DE102020100330A1

DE102020100330A1 - Schraube zum selbsttätigen Bohren beim Einschrauben sowie Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds

Info

Publication number: DE102020100330A1
Application number: DE102020100330.7A
Authority: DE
Inventors: Norman Bredlau; Boris Jülge
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-01-09
Filing date: 2020-01-09
Publication date: 2021-07-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schraube (10) zum selbsttätigen Bohren beim Einschrauben, insbesondere beim Einschrauben in einen Kunststoffkörper, umfassend auf einem Gewindeabschnitt (41) ein Außengewinde (40) mit einem Kerndurchmesser (44) sowie umfassend eine Schraubenspitze (20) mit wenigstens einer stirnseitigen Hauptschneide (21) und eine an die Hauptschneide (21) in axialer Richtung anschließende Spankerbe (23), von der ausgehend die Schraube (10) eine Spannut (30) aufweist, die sich mit helixförmigem Verlauf um die Rotationsachse (100) der Schraube (10) erstreckt und in derselben Drehrichtung gängig ist wie die Steigung des Außengewindes (40). Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines wenigstens zwei Bauteile umfassenden Bauteilverbunds (90) mittels einer Schraubverbindung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraube zum selbsttätigen Bohren beim Einschrauben, insbesondere beim Einschrauben in einen Kunststoffkörper. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbundes mittels einer die erfindungsgemäße Schraube umfassenden Schraubverbindung.
Zwecks Einsparung von Prozesszeiten und damit einhergehend einer Einsparung von Prozesskosten ist es erstrebenswert, bei der Herstellung von Schraubverbindungen auf ein Vorbohren der zu verbindenden Bauteile verzichten zu können. Zu diesem Zweck sind Schrauben mit Bohrspitzen sowie gewindeschneidende und/oder -formende Schrauben grundsätzlich bekannt.
Beispielhaft zeigt die DE 35 15531 A1 eine Spezialschraube zum Befestigen von profilierten Platten, die eine Bohrspitze sowie flügelartige Bohransätze am Schaftabschnitt aufweist. Die Schraube ist dafür vorgesehen, profilierte Platten aus Metall, Kunststoff, Faserzerment oder vergleichbaren Materialien im Bereich einer Profilerhebung an einem Untergrund zu befestigen.
Die DE 10 2014 203 276 A1 zeigt dagegen einen Bauteilverbund für ein Kraftfahrzeug aus wenigstens zwei Bauteilen, die mit einer Fließlochschraube verbunden sind. Dabei weist eines der Bauteile ein Vorloch auf, in dem eine Hülse angeordnet ist, in der wiederum der obere, schraubenkopfseitige Schraubenteil angeordnet ist. Das vorgelochte Bauteil ist dabei bevorzugt aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet, während das andere Bauteil aus einem metallischen Werkstoff ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraube sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbundes mittels einer Schraubverbindung zur Verfügung zu stellen, welche auf einfache und kostengünstige Weise die Verbindung von wenigsten zwei Bauteilen ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schraube gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer Schraubverbindung gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Schraube werden in den Unteransprüchen 2-7 aufgezeigt. Eine vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens wird in Unteranspruch 9 aufgezeigt. Ferner wird gemäß Anspruch 10 ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt.
Ein erster Aspekt der Erfindung ist eine Schraube zum selbsttätigen Bohren beim Einschrauben, insbesondere beim Einschrauben in einen Kunststoffkörper, umfassend auf einem Gewindeabschnitt ein Außengewinde mit einem Kerndurchmesser sowie umfassend eine Schraubenspitze mit wenigstens einer stirnseitigen Hauptschneide und eine an die Hauptschneide in axialer Richtung anschließende Spankerbe, von der ausgehend die Schraube eine Spannut aufweist, die sich mit helixförmigem Verlauf um die Rotationsachse der Schraube erstreckt und in derselben Drehrichtung gängig ist wie die Steigung des Außengewindes.
Die Begriffe „axial“ und „radial“ beziehen sich im Folgenden auf die Längs- bzw. Rotationsachse der Schraube.
Die Schraube weist einen Gewindeabschnitt mit einem Außengewinde auf. Das Außengewinde hat einen Kerndurchmesser. Dabei ist es unerheblich, ob die Schraube ein Linksgewinde oder ein Rechtsgewinde aufweist. Insbesondere kann das Außengewinde als Spitzgewinde ausgeführt sein. Das heißt, das Außengewinde hat im Querschnitt spitzwinklig zueinander verlaufende Gewindeflanken. Der Flankenwinkel des Außengewindes beträgt typischerweise zwischen 20° und 40°.
Zwecks Einleitung eines Drehmoments weist die Schraube vorteilhafterweise ein der Schraubenspitze axial gegenüberliegendes Formelement auf, wie z.B. einen Innensechskant oder ein vergleichbares typischerweise genormtes Formelement, welches der Verbindung mit einem Werkzeug zur Einleitung des Drehmoments dient. Wie üblich, aber nicht zwingend erforderlich, ist das Formelement in einem Schraubenkopf integriert oder bildet einen Schraubenkopf aus.
Die Schraubenspitze, die vergleichbar einer Bohrerspitze ausgeführt ist, bezeichnet hier einen axialen Abschnitt der Schraube, der dem Formelement zur Einleitung des Drehmoments axial gegenüberliegt und der dazu eingerichtet ist, im Wesentlichen ohne Durchführung einer vorherigen Bohrung die Schraube in ein Material unter Ausführung eines Schneidvorgangs bei Rotation der Schraube mittels der Hauptschneide in ein Werkstück einzubohren. Das Gewinde dient dazu unter weiterer Ausführung der Rotation die Schraube in das Werkstück einzuschrauben. Die erfindungsgemäße Schraube ist somit eine sogenannte selbstbohrende Schraube.
Insbesondere eignet sich die Schraube dazu, ohne vorherigen Bohrvorgang in ein oder mehrere Kunststoffteile, beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, eingeschraubt zu werden bzw. Kunststoffteile miteinander zu verbinden.
Die Schraubenspitze läuft in axialer Richtung auf der dem Schraubenkopf gegenüberliegenden Seite kegelförmig aus. Der Spitzenwinkel des dem Schraubenkopf abgewandten Endbereichs der Schraubenspitze beträgt typischerweise zwischen 100° und 120°. Entsprechend weist die Hauptschneide einen Winkel zwischen 30° und 40° zu einer durch das Ende der Schraubenspitze verlaufenden und zur Rotationsachse der Schraube senkrechten Fläche auf. Die Hauptschneide kann mit einer Fase versehen sein. Typischerweise weist die Hauptschneide bzw. die Schneidkante der Hauptschneide, einen geraden, d. h. zur Rotationsachse linearen Verlauf auf. Es ist jedoch ebenso möglich, dass die Hauptschneide bzw. deren Schneidkante abschnittsweise einen kurvenförmigen Verlauf aufweist.
Die Schraubenspitze definiert mit ihrer maximalen radialen Weite abgesehen von ihrem kegelförmigen, spitz zulaufenden Endbereich, im Wesentlichen den Kerndurchmesser des Gewindes.
An die Hauptschneide schließ eine Spankerbe an. Unter einer Spankerbe ist eine Vertiefung in der Schraubenspitze zu verstehen. Die Spannkerbe erstreckt sich in radialer Richtung in das Material der Schraubenspitze hinein. Ferner erstreckt sich die Spankerbe in axialer Richtung vom spitzen Endbereich der Schraubenspitze bis zum Gewindeanfang bzw. bis zum spitzenseitigen Auslauf des Außengewindes.
Die Hauptschneide der erfindungsgemäßen Schraube ist dabei derart ausgelegt und gestaltet, dass beim Einschrauben in einen Kunststoff Späne mit einer Spanraumzahl von weniger als 8 entstehen. Bevorzugt entstehen im Wesentlichen Bröckelspäne, das heißt Späne, die im Wesentlichen eine Partikelform aufweisen und lediglich in geringem Umfang länglich und/oder spiralförmig sind. Aufgrund der Abhängigkeit der Spanform vom Material, in das die Schraube einzuschrauben ist, ist die Geometrie der Hauptschneide gegebenenfalls an das jeweilige Material anzupassen und kann entsprechend variieren.
Ausgehend von der Spankerbe weist die erfindungsgemäße Schraube eine Spannut auf. Unter einer Spannut ist erfindungsgemäß eine Vertiefung zu verstehen, die sich radial in Richtung der Rotationachse der Schraube erstreckt. Mit anderen Worten geht somit die Spankerbe bzw. die Vertiefung der Spankerbe in einem Übergangsbereich in die Spannut über. Die Spannut erstreckt sich mit einem helixförmigen Verlauf um die Rotationsachse der Schraube. Somit weist die Spannut ebenso wie das Außengewinde einen helixförmigen Verlauf auf. Dabei hat die Spannut die gleiche Gängigkeit wie das Außengewinde der Schraube. Mit anderen Worten hat die Richtung der Steigung der Spannut dasselbe Vorzeichen wie die Richtung der Steigung des Außengewindes. Dies ist unabhängig davon, ob das Außengewinde als Rechtsgewinde oder als Linksgewinde ausgeführt ist.
Beim Einschraubvorgang entstehende Späne des Materials, in das die Schraube eingeschraubt wird, werden wenigstens teilweise mittels der Spannut in Richtung Schraubenkopf geführt bzw. transportiert. Dabei ist die Spannut vorteilhafterweise dazu eingerichtet, dass ein Teil der Späne in der Spannut verbleibt und die Spannut während des Einschraubvorgangs zumindest teilweise auffüllt.
Die erfindungsgemäße Schraube weist den Vorteil auf, dass es für ihre Einbringung in ein Werkstück, insbesondere ein Werkstück aus einem Kunststoff, keiner vorherigen Bohrung bedarf, so dass der Aufwand hinsichtlich einzusetzender Fertigungsmittel und Fertigungszeit verringerbar ist.
In einer Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Schraube erstreckt sich die Spannut im Gewindeabschnitt weiter nach radial innen als die radiale Erstreckung des Kerndurchmessers des Außengewindes.
Mit anderen Worten erstreckt sich die Spannut tiefer in Richtung Rotationsachse der Schraube als der Gewindekerndurchmesser und stellt somit eine Vertiefung tiefer als der Kerndurchmesser dar. Dadurch weist die erfindungsgemäße Schraube, insbesondere im Vergleich zu einer Schraube mit Außengewinde und ohne Spannut, nach radial innen zusätzlichen Raum zum Transport und/oder zur Aufnahme von Material in Form von Materialspänen auf. Insbesondere weist die erfindungsgemäße Schraube zusätzlichen Raum zwischen zwei benachbarten Gewindeflanken des Außengewindes auf.
Die Spannut umfasst einen Spannutgrund sowie Spannutflanken, die axial den Raum der in radialer Richtung offenen Spannut begrenzen. Grundsätzlich kann die Spannut im Querschnitt ein beliebiges, einseitig offenes Profil im Längsschnitt durch die Schraube aufweisen. In einer spezifischen Ausführungsform weist die Spannut ein im Wesentlichen rechteckiges offenes Profil auf. In einer anderen spezifischen Ausführungsform weist die Spannut ein im Wesentlichen trapezförmiges offenes Profil, wobei in dieser Ausführungsform wenigstens eine, bevorzugt beide Spannutflanken mit dem Spannutgrund einen Winkel von wenigstens 95° und höchstens 105°, bevorzugt von wenigstens 98° und höchstens 102°, einschließen.
Der Spannutgrund ist zur Rotationsachse weniger weit beabstandet als die Hälfte des Kerndurchmessers. Mit anderen Worten steht der im Längsschnitt durch die Schraube gemessene Abstand r_SN zwischen Rotationsachse und Spannutgrund zum die Hälfte des Kerndurchmessers repräsentierenden Gewindekernradius r_K im Verhältnis r_SN/r_K, wobei r_SN/r_K > 0,1 ist. Insbesondere ist r_SN/r_K > 0,2. In einer besonderen Ausführungsform ist das Verhältnis r_SN/r_K > 0,3.
In einer Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Schraube ist der Übergang zwischen der Spankerbe und der Spannut zwischen der Hauptschneide und einem spitzenseitigen Auslauf des Außengewindes ausgebildet.
Das bedeutet, dass ausgehend vom spitzen Ende der Schraubenspitze die Spannut vor dem Beginn des Außengewindes anfängt. Bevorzugt ist der Übergang zwischen der Spankerbe und der Spannut im schraubenkopfseitigen Endbereich des Spankerbe ausgebildet. Ferner ist der Übergang bevorzug derart gestaltet, dass eine die Spankerbe begrenzende Fläche fließend in den Spannutgrund übergeht, so dass eine den Spantransport blockierende Stufe oder Kante vermieden ist.
Mittels der Hauptschneide beim Einschraubvorgang erzeugte Späne können somit von der Spankerbe in die Spannut geleitet werden.
In einer Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Schraube weist die Spannut dieselbe Steigung auf wie das Außengewinde.
Die Steigung eines Außengewindes entspricht dem axialen Abstand zweier benachbarter Gewindespitzen im Längsschnitt durch die Schraube.
Dabei laufen die Spannut und das Außengewinde parallel und helixförmig von der Schraubenspitze in Richtung Schraubenkopf. Das bedeutet, dass sich die Spannut und das Außengewinde in ihrem Verlauf nicht kreuzen und insbesondere die Spannut das Außengewinde nicht durchdringt.
In einer spezifischen Ausführungsform ist der Gewindeabschnitt der Schraube, also der axiale Abschnitt der Schraube, auf dem das Außengewinde angeordnet ist, im Wesentlichen genauso lang wie der axiale Abschnitt der Schraube, in dem die Spannut angeordnet ist. Mit anderen Worten entspricht die gestreckte Länge der Spannut im Wesentlichen der gestreckten Länge des Außengewindes.
In einer weiteren Ausführungsform der Schraube weist die Spannut in axialer Richtung von der Spannut ausgehend einen Abstand ASN zu einer benachbarten Gewindeflanke auf, der in Bezug zum axialen Abstand zweier zusammen eine Gewinderille ausbildender Flanken b_GF in folgendem Verhälts steht: A_SN/b_GF < 0,01.
Bevorzugt ist die Spannut dichter an der Flanke der beiden zusammen eine Gewinderille ausbildenden Flanken angeordnet, die dem Schraubenkopf näher ist. Mit anderen Worten ist die Spannut deutlich dichter an einer schraubenkopfseitigen Flanke angeordnet als an einer schraubenspitzenseitigen Flanke. Folglich befindet sich die Spannut dichter an der der Schraubenspitze zugewandten Gewindeflanke zweier zusammen eine Gewinderille ausbildender Flanken.
Des Weiteren steht die Spannutbreite, also die Erstreckung der Spannut in Längsrichtung der Schraube, am Spannutgrund b_SN zum axialen Abstand zweier zusammen eine Gewinderille ausbildender Flanken b_GF im Verhältnis b_SN/b_GF, wobei b_SN/b_GF > 0,25.
Insbesondere ist das Verhältnis b_SN/b_GF > 0,35. In einer besonderen Ausführungsform ist das Verhältnis b_SN/b_GF > 0,5. Dabei sind die Abstände jeweils im Längsschnitt durch die Schraube zu ermitteln.
In einer besonderen Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Schraube schließt die Spannut in axialer Richtung unmittelbar an eine Gewindeflanke des Außengewindes an.
Mit anderen Worten geht in dieser Ausführungsform eine Flanke des Außengewindes in eine Spannutflanke über. Insbesondere schließt die Spannut an die der Schraubenspitze zugewandte Flanke des Außengewindes an. Im Bereich des Übergangs von der Spankerbe in die Spannut schließt die Spannut nicht zwingend unmittelbar an die Flanke des Außengewindes an.
Die Spannutbreite am Spannutgrund b_SN steht zur Steigung des Außengewindes P, also dem Abstand zwischen zwei benachbarten Gewindespitzen, im Verhältnis P/b_SN, wobei P/b_SN < 7 ist. Insbesondere ist das Verhältnis P/b_SN < 4.
Die Spannuttiefe t_SN , also die zum Spannutgrund senkrechte Erstreckung der Spannut, steht zur Tiefe des Außengewindes t_G , also dem senkrechten Abstand einer Gewindespitze zum Kerndurchmesser bzw. der Differenz zwischen Gewindeaußendurchmesser und Gewindekerndurchmesser, im Verhältnis t_G/t_SN, wobei t_G/t_SN > 1,5 ist. Insbesondere ist das Verhältnis t_G/t_SN > 1,8. In einer besonderen Ausführungsform ist das Verhältnis t_G/t_SN > 2.
In einer Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Schraube bildet eine die Spankerbe begrenzende Begrenzungsfläche eine Nebenschneide aus.
Die Spankerbe ist durch wenigstens eine Begrenzungsfläche begrenzt.
Insbesondere ist eine radial äußere Begrenzungskante einer Begrenzungsfläche als die Nebenschneide ausgebildet. Die Nebenscheide kann dabei mit einer Fase versehen sein. Ferner kann sich die Nebenschneide axial bis zur Spannut erstrecken. Die Nebenschneide erstreckt sich somit im Wesentlichen achsparallel zur Rotationsachse der Schraube und hat beim Bohrvorgang die Wirkung eines Schaftfräsers, insbesondere um den von der Hauptschneide im Werkstoff erzeugten Schneidbereich zu glätten.
Die Nebenschneide schließt an die Hauptschneide an. Eine umfangsseitig andere Begrenzungskante der Spankerbe, die der Nebenschneide im Wesentlichen gegenüberliegt, kann abgerundet und/ oder radial vertieft ausgeführt sein.
Die Spannut schneidet die Nebenschneide insbesondere in dem Winkel, der dem Steigungswinkel der Spannut entspricht.
In einer Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Schraube ist die Spankerbe im Material der Schraubenspitze durch zwei winklig zueinander verlaufende Begrenzungsflächen ausgebildet, wobei die Spannut von einer der beiden Begrenzungsflächen ausgeht.
Das bedeutet, dass das Profil bzw. der Querschnitt der Spannut in der Begrenzungsfläche, von der die Spannut ausgeht, erkennbar ist.
Die Begrenzungsflächen sind dabei insbesondere im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse der Schraube ausgerichtet.
Des Weiteren kann in dieser Ausführungsform vorgesehen sein, dass die andere Begrenzungsfläche in einem Längsschnitt durch die Schraube konkav ausgestaltet ist.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines wenigstens zwei Bauteile umfassenden Bauteilverbunds mittels einer Schraubverbindung, wobei eine erfindungsgemäße Schraube in wenigstens ein erstes Bauteil eingeschraubt wird und ein zweites Bauteil mittels der Schraube fixiert wird.
Es ist dabei insbesondere vorgesehen, dass die Fixierung des zweiten Bauteils mittels der Schraube derart erfolgt, dass die Schraube durch das zweite Bauteil hindurchführt und/ oder durch den Schraubenkopf der Schraube an dem ersten Bauteil geklemmt wird.
Damit lässt sich das zweite Bauteil mittels der Schraubverbindung an dem ersten Bauteil fixieren.
Es ist dabei nicht ausgeschlossen, dass die Schraube auch in das zweite Bauteil gebohrt und eingeschraubt wird. In einer Ausführungsform umfasst das zweite Bauteil zwecks Anordnung der Schraube einem Schraubkanal. Beim Einschraubvorgang formt das Außengewinde ein entsprechendes Gegengewinde in die Wandungen des Schraubkanals, wobei nicht ausgeschlossen ist, dass beim Einformen des Gegengewindes die Nebenschneide und/oder die Hauptschneide ein Materialabtrag an der Wandung des Schraubkanals des zweiten Bauteils erzeugt.
Insbesondere ist wenigstens eines der beiden zu verbindenden Bauteile wenigstens im Bereich der zu erzeugenden Verbindung ein Kunststoffbauteil. Dabei kann es sich beispielhaft um ein Bauteil aus einem thermoplastischen Kunststoff handeln, wobei die Erfindung nicht auf derartige Kunststoffbauteile beschränkt ist.
In einer Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines wenigstens zwei Bauteile umfassenden Bauteilverbunds ist vorgesehen, dass die Schraube in einen im Wesentlichen geschlossenen Abschnitt des ersten Bauteils eingeschraubt wird.
Mit anderen Worten sieht das Verfahren ein Einschrauben mittels der erfindungsgemäßen Schraube vor, ohne dass das erste Bauteil vorgebohrt wird oder auf eine andere Art eine Durchgangsöffnung oder Vertiefung mit einer Weite, die mindestens der Hälfte des Gewindekerndurchmessers des Außengewindes der erfindungsgemäßen Schraube entspricht, zum An- und/oder Einsetzen der Schraube erzeugt wurde.
Insbesondere kann das Verfahren mit einem ersten Bauteil aus Kunststoff ausgeführt sein. Die erfindungsgemäße Schraube ist also bevorzugt zum selbsttätigen Bohren und Einschrauben in Kunststoff ausgestaltet.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens einen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bauteilverbund.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Es zeigen

1: eine Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Schraube;
2: die Schraubenspitze einer Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Schraube gemäß 1;
3: das Außengewinde sowie die Spannut einer Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Schraube gemäß 1; sowie
4: eine Ausgestaltungsform eines Bauteilverbund hergestellt mit einer erfindungsgemäßen Schraube nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

1 zeigt eine Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Schraube 10.
Ausgehend vom Schraubenkopf 60 schließt an die Unterseite des Schraubenkopfes 60 zunächst ein Schaft 50 an. In 1 nicht zu erkennen ist, dass am Schaftübergang 51 ein Radius vorgesehen ist. An den Schaft 50 schließt axial der Gewindeabschnitt 41 mit dem Außengewinde 40 an. Das Außengewinde 40 ist im gezeigten Beispiel ein Rechtsgewinde.
An die der Schraubenspitze 20 zugewandte Gewindeflanke 46 schließt die Spannut 30 an. Außengewinde 40 und Spannut 30 weisen einen helixförmigen Verlauf mit gleicher Steigung auf. Das Außengewinde 40 weist dabei einen Flankenwinkel β zwischen 20° und 40° auf.
Der darstellungsgemäß untere Bereich der Schraube 10 wird durch die Schraubenspitze 20 gebildet. Der Durchmesser der Schraubenspitze 20 entspricht im gezeigten Beispiel dem Kerndurchmesser 44. Die Schraubenspitze 20 läuft nach darstellungsgemäß unten kegelförmig spitz zu. Zu erkennen ist in der Fläche des Kegels der kegelförmigen Schraubenspitze 20 die Hauptschneide 21, an die in axialer Richtung die Nebenschneide 22 anschließt. Ebenfalls zu erkennen ist die Spankerbe 23, die von den beiden Begrenzungsflächen 24 begrenzt wird.
Im Wesentlichen benachbart zu der axialen Position, in der das Außengewinde 40 seinen spitzenseitigen Auslauf 42 aufweist, liegt der Übergang 31 von der Spankerbe 23 in die Spannut 30.
2 zeigt die Schraubenspitze 20 der erfindungsgemäßen Schraube gemäß 1 im Detail in einer um 90° gedrehten Ansicht. 2 verdeutlicht dabei, dass die der Schraubenspitze 20 zugewandte Gewindeflanke 46 unmittelbar an die Spannutflanke 33 anschließt. Es ist ebenfalls zu erkennen, dass die hier gezeigte Spannut 30 im Längsschnitt durch die Schraube ein im Wesentlichen rechteckiges Profil aufweist und dass sich der Spannutgrund 32 im Längsschnitt parallel zur Rotationsachse 100 der Schraube erstreckt.
Ebenfalls zu erkennen ist der spitzenseitige Auslauf 42 des Außengewindes. Die der Nebenschneide 22 gegenüberliegende Kante, die gemeinsam mit der Nebenschneide 22 eine Begrenzung der Spankerbe 23 bildet, weist einen leicht gebogenen Verlauf auf.
Am spitzen Ende der Schraubenspitze 20 ist die Kegelfläche 45 des spitzkegligen Endbereichs der Schraubenspitze 20 kenntlich gemacht, sowie der Spitzenwinkel γ.
3 zeigt das Außengewinde 40 einer Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Schraube gemäß 1 und stellt somit ein Detail zu 1 dar. 3 illustriert insbesondere die maßlichen Zusammenhänge zwischen dem Außengewinde 40 und der Spannut 30. Gezeigt sind hier der Gewindeflankenabstand b_GF , die Spannutbreite b_SN , die Gewindetiefe t_G und die Spannuttiefe t_SN . Ferner sind der Gewindekernradius r_K und der Spannutradius r_SN gekennzeichnet. 3 verdeutlicht außerdem, dass die Spannut 30 und das Außengewinde 40 dieselbe Steigung P mit demselben Vorzeichen der Steigung aufweisen.
4 zeigt eine Ausgestaltungsform eines Bauteilverbunds, hergestellt mit einer erfindungsgemäßen Schraube 10 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Beispielhaft handelt es sich um einen Bauteilverbund für ein Kraftfahrzeug.
Die Schraube 10 verbindet hier das erste Bauteil 91 und das zweite Bauteil 92. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das erste Bauteil 91 zwecks Herstellung der Verbindung nicht vorgebohrt oder anderweitig perforiert wurde. Die erfindungsgemäße Schraube 10 selbst erzeugt beim Einschraubvorgang die Bohrung im ersten Bauteil 91. Das zweite Bauteil 92 verfügt über einen Schraubkanal 93 zur Aufnahme der Schraube 10, wobei der Durchmesser des Schraubkanals geringer ist als der Außendurchmesser bzw. der Nenndurchmesser des Außengewindes der Schraube 10. Beim Einschraubvorgang formt das Außengewinde das entsprechende Gegengewinde in die Wandungen des Schafts 93 des zweiten Bauteils 92.
Beim Einschraubvorgang entstehende Späne werden wenigstens teilweise mittels der Spannut der Schraube 10 in Richtung Schraubenkopf transportiert. Dabei verbleibt ein Teil der entstehenden Späne in der Spannut und füllt diese mit Material des ersten Bauteils 91 und/oder des zweiten Bauteils 92 auf.
Bezugszeichenliste

10: Schraube
20: Schraubenspitze
21: Hauptschneide
22: Nebenschneide
23: Spankerbe
24: Begrenzungsfläche
30: Spannut
31: Übergang
32: Spannutgrund
33: Spannutflanken
34: Spannutbreite
40: Außengewinde
41: Gewindeabschnitt
42: spitzenseitiger Auslauf
44: Kerndurchmesser
45: Kegelfläche
46: Gewindeflanke
50: Schaft
51: Schaftübergang
60: Schraubenkopf
90: Bauteilverbund
91: erstes Bauteil
92: zweites Bauteil
93: Schraubkanal
100: Rotationsachse
P: Gewindesteigung
bGF: Gewindeflankenabstand
bSN: Spannutbreite
tG: Gewindetiefe
tSN: Spannuttiefe
rK: Gewindekernradius
rSN: Spannutradius
β: Flankenwinkel
γ: Spitzenwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3515531 A1 [0003]
DE 102014203276 A1 [0004]

Claims

Schraube (10) zum selbsttätigen Bohren beim Einschrauben, insbesondere beim Einschrauben in einen Kunststoffkörper, umfassend auf einem Gewindeabschnitt (41) ein Außengewinde (40) mit einem Kerndurchmesser (44) sowie umfassend eine Schraubenspitze (20) mit wenigstens einer stirnseitigen Hauptschneide (21) und eine an die Hauptschneide (21) in axialer Richtung anschließende Spankerbe (23), von der ausgehend die Schraube (10) eine Spannut (30) aufweist, die sich mit helixförmigem Verlauf um die Rotationsachse (100) der Schraube (10) erstreckt und in derselben Drehrichtung gängig ist wie die Steigung des Außengewindes (40).
Schraube (10) zum selbsttätigen Bohren beim Einschrauben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spannut (30) im Gewindeabschnitt (41) weiter nach radial innen erstreckt als die radiale Erstreckung des Kerndurchmessers (44) des Außengewindes (40).
Schraube (10) zum selbsttätigen Bohren beim Einschrauben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (31) zwischen der Spankerbe (23) und der Spannut (30) zwischen der Hauptschneide (21) und einem spitzenseitigen Auslauf (42) des Außengewindes (40) ausgebildet ist.
Schraube (10) zum selbsttätigen Bohren beim Einschrauben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannut (30) dieselbe Steigung (P) aufweist wie das Außengewinde (40).
Schraube (10) zum selbsttätigen Bohren beim Einschrauben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannut (30) in axialer Richtung von der Spannut (30) ausgehend einen Abstand ASN zu einer benachbarten Gewindeflanke aufweist, der in Bezug zum axialen Abstand zweier zusammen eine Gewinderille ausbildender Flanken b_GF in folgendem Verhälts steht: A_SN/b_CF < 0,01.
Schraube (10) zum selbsttätigen Bohren beim Einschrauben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Spankerbe (23) begrenzende Begrenzungsfläche (24) eine Nebenschneide (22) ausbildet.
Schraube (10) zum selbsttätigen Bohren beim Einschrauben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spankerbe (23) im Material der Schraubenspitze (20) durch zwei winklig zueinander verlaufende Begrenzungsflächen (24) ausgebildet ist, wobei die Spannut (30) von einer der beiden Begrenzungsflächen (24) ausgeht.
Verfahren zur Herstellung eines wenigstens zwei Bauteile umfassenden Bauteilverbunds (90) mittels einer Schraubverbindung, wobei eine Schraube (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 in wenigstens ein erstes Bauteil (91) eingeschraubt wird und ein zweites Bauteil (92) mittels der Schraube (10) fixiert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds (90) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (10) in einen im Wesentlichen geschlossenen Abschnitt des ersten Bauteils (91) eingeschraubt wird.
Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftwagen, umfassend einen Bauteilverbund (90), hergestellt gemäß einem der Ansprüche 8 und 9.