Schraubdom (2)einstückig Teil des Bauteils (1) ist, undeinen von einer Wandung (4) umgebenen Hohlraum (5) aufweist, der zur Einführseite (6) der Schraube (3) geöffnet ist,dadurch gekennzeichnet, dassder Schraubdom (2) zumindest zwei Versteifungen (7) aufweist, die von der Wandung (4) abstehen und zwischen denen eine partielle Schwächung (8) der Wandung (4) vorliegt,wobei der Schraubdom (2) rotationssymmetrisch ist,wobei zumindest ein Teil der Versteifungen (7) durch eine zweite Wandung (11) des Schraubdoms (2) miteinander verbunden sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil mit Schraubdom, eine Schraubverbindung und ein Verfahren zum Verbinden eines Bauteils mit einem weiteren Bauteil mittels einer Schraube, wobei das Bauteil mit einem Kompaktspritzgussverfahren hergestellt ist. Das Bauteil kann insbesondere für Interieur-Ausstattungsteile im Automobilbau verwendet werden.
Stand der Technik
Kunststoffe werden insbesondere wegen ihrer hohen Festigkeit und einem geringen Eigengewicht in vielen Anwendungsbereichen wie beispielsweise der Automobilindustrie, insbesondere für Interieurteile wie Instrumententafel, Mittelkonsole und Türverkleidung, benutzt. Zur lösbaren Verbindung von Kunststoffbauteilen werden Schraubverbindungen eingesetzt, an die besondere Anforderungen bezüglich der Wiederverschraubbarkeit gestellt werden. Die im Kompaktspritzguss verwendeten Schrauben sind gewindefurchend, haben also scharfe Kanten an den Gewindegängen, so dass sie sich beim Einschrauben in den Kompaktspritzguss eingraben können und dort ein Gewinde furchen.
Diese Schrauben werden gewindeselbstformende bzw. gewindefurchende Schrauben genannt, die unter dem Begriff „Holzschrauben“ subsumierbar sind. Sie bestehen im Wesentlichen aus einem Kopf und einem Schraubenkern, der als langgestreckter Konus oder Kegel ausgebildet ist und an der Schraubenspitze mehr oder weniger spitz zuläuft. Der Schraubenkern ist von einer schraubenförmig umlaufenden Gewindegang (Schneidflanke) umgeben, die radial von dem Gewindegrund absteht, der mit einem mehr oder weniger scharfen Knick in die beiden Flanken des Schneidgewindes übergeht. Die Flanken sind ihrerseits mit einer konstanten Steigung vom Gewindegrund bis zur Flankenspitze versehen, so dass sich ein zwischen den beiden Flankenlinien liegender konstanter Flankenwinkel ergibt.
Zudem hat der Wettbewerb in der Automobilindustrie in Richtung Leichtbau zu einer immer breiter werdenden Anwendungspalette für Kunststoffe geführt, wobei zunehmend auch das physikalische Schäumen oder chemische Schäumen, also das Ersetzen von Kunststoffmaterial durch Luft (Stickstoff, CO2), eingesetzt wird. Beim physikalischen Schäumen nach MuCell® oder ähnlichen Verfahren wird beispielsweise Stickstoff, Kohlendioxid oder ein chemisches Treibmittel in überkritischem Zustand während des Plastifizierens unter Druck in die Kunststoffschmelze injiziert und homogen verteilt. Nach dem Einspritzen in die drucklose Form trennt sich das Gas wieder aus der Schmelze und bildet eine feinzellige Schaumstruktur. Der Entfall des Nachdrucks und die verringerte Viskosität, die Minimierung oder Eliminierung von Einfallstellen und Verzug sind die wesentlichen Aspekte, die den Trend verstärken.
Da die gewindefurchenden Schrauben bei der Verwendung mit geschäumten Kunststoffen, den Nachteil haben, dass es beim Einschrauben zu Schädigungen des Kunststoffs, beispielsweise durch Aufplatzen der Einschraubaugen oder durch Spannungsrissbildung kommt, wurden spezielle Schrauben, siehe DE 10 2014 114 165 A1 und DE 10 2015 103 015 A1 , für diesen Anwendungsfall entwickelt. Diese Schrauben haben stumpfkantige Gewindegänge und verdrängen das Material, anstatt ein Gewinde zu furchen. Bei den Schraubverbindungen mit diesen Schrauben kommt es bei MuCell-Spritzgussteilen nicht mehr zu einer Zerstörung der Kompaktschicht, d. h. der Außenhaut des Schraubdoms des Bauteils.
Die DE 10 2006 016 032 A1 offenbart einen Flügeldom.
Die DE 103 50 887 A1 offenbart eine Bauteilverschraubung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Schraubdoms.
Die DE 20 2013 100 351 U1 offenbart schraubverbundene Teile sowie Schraubset.
Diese neuartigen Schrauben können jedoch nicht mit klassischen Kompaktspritzgussteilen verwendet werden, da dort durch die Kompaktheit des Materials keine Materialverdrängung möglich ist. Die Schraubdome von Kompaktspritzgussteilen sind so bemessen, dass sie ausreichend massiv sind, um darin die genannten Gewinde furchen zu können. Die klassischen Holzschrauben kommen jedoch bezüglich der Wiederverschraubbarkeit, die oftmals ein zehnmaliges wiederholtes Einschrauben einer Schraube im gleichen Schraubdom vorsieht, zu Fehlern, wenn sich die Schraube nicht in das bereits gefurchte Gewinde einfügt, sondern ausreißt.
Beschreibung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel die genannten Nachteile des Standes der Technik bei der Verschraubung von Kompaktspritzgussteilen zu beheben.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Bauteil weist einen Schraubdom zur Aufnahme einer Schraube auf, wobei der Schraubdom typischerweise aus dem Bauteil herausragt und einstückig mit dem Bauteil verbunden ist. Dieser Schraubdom weist einen von einer Wandung umgebenen Hohlraum auf, der zur Einführseite der Schraube geöffnet ist. Insoweit gleicht der erfinderische Schraubdom herkömmlichen Schraubdomen. Neu ist, dass der Schraubdom zumindest zwei Versteifungen aufweist, zwischen denen eine partielle Schwächung der Wandung vorliegt. Durch diese Schwächungen wird die Wandung des Schraubdoms nachgiebig und kann verdrängt werden.
Diese Versteifungen haben lediglich eine mechanische Aufgabe, so dass sie mit minimalem Materialaufwand als aus der Wandung herausstehende kurze Abstützungen ausgeführt werden können. Eine Länge der Versteifung ist kleiner als ein doppelter Außendurchmesser des Schraubdoms, insbesondere kleiner als der einfache Außendurchmesser des Schraubdoms. Diese Versteifungen sind nicht zu verwechseln mit großflächigen Entwärmungsstrukturen, die auch bei herkömmlichen Schraubdomen zu finden sein können und funktionell nur bei der Abkühlung nach dem Spritzgießen behilflich sind und kurze Zykluszeiten beim Spritzgießen bewirken sollen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Versteifung eine Form eines Hohlzylinderausschnitts mit zur Einführseite verjüngender Wandung aufweist. Im Übergang zur übrigen Struktur des Bauteils ist die Versteifung etwas breiter als nach der Öffnung des Schraubdoms und kann so die Kräfte bei der Verschraubung besser ableiten.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zwischen 20% und 80%, insbesondere zwischen 30% und 70%, der Wandung eine partielle Schwächung aufweisen. Damit wird eine gute Balance zwischen einer ausreichenden Steifigkeit der Struktur für eine wiederholte Verschraubung und gleichzeitig geringen nötigen Einschraubkräften gefunden.
Es hat sich herausgestellt, dass eine Wandstärke der Wandung im Bereich der partiellen Schwächung sich zum Durchmesser der Schraube wie folgt verhalten sollte:

0,4 - 1,0 mm für eine Schraube mit Durchmesser von 2 bis 4 mm,
0,6 - 1,5 mm für eine Schraube mit Durchmesser >4 ≤ 8 mm,
0,8 - 2,5 mm für eine Schraube mit Durchmesser >8 ≤ 16 mm.

Die Wandung ist also wesentlich dünner als bei herkömmlichen Schraubdomen und kann somit nachgeben. Wodurch die nicht-gewindefurchenden Schrauben für geschäumte Spritzgussteile auch für Kompaktspritzgussteile anwendbar werden. Diese Schrauben verdrängen somit den Schraubdome in den Bereichen der Schwächung der Wandung, wobei sich herausgestellt hat, dass sich die Wiederverschraubbarkeit deutlich verbessert. Die Versteifungen zwischen den Schwächungen geben dem Schraubdom die nötige Stabilität und garantieren die Rückstellkraft der Wandung, sollte die Schraube wieder herausgedreht werden.
Der Schraubdom ist rotationssymmetrisch. Die partielle Schwächung der Wandung liegt vorteilhafterweise an einer Außenseite der Wandung vor. Damit bietet sich für eine Schraube eine gleichmäßige Innenseite der Wandung und das Einschrauben wird erleichtert.
Das Einsetzen der Schraube in den Schraubdom wird vorteilhafterweise erleichtert, indem der Schraubdom bezüglich einer Innenseite der Wandung zylinderförmig mit Einführschräge ausgeprägt ist. Damit erfordern die ersten Drehungen der Schraube, bevor diese fest sitzt, einen geringeren Drehmoment. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Schraubdom bezüglich einer Innenseite der Wandung kegelförmig ausgeformt ist und sich mit einer Steigung zu einer Öffnung zur Einführseite mit einem Winkel zu einer Senkrechten von 0,5° und 10°, insbesondere 3° bis 8°, aufweitet. In diesem Winkelbereich ist die Schraube besonders leicht einschraubbar, bei gleichzeitig gutem späterem Sitz.
Bei der Ausgestaltung der Versteifungen ist es vorteilhaft, mindestens drei Versteifungen, vorzugsweise vier, sechs, acht oder zehn Versteifungen vorzusehen. Diese Versteifungen sollten voneinander jeweils durch eine Schwächung der Wandung getrennt sein. Eine gleichmäßige Beabstandung ist zu bevorzugen. Damit wird eine gute Balance zwischen Nachgiebigkeit der geschwächten Wandung und Stabilität bei großer Belastung gewährleistet.
Ein Teil der Versteifungen sind nicht nur über die Wandung, sondern zusätzlich durch eine zweite Wandung des Schraubdoms miteinander verbunden. Diese zweite äußere Wandung, die auch ringförmig und/oder rotationssymmetrisch ausgeprägt sein kann, dient als zusätzliche Versteifung. Vorteilhafterweise beträgt eine Wandstärke der zweiten Wandung 1,6 bis 3 mm, insbesondere 1,8 bis 2,5 mm. Diese Wandstärke bewirkt eine hinreichende Versteifung bei geringstmöglichen Materialeinsatz. Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn eine Wandstärke der zweiten Wandung größer ist als die Wandstärke der Wandung. Die mit der Schraube in Berührung kommende Wandung kann somit dünn und nachgiebig bleiben, wobei die zweite Wandung für hohe Stabilität sorgt.
Die genannten Versteifungen haben vorteilhafterweise eine Länge senkrecht zur Wandung, die größer ist als die Wandstärke der Wandung im Bereich mit partieller Schwächung. Die Wandung kann somit ausreichend nachgeben, ohne auf die dahinterliegende zweite Wandung zu stoßen. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass eine Breite der Versteifungen parallel zur Wandung 0,7 bis 4 mm, insbesondere 1 bis 2,5 mm beträgt.
Obwohl auch ein geringer Gasanteil im Schraubdom unschädlich ist, so ist es doch von Vorteil, dass das Bauteil aus ungeschäumten Kunststoff besteht und mittels Kompaktspritzguss ohne Gasanteile hergestellt wurde.
Eine erfindungsgemäße Schraubverbindung setzt auf das beschriebene erfinderische Bauteil mit Schraubdom auf und verbindet dieses Bauteil mit einem weiteren Bauteil durch eine Schraube, wobei die Schraube unter Verdrängung des Materials des Schraubdoms einschraubbar ist. Diese Schraube furcht also keine Gewinde in den Schraubdom, sondern verdrängt das Material der Wandung erleichtert durch den geschwächten Bereich. Wie zuvor erläutert, zeigt eine solche Schraubverbindung eine wesentlich verbesserte Wiederverschraubbarkeit und genügt den Anforderungen der Automobilindustrie.
Vorteilhafterweise weist ein Schraubengewindegang der Schraube zumindest abschnittsweise, insbesondere von einer Spitze der Schraube beabstandet, abgerundete Kanten auf und verhindert so ein Einreißen der Oberfläche der Innenseite des Schraubdoms. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schraube Schraubengewindegänge mit Flankenwinkeln von 30°-90°, bevorzugt > 60° oder 70°, aufweist, gemessen von Kantenspitze bis Schraubengrund. Damit ergibt sich eine stumpfe Form, wobei sich der Winkel über die Flanke verändern kann.
Die stumpfen Schraubengewindegänge, aber auch ein ausgerundeter Übergang zwischen Flanken und Gewindegrund bedingen ein kerbfreies Schraubenprofil, das zu einer weiteren Verminderung der Kunstsoff- bzw. Schaumstoffbeanspruchung führt. Der Übergang zwischen Flanken und Gewindegrund kann vorteilhaft segmentweise erfolgen, wobei der äußere Gewindebereich als erstes Segment stumpfe Flankenwinkel von 30°-90°, bevorzugt >60° oder 70°, aufweist. Das zweite Segment im Übergang zwischen Flanke und Gewindegrund stellt einen tangentialen Übergang mit Winkeln von 145°-170° dar. Das dritte Segment umfasst den Gewindegrund zwischen zwei Flanken und stellt ein Kreissegment mit Winkeln von 170°-180° dar.
Die Kanten des Schraubengewindeganges sind vorzugsweise abgerundet, insbesondere beabstandet von der Spitze der Schraube. Ein Einschneiden des Materials bedeutet auch immer eine Schwächung des Materials an der Schnittkante. Die abgerundeten Kanten verhindern, dass sich die Schraube in das Material schneidet. Stattdessen wird die Schraube durch Verdrängen und Verdichten in das Material eingeschraubt.
Ein behutsames Verdrängen des Material des Schraubdoms ergibt sich insbesondere dann, wenn das Verhältnis von Höhe des Schraubengewindegangs zu seiner Breite kleiner 1, insbesondere kleiner 2, ist.
Nach weiteren vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung weist die Schraube eine Spitze zum Durchbrechen des Schraubdoms am Boden auf. An dieser Stelle ist der Gewindegang nicht abgerundet, sondern angespitzt bzw. scharfkantig. An dieser Stelle kann der Schraubengewindegang auch gewindeschneidend ausgebildet sein, um besser in den Boden des Schraubdoms eindringen zu können. Alternativ kann die Schraube im Vergleich zum Schraubdom auch so bemessen sein, dass die Schraube eine stumpfe Spitze aufweist, die sich bei einem Einschrauben am Boden des Schraubdoms verklemmt. D.h. die Klemmkräfte der Schraube im Schraubdom werden dadurch im Endzustand erhöht, indem die Schraube beim Aufsetzen der Spitze auf den Boden des Schraubdoms zusätzlich in die durch Verdrängen entstanden Gewindegänge im Schraubtubus gepresst wird.
Bevorzugt variiert der Gewindeabstand (Gewindesteigung) des Gewindegangs. Eine Variation der Gewindesteigung bedeutet, dass der Abstand zwischen benachbarten Gewindeumläufen nicht konstant ist. Durch die Änderung der Gewindesteigung wird das Material während des Einschraubens gestaucht oder gestreckt. Diese zusätzliche Verspannung des Materials mit der Schraube erhöht die Festigkeit der Verbindung. Nimmt der Gewindeabstand zur Schraubenspitze zu, dann entsteht eine höhere Reibung bzw. ein größeres Drehmoment zum Ende des Schraubvorgangs, wenn die Fläche durch die geringeren Gewindeabstände zunimmt.
Ein gutes Einschraubverhalten konnte festgestellt werden, wenn die Schraube Gewindeabständen größer 1,5 mm, insbesondere größer 2 mm, aufweist. Damit besteht ausreichend Platz für das Schraubdommaterial zwischen den Gewindegängen, um möglichst kein Material zwischen zwei Gewindegängen aufzureißen. Trotzdem hat die Schraube einen festen Sitz.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn ein Profil des Schraubengewindegangs in seiner geometrischen Form variiert, insbesondere eine Kantigkeit des Schraubengewindegangs zu einem Schraubenkopf hin zunimmt. Durch die erhöhte Kantigkeit in der Nähe des Schraubenkopfes wird das Drehmoment zu Beginn des Ausschraubens hoch gehalten.
Schrauben mit einem Außendurchmesser von 4 bis 6 mm und eine Länge von 12 bis 20 mm haben sich für die erfindungsgemäße Schraubverbindung als vorteilhaft erwiesen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden eines Bauteils aufweisend den zuvor geschilderten neuartigen Schraubdom mit einem weiteren Bauteil mittels einer Schraube umfasst folgende Schritten:

• Ausbilden eines Bauteils mit einem Schraubdom aus einem thermoplastischen Kunststoff mit einem Kompaktspritzgussverfahren;
• Bereitstellen einer Schraube, welche mehrere stumpfkantige Schraubengewindegänge und einen Außendurchmesser aufweist, der zumindest abschnittsweise größer als ein Innendurchmesser des Schraubdoms ist,
• Auflegen eines weiteren Bauteils auf den Schraubdom,
• nicht-gewindefurchendes Einschrauben der Schraube durch das weitere Bauteil in den Schraubdom, wobei die Schraube unter Verdrängung des Materials des Schraubdoms eingeschraubt wird.

Damit können die Schrauben mit nicht-gewindefurchenden Gewindegängen und herkömmliche Werkzeuge mit ähnlichen Drehmomenten wie bei bisherigen Holzschrauben für den Kompaktspritzguss ohne Anpassung verwendet werden, ohne dass es durch die Verformung zu Problemen auch bei häufigem Wiederschrauben der Bauteile kommt.
Kurze Figurenbeschreibung
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:

1 ein Schraubdom eines Bauteil nach dem Stand der Technik,
2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schraubdoms des erfindungsgemäßen Bauteils,
3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schraubdoms des erfindungsgemäßen Bauteils,
4 eine Schraube für eine erfindungsgemäße Schraubverbindung, und
5 eine Schraubverbindung.

Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Bisher werden für Bauteile 1 mit einem Schraubdom 2 Konstruktionsvorschriften wie in 1 befolgt. Der Schraubdom 2 ragt aus dem Bauteil 1 heraus und hat eine Höhe H, die etwa dem zwei- bis fünffachen einer Dicke S des Bauteils 1 entspricht. Schraubdom 2 mit Bauteil 1 sind einstückig ausgeformt. An der Verbindungsstelle zwischen Bauteil 1 und Schraubdom 2 beträgt der Außendurchmesser D des Schraubdoms 2 etwa das Doppelte des Durchmessers einer Einschraubhilfe D, die später durch eine Schraube 3 beim Furchen eines Gewindeganges abgelöstes Material aufnehmen kann. Ein Innendurchmesser d des Schraubdoms 2 ist wesentlich kleiner. Eine Wandstärke des Schraubdoms 2 entspricht in etwa dem Innendurchmesser d des Schraubdoms 2. An der genannten Übergangsstelle zwischen Schraubdom 2 und übrigen Bauteil 1 ist der Radius R in etwa ein Viertel einer Dicke S des übrigen Bauteils 1 an dieser Stelle.
Ein solcher massiver Schraubdom 2 ist geeignet für sogenannte Holzschrauben, die sich gewindefurchend in diesem Schraubdom 2 eingraben müssen. Durch die genannte große Wandstärke des Schraubdoms 2 ist dieser ausreichend stabil und kann die großen Einschraubkräfte abfangen. Für ein erleichtertes Einschrauben ist der Schraubdom 2 leicht kegelförmig, wobei eine Innenwand dieses Schraubdomes 2 einen Winkel a, der nicht besonders spezifiziert ist, von der Senkrechten aufweist. Dies verhindert ein starkes Ansteigen des zum Einschrauben erforderlichen Drehmoments.
Ein solcher Schraubdom 2 ist jedoch nicht für den Einsatz einer später unter 4 erläuterten Schraube 3 geeignet.
Erfindungsgemäße Bauteile 1, insbesondere deren Schraubdom 2, werden anhand der 2 und 3 erläutert.
Eine erste Variante des erfindungsgemäßen Schraubdoms 2 nach 2 umfasst eine Wandung 4, die sich um einen Hohlraum 5 erstreckt. Diese Wandung 4 des Schraubdoms 2 ist bezüglich einer Innenseite 4i kegelförmig ausgebildet und zeigt eine Steigung zu einer Öffnung 10 zur Einführseite 6 einer Schraube 3, ähnlich wie in 1, jedoch ist hier ein Winkel a zur Senkrechten von 3 bis 8° spezifiziert. Ein etwas kleinerer oder größerer Winkel a im Bereich von 0,5 bis 10° ist jedoch auch möglich.
Der Schraubdom 2 ist rotationssymmetrisch, wobei die Wandung 4 mehrere partielle Schwächungen 8 an einer Außenseite 4a aufweist. Die partiellen Schwächungen 8, in 2 acht an der Zahl, sind jeweils durch Versteifungen 7 getrennt. Diese Versteifungen 7 stehen senkrecht von der Wandung 4 ab und weisen eine Länge 7l und Breite 7d auf, die im Weiteren erläutert werden.
Bei der Dimensionierung einer Wandstärke 4s der Wandung 4 im Bereich der partiellen Schwächung 8 hat sich für unterschiedliche Schraubengrößen folgende Dimensionierung bewährt:

Für eine Schraube 3 mit einem Durchmesser d1 von 2 bis 4 mm beträgt die Wandstärke 4s 0,4 bis 1 mm, für eine Schraube 3 mit einem Durchmesser d1 von größer 4 bis 8 mm beträgt die Wandstärke 4s 0,6 bis1,5 mm und für eine Schraube 3 mit einem Durchmesser d1 größer 8 bis 16 mm beträgt die Wandstärke 4s 0,8 bis 2,5 mm. Im Vergleich zu den Verdrängungskräften der Schraube, die mit größer werdender Schraube zunehmen, ist die Wandstärke 4s im Bereich der partiellen Schwächung 8 wesentlich geringer als beim klassischen Schraubdom 2 entsprechend 1.

Die Dimensionierung der Versteifungen 7 bezieht sich auf die jeweilige Wandstärke 4s je nach Größe des Schraubdoms 2. Die Länge 7l der Versteifungen 7 senkrecht zur Wandung 4 ist größer als die Wandstärke 4s der Wandung 4 im Bereich der partiellen Schwächung 8. Die Breite 7b der Versteifungen 7 parallel zur Wandung 4 beträgt 0,7 bis 4 mm. Die Breite 7b der Versteifungen 7 verjüngt sich dabei mit größer werdendem Abstand von der Wandung 4. Schraubdom 2 und Bauteil 1 sind wie bei dem Bauteil 1 nach 1 nach einem kompakten Spritzgussverfahren hergestellt, d.h. das Bauteil 1 enthält keinen Gasanteil oder nur einen verschwindend geringen.
Die Anzahl der Versteifungen 7 nach der Ausführungsform entsprechend 2 beträgt acht, es sind jedoch auch Schraubdome 2 mit nur zwei, vier, sechs, acht oder zehn Versteifungen möglich. Eine ungerade Zahl von Versteifungen 7 in diesem Wertebereich ist auch denkbar.
In der alternativen Ausführungsform nach 3 sind nur vier Versteifungen 7 vorgesehen. Auch hier erstreckt sich eine Wandung 4 des Schraubdoms 2 um einen Hohlraum 5, der zur Einführrichtung 6 der Schraube 3 sich öffnet und aufweitet. Diese vier Versteifungen 7 mit einer Länge 7l und einer Breite 7b verbinden die Wandung 4 mit einer zweiten Wandung 11. Diese zweite Wandung 11 nach 3 umschließt die Wandung 4 in Gänze. Es ist jedoch auch denkbar, dass diese zweite Wandung 11 Unterbrechungen aufweist. Eine Wandstärke 11 s der zweiten Wandung 11 ist dabei größer als die Wandstärke 4s der Wandung 4, die sich an den Hohlraum 5 anschließt. Die Wandstärke der zweiten Wandstärke 11 s der zweiten Wandung 11 beträgt 1,6 - 3 mm. Die zweite Wandung 11 gewährleistet für die Wandung 4 eine zusätzliche Stabilität, wodurch die Wandung 4 im Bereich der partiellen Schwächungen 8 dünn und nachgiebig gestaltet werden kann. Auch können hier die Versteifungen 7 kürzer und schmaler als in der Ausführungsform nach 3 ausgelegt werden.
4 zeigt in Seitenansicht einer Schraube 3 der erfindungsgemäßen Schraubverbindung. Die äußere Form der Schraube 3 kann beispielsweise zylinderförmig oder konisch sein. Ein typischer Außendurchmesser d1 der Schraube 3 beträgt 4 bis 6 mm, insbesondere sind die Maße 4; 4,5; 5; 5,5 oder 6 mm vorteilhaft. Die Länge L beträgt 12 bis 35 mm und ist an die Höhe H des Schraubdoms 2 angepasst.
Die Schraube 3 weist stumpfe Gewindegänge 31 auf, die sich in Helixform um einen Schaft der Schraube 3 erstrecken. Die Schraube 3 weist ausgerundete Gewindetäler und stumpfe Gewindespitzen auf, so dass die Gewindegänge der Schraube 3 die Wandung 4 des Schraubdomes 2 nicht aufreißen, sondern gewährleisten, dass sich die Wandung 4 des Schraubdoms 2 während des Einschraubvorgangs durch plastische Deformation und Reibung gut anpasst, ohne eingeschnitten zu werden. Die Wandung 4 wird nicht aufgebrochen, sondern nur verdrängt, so dass sich nach dem Herausschrauben der Schraube 3, das „Gewinde“ wieder zurückbilden kann. Eine Rissbildung oder Aufplatzen des Schraubdoms 2 wird vermieden. Dies ist auch dadurch bedingt, dass ein Flankenwinkel w des Gewindegangs 31 stumpf, hier 80°, ist. Der Flankenwinkel w sollte im Bereich größer 30° bis 90°, insbesondere größer 60° oder 70° liegen.
Dabei erfolgt der Übergang zwischen Flanken und Gewindegrund eines Gewindeganges abschnittsweise. Die Gewindespitzen sind abgerundet. Gewindeabstände 33 der Schraube 3 sind größer als bei Holzschrauben gleichen Durchmessers, hier beträgt der Abstand 2,09 mm, er sollte zumindest größer 1,5 mm, insbesondere größer 2 mm sein. Der Gewindeabstand 33 und die Geometrie der Schraubengewindegänge sind hier gleichmäßig. Sie könnten alternativ auch variieren, insbesondere kann eine Kantigkeit des Schraubengewindegangs 31 zu einem Schraubenkopf 31 hin zunehmen.
Die verdrängenden Eigenschaften der Schraube 3 werden dadurch unterstrichen, dass das Verhältnis von Höhe h eines Schraubengewindegangs 31 der Schraube 3 zu seiner Breite b kleiner 1 ist, d.h. dass im Vergleich zu Holzschrauben ein Gewindegang 31 bei gleicher Höhe h wesentliche breiter ist.
In 5 ist der Schraubdom 2 des Bauteils 1 nach dem Einschrauben einer Schraube 3 gezeigt. Ein weiteres Bauteil 20 ist auf den Schraubdom 2 gelegt und mit dem Bauteil 1 zu einer Schraubverbindung verbunden. Der Schraubdom 2 mit einer Einführschräge 9 hat eine Höhe H von seiner Öffnung 10 bis zu seinem Boden. Die Öffnung 10 ist dabei größer als der Innendurchmesser 4i (etwa auf halber Höhe H zu messen) des Schraubdoms 2. Dies ist durch einen Öffnungswinkel a, wie zuvor erläutert im Bereich von 3° bis 8° bedingt.
Die Schraube 3 aus 4 hat hierbei eine Länge L, die in den Boden des Schraubdoms 2 mit ihrer Spitze 32 eindringt. Die Schraube 3 hat dazu eine gewindeschneidende Spitze 32. Eine alternative Ausführungsform sieht eine kürzere Schraube 3 vor, jedoch noch immer leicht länger als die Höhe H des Schraubdoms 2 ist. Beim Einschrauben wird sich diese Schraube 3 am Boden des Schraubdoms 2 verklemmen. D.h. sie kann stumpf sein und braucht den Boden nicht zu durchbrechen. Trotzdem wird das Drehmoment zum Ende des Einschraubens durch das Verklemmen zunehmen.
BEZUGSZEICHENLISTE

1: Bauteil
2: Schraubdom
3: Schraube
4: Wandung
4a: Außenseite der Wandung
4i: Innenseite der Wandung
4s: Wandstärke der Wandung
5: Hohlraum
6: Einführseite
7: Versteifungen
7b: Breite der Versteifungen
7l: Länge der Versteifungen
8: Schwächung
9: Einführschräge
10: Öffnung
11: Zweite Wandung
11s: Wandstärke der zweiten Wandung
20: Weiteres Bauteil
31: Schraubengewindegang
32: Spitze
33: Gewindeabstände
a: Winkel des Schraubdoms
D: Halber Außendurchmesser Schraubdom
d: Innendurchmesser Schraubdom
d1: Durchmesser der Schraube
w: Flankenwinkel des Schraubengewindegangs
b: Breite des Schraubengewindegangs
h: Höhe des Schraubengewindegangs
H: Höhe des Schraubdoms
L: Länge der Schraube
R: Radius der Anbindung des Schraubdoms
s: Dicke des Bauteils

Claims

Bauteil (1) mit einem Schraubdom (2) zur Aufnahme einer Schraube (3), wobei der Schraubdom (2) einstückig Teil des Bauteils (1) ist, und einen von einer Wandung (4) umgebenen Hohlraum (5) aufweist, der zur Einführseite (6) der Schraube (3) geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubdom (2) zumindest zwei Versteifungen (7) aufweist, die von der Wandung (4) abstehen und zwischen denen eine partielle Schwächung (8) der Wandung (4) vorliegt, wobei der Schraubdom (2) rotationssymmetrisch ist, wobei zumindest ein Teil der Versteifungen (7) durch eine zweite Wandung (11) des Schraubdoms (2) miteinander verbunden sind.
Bauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge (7l) der Versteifung (7) kleiner als ein doppelter Außendurchmesser (2D) des Schraubdoms (2), insbesondere kleiner als der doppelte Außendurchmesser (2D) des Schraubdoms (2), ist.
Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifung (7) eine Form eines Hohlzylinderausschnitts mit zur Einführseite (6) verjüngender Wandung (4) aufweist.
Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 20% und 80%, insbesondere zwischen 30% und 70 %, der Wandung (4) eine partielle Schwächung (8) aufweisen.
Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandstärke (4s) der Wandung (4) mit partieller Schwächung (8): 0,4 - 1,0 mm für eine Schraube (3) mit Durchmesser (d1) von 2 bis 4 mm beträgt, 0,6 - 1,5 mm für eine Schraube (3) mit Durchmesser (d1) von >4 bis 8 mm beträgt, und 0,8 - 2,5 mm für eine Schraube (3) mit Durchmesser (d1) >8 bis 16 mm beträgt.
Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die partielle Schwächung (8) an einer Außenseite (4a) der Wandung (4) vorliegt.
Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubdom (2) bezüglich Innenseite (4i) der Wandung (4) zylinderförmig mit Einführschräge (9) ist.
Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubdom (2) bezüglich einer Innenseite (4i) der Wandung (4) kegelförmig ausgebildet ist und sich mit einer Steigung zu einer Öffnung (10) zur Einführseite (6) mit einem Winkel (a) zu einer Senkrechten von 0,5 und 10°, insbesondere 3 bis 8° aufweitet.
Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Versteifungen (7), vorzugsweise vier, sechs, acht oder zehn Versteifungen (7) vorgesehen sind.
Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandstärke (11s) der zweiten Wandung (11) 1,6 bis 3 mm beträgt.
Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandstärke (11s) der zweiten Wandung (11) größer ist als die Wandstärke (4s) der Wandung (4).
Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge (7l) der Versteifungen (7) senkrecht zur Wandung (4) größer ist als die Wandstärke (4s) der Wandung (4) im Bereich mit partieller Schwächung (8).
Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite (7b) der Versteifungen (7) parallel zur Wandung (4) 0,7 bis 4 mm beträgt.
Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) mittels Kompaktspritzguss aus Kunststoff ohne Gasanteile besteht.
Schraubverbindung mit einem Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, einem weiteren Bauteil (20) und einer Schraube (3) zur Befestigung des Bauteils (1) mit dem weiterem Bauteil (20), wobei die Schraube (3) unter Verdrängung des Materials des Schraubdoms (2) einschraubbar ist.
Schraubverbindung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schraubengewindegang (31) der Schraube (3) zumindest abschnittsweise, insbesondere von einer Spitze (32) der Schraube (3) beabstandet, abgerundete Kanten (13) aufweist.
Schraubverbindung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schraubengewindegang (31) der Schraube (3) Flankenwinkel (w) von 30°-90°, bevorzugt > 60°, besonders bevorzugt > 75° aufweist.
Schraubverbindung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (3) Gewindeabstände (33) größer 1,5 mm, insbesondere größer 2 mm aufweist.
Schraubverbindung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schraubengewindegang (31) der Schraube (3) in seiner geometrischen Form variiert, insbesondere eine Kantigkeit des Schraubengewindegangs (31) zu einem Schraubenkopf (31) hin zunimmt.
Schraubverbindung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (3) einen Außendurchmesser (d1) von 4 bis 6 mm und eine Länge (L) von 12 bis 20 mm aufweist.
Schraubverbindung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Höhe (h) eines Schraubengewindegangs (31) der Schraube (3) zu seiner Breite (b) kleiner 1 ist.
Verfahren zum Verbinden eines Bauteils (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 mit einem weiteren Bauteil (20) mittels einer Schraube (3), mit folgenden Schritten: - Ausbilden eines Bauteils (1) mit einem Schraubdom (2) aus einem thermoplastischen Kunststoff mit einem Kompaktspritzgussverfahren; - Bereitstellen einer Schraube (3), welche mehrere stumpfkantige Schraubengewindegänge (31) und einen Außendurchmesser (d1) aufweist, der zumindest abschnittsweise größer als ein Innendurchmesser (d) des Schraubdoms (2) ist, - Auflegen eines weiteren Bauteils (20) auf den Schraubdom (2), - nicht-gewindefurchendes Einschrauben der Schraube (3) durch das weitere Bauteil (20) in den Schraubdom (2), wobei die Schraube (3) unter Verdrängung des Materials des Schraubdoms (2) eingeschraubt wird.