DE102021214846A1

DE102021214846A1 - Schraube mit Dichtscheibe, Anordnung mit einer Schraube und einer Dichtscheibe und Verfahren zum Herstellen einer Schraubverbindung

Info

Publication number: DE102021214846A1
Application number: DE102021214846.8A
Authority: DE
Inventors: Martin Ivanijko; André Palenga
Original assignee: Arnold Umformtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Arnold Umformtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2021-12-21
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2023-06-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schraube mit Dichtscheibe, wobei die Schraube als fließlochformende Schraube zum Einschrauben in wenigstens ein, insbesondere ungelochtes Bauteil ausgebildet ist und einen Schraubenkopf und einen Schraubenschaft aufweist, wobei die Dichtscheibe einen äußeren Ringbereich mit einer ersten Materialdicke aufweist, und wobei ein Innendurchmesser des äußeren Ringbereichs größer ist als ein Außendurchmesser des Schraubenschafts in einem an den Schraubenkopf anschließenden Bereich, bei der die Dichtscheibe einen inneren Bereich aufweist, der sich ausgehend von dem äußeren Ringbereich nach innen erstreckt und der gegenüber dem äußeren Ringbereich eine kleinere Materialdicke aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraube mit Dichtscheibe, wobei die Schraube als fließlochformende Schraube zum Einschrauben in wenigstens ein, insbesondere ungelochtes, Bauteil oder zum Verbinden von wenigstens zwei, insbesondere ungelochten Bauteilen ausgebildet ist und einen Schraubenkopf und einen Schraubenschaft aufweist, und wobei ein Innendurchmesser des äußeren Ringbereichs größer ist als ein Außendurchmesser des Schraubenschafts in einem an den Schraubenkopf anschließenden Bereich. Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung mit einer Schraube und einer Dichtscheibe sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Schraubverbindung zwischen wenigstens zwei, insbesondere ungelochten, Bauteilen mit einer Schraube und einer Dichtscheibe.
Fließlochformende Schrauben werden verwendet, um zwei Bauteile miteinander zu verbinden, wobei wenigstens ein unteres Bauteil nicht vorgelocht ist. Die fließlochformende Schraube weist eine abgerundete Spitze auf, die nicht mit einem Gewinde versehen ist. Vor oder nach dem Aufsetzen der Spitze auf das Bauteil wird die Schraube in Drehung versetzt und axial angedrückt. Die entstehende Reibungswärme erwärmt das Blech so stark, dass dieses von der Schraube verdrängt wird. Dadurch bildet die Schraube einen Durchzug in dem Bauteil aus. Im weiteren Verlauf des Schafts ist die Schraube mit einem Gewinde versehen. Nach dem Herstellen des Durchzugs wird dadurch ein Gewinde in die hergestellte Durchgangsöffnung eingefurcht. Beim Herstellen des Durchzugs wird nicht nur das Material des nicht vorgelochten Bauteils in der Einschraubrichtung sondern auch entgegen der Einschraubrichtung verdrängt. Werden daher fließlochformende Schrauben mit am Schraubenschaft angeordneten Dichtscheiben eingesetzt, so kann es sein, dass das entgegen der Einschraubrichtung aufsteigende Material des nicht vorgelochten Bauteils einen Dichtsitz der Dichtscheibe verhindert. Konventionelle fließlochformende Schrauben mit Dichtscheiben werden daher ausschließlich zum Verbinden von zwei oder mehr Bauteilen eingesetzt, bei denen das oberste der Bauteile vorgelocht ist. Fließlochformende Schrauben mit Dichtscheiben werden beispielsweise bei der Herstellung von Batteriekästen für Elektrofahrzeuge eingesetzt. Hier muss eine Deckelplatte des Batteriekastens mittels zahlreicher Schrauben mit einer Kastenstruktur des Batteriekastens verbunden werden. Das Vorlochen des Deckels an den exakt vorgegebenen Stellen ist dabei aufwendig. Deckel für Batteriekästen werden unter anderem aus Festigkeitsgründen und aus Feuerschutzgründen aus Stahl hergestellt. Um eine Korrosion des Stahls möglichst zu verhindern, werden die Deckel beispielsweise mit einer kathodischen Tauchlackierung (KTL) beschichtet. Beim Verschrauben des Batteriekastendeckels mittels fließlochformender Schrauben kann es dazu kommen, dass diese KTL-Beschichtung zerstört wird und dadurch ein potenzieller Korrosionsherd geschaffen ist. Fließlochformende Schrauben werden beispielsweise auch dazu verwendet, um eine mit einer Kontaktfahne versehene Dichtscheibe zu befestigen. Ein weiterer Anwendungszweck kann darin liegen, ein Schraube mit Gewindebolzen zu befestigen, die beispielsweise mittig einen Flansch aufweist, auf einer Seite des Flansches einen fließlochformenden Schraubenabschnitt aufweist und auf der anderen Seite des Flansches den Gewindebolzen aufweist. Der Gewindebolzen kann als Massebolzen zur Kontaktierung dienen. Der Flansch ist auf der Seite des fließlochformenden Schraubenabschnitts mit einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Dichtscheibe versehen. Die Dichtscheibe kann in diesem Fall auch einstückig mit der Schraube ausgebildet sein.
Mit der Erfindung sollen eine Schraube mit Dichtscheibe, eine Anordnung mit einer Schraube und einer Dichtscheibe und ein Verfahren zum Herstellen einer Schraubverbindung verbessert werden.
Erfindungsgemäß ist hierzu eine Schraube mit einer Dichtscheibe vorgesehen, wobei die Schraube als fließlochformende Schraube zum Einschrauben in wenigstens ein, insbesondere ungelochtes Bauteil ausgebildet ist und einen Schraubenkopf und einen Schraubenschaft aufweist, wobei die Dichtscheibe einen äußeren Ringbereich mit einer ersten Materialdicke aufweist, und wobei ein Innendurchmesser des äußeren Ringbereichs größer ist als ein Außendurchmesser des Schraubenschafts in einem an den Schraubenkopf anschließenden Bereich, bei der die Dichtscheibe einen inneren Bereich aufweist, der sich ausgehend von dem äußeren Ringbereich nach innen erstreckt und der gegenüber dem äußeren Ringbereich eine kleinere Materialdicke aufweist.
Im montierten Zustand liegt zwischen dem Außenumfang des Schraubenschafts in dem an den Schraubenkopf anschließenden Bereich und dem Innenumfang des äußeren Ringabschnitts der Dichtscheibe ein Ringraum, in den beim Fließlochformen von der Schraube entgegen der Einschraubrichtung verdrängtes Material eindringen kann. Dadurch kann auch beim Verbinden von ungelochten Bauteilen eine zuverlässige Abdichtung der Schraubverbindung mittels der Dichtscheibe erzielt werden, da keine Gefahr besteht, dass die Dichtscheibe durch entgegen der Einschraubrichtung verdrängtes Material von der Oberseite des ersten Bauteils weggedrückt wird. Dieser Ringraum wird durch den Innenbereich mit gegenüber dem äußeren Ringbereich kleineren Materialdicke erreicht. Die Dichtscheibe kann dadurch eine Abdichtfunktion erfüllen und dadurch kann eine dichtende Anordnung bereitgestellt werden. Die erfindungsgemäße Schraube mit Dichtscheibe kann auch zum Verschrauben von vorgelochten Bauteilen verwendet werden. Der innere Bereich mit kleinerer Materialdicke ist dabei dann besonders vorteilhaft, wenn die Bauteile zusätzlich noch verklebt werden. Der innere Bereich verhindert dann zuverlässig, dass beim Aufeinanderdrücken der beiden Bauteile Klebstoff an der Dichtscheibe vorbeigelangt und auf der Oberseite der Schraubverbindung für Verschmutzungen sorgt. Die Dichtscheibe kann im Rahmen der Erfindung als getrenntes Teil von der Schraube ausgebildet sein. Es ist im Rahmen der Erfindung aber auch möglich, die Dichtscheibe mit ihrem inneren Bereich am Schraubenschaft zu befestigen oder die Dichtscheibe einstückig mit dem Schraubenkopf auszubilden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Dichtscheibe eine konzentrische Öffnung aufweist, in die die Schraube eingeschraubt wird. Dieser Einschraubvorgang kann dann vor dem Einsatz der Schraube erfolgen, so dass die Dichtscheibe am Schraubenschaft befestigt ist und erst dann die fließlochformende Schraube auf die zu verschraubenden Bauteile aufgesetzt wird. Eine Befestigung des inneren Bereichs am Schraubenschaft kann auch durch radiales Verpressen der Dichtscheibe am Schaft oder durch Einbringen einer Verstemmung am Schaft und/oder an der Dichtscheibe erfolgen. Die Dichtscheibe kann beispielsweise auch mit einem Elastomerring oder einer Elastomerscheibe oder einem Ring oder einer Scheibe aus Dichtungsmaterial versehen sein. Dichtungsmaterial kann auch vor dem Aufsetzen der Dichtscheibe auf das Bauteil an der Unterseite der Dichtscheibe und/oder an der Oberseite des Bauteils angebracht werden.
In Weiterbildung der Erfindung weist die Dichtscheibe einen äußeren Ringbereich mit einer ersten Materialdicke auf, wobei ein Innendurchmesser des äußeren Ringbereichs kleiner ist als ein Außendurchmesser des Schraubenkopfs, so dass der Ringbereich und eine Unterseite des Schraubenkopfes im montierten Zustand von Schraube und Dichtscheibe wenigstens abschnittsweise aufeinanderliegen.
Dadurch ist eine dichtende Anordnung möglich.
In Weiterbildung der Erfindung ist der innere Bereich als durchgehende Scheibe ausgebildet.
In einem solchen Fall wird die Dichtscheibe zuerst auf eine Oberseite eines oberen zu verschraubenden Bauteils aufgelegt und dann, insbesondere mit einem Niederhalter, festgehalten. Der Niederhalter hat beispielsweise eine Ringform und kann gleichzeitig die miteinander zu verschraubenden Bauteile gegeneinander drücken. Es kann auch eine Zuführeinrichtung verwendet werden, die die Dichtscheibe an ihrem, insbesondere nicht kreisförmigen Außenumfang hält. Mittels Formschluss oder Kraftschluss kann ein Rotieren der Dichtscheibe verhindert werden. Die fließlochformende Schraube wird dann auf die Dichtscheibe im inneren Bereich aufgesetzt und durchdringt dann zunächst die Dichtscheibe, bevor die Spitze der fließlochformende Schraube auf der Oberseite des oberen Bauteils zu liegen kommt und dann in bekannter Weise eine Durchgangsöffnung mittels Fließlochformen in den miteinander zu verschraubenden Bauteilen bildet. Die Dichtscheibe wird also während des Verschraubungsprozesses zugeführt und ist nicht vorkonfektioniert, also nicht am Schaft der Scheibe befestigt.
In Weiterbildung der Erfindung ist der innere Bereich mit einer konzentrischen kreisförmigen Durchgangsöffnung, einer mehreckigen, insbesondere hexagonalen Durchgangsöffnung oder einer polylobularen Durchgangsöffnung versehen.
Die Dichtscheibe kann dann durch Aufprägen, Aufpressen oder Aufschrauben mit dem Schaft der fließlochformenden Schraube verbunden sein. Vorteilhafterweise ist die Dichtscheibe drehbar auf dem Schaft der fließlochformenden Schraube fixiert. Alternativ kann die Dichtscheibe als separates Teil ausgebildet sein und auf der Oberseite eines oberen zu verschraubenden Bauteils positioniert werden. Die Durchgangsöffnung kann dann das Ansetzen der fließlochformenden Schraube erleichtern. Die Durchgangsöffnung kann dabei kleiner oder größer sein als der Außendurchmesser des Schraubenschafts. Vorteilhafterweise ist der Durchmesser der Durchgangsöffnung so groß, dass die Spitze der fließlochformenden Schraube durch die Durchgangsöffnung hindurch gelangen kann, bis sie auf der Oberseite des oberen der zu verschraubenden Bauteile aufliegt. Eine polylobularen Durchgangsöffnung weist mehrere abgerundete Ecken und die Ecken verbindende, nach außen gekrümmte Bereiche auf.
In Weiterbildung der Erfindung ist ein Durchmesser der Durchgangsöffnung kleiner als ein Außendurchmesser des Schraubenschafts in einem an den Schraubenkopf anschließenden Bereich.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Innendurchmesser des äußeren Ringbereichs der Dichtscheibe mindestens doppelt so groß wie ein Außendurchmesser des Schraubenschafts in einem an den Schraubenkopf anschließenden Bereich.
Auf diese Weise steht beim Verschrauben der fließlochformenden Schraube genügend Platz für entgegen der Einschraubrichtung aufsteigendes Material des oberen der zu verschraubenden Bauteile zur Verfügung. Beispielsweise beträgt der Schaftdurchmesser der fließlochformenden Schraube 4mm, wobei hier der Außendurchmesser des Schraubenschafts unmittelbar anschließend an den Schraubenkopf gemeint ist. Der Innendurchmesser des äußeren Ringbereichs beträgt dann beispielsweise 9mm. Indem genügend Platz für entgegen der Einschraubrichtung aufsteigendes Material zur Verfügung gestellt ist, kann ein zuverlässiger Dichtsitz zwischen der Unterseite des Schraubenkopfs und der Oberseite der Dichtscheibe einerseits sowie zwischen der Unterseite der Dichtscheibe und der Oberseite des oberen zu verschraubenden Bauteils andererseits sichergestellt werden.
In Weiterbildung der Erfindung weist der Schraubenkopf an seiner Unterseite eine sich in den Schraubenkopf hineinerstreckende Ringnut auf.
Die Ringnut umgibt das Ende des Schraubenschafts zum Aufnehmen von Material der Dichtscheibe und/oder von beim Fließlochformen aufsteigendem Material. Auf diese Weise kann das beim Fließlochformen verdrängte Material der Dichtscheibe oder des oberen der zu verschraubenden Bauteile aufgenommen werden und ein planes Aufliegen der Unterseite des Schraubenkopfes auf der Oberseite der Dichtscheibe kann sichergestellt werden. Beispielsweise verformt sich der innere Bereich der Dichtscheibe beim Eindrehen der Schraube und kann sich dann im fertigmontierten Zustand wenigstens abschnittsweise in die Ringnut hinein erstrecken.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine der Unterseite des Schraubenkopfs zugewandte Oberseite der Dichtscheibe eben ausgebildet.
Auf diese Weise wird ein zuverlässiger Dichteingriff mit der Unterseite des Schraubenkopfes erzielt.
Das der Erfindung zugrundeliegenden Problem wird auch durch eine Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Schraube und einer erfindungsgemäßen Dichtscheibe sowie mit wenigstens zwei mittels der Schraube miteinander verbundenen Bauteilen gelöst, bei der sich der Schraubenschaft durch den inneren Bereich der Dichtscheibe und die wenigstens zwei Bauteile hindurcherstreckt, wobei während des Fügeprozesses entgegen der Einschraubrichtung aufgestiegenes Material des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils zwischen der Unterseite des Schraubenkopfes und radial innerhalb des äußeren Ringbereichs der Dichtscheibe angeordnet ist.
Auf diese Weise kann eine zuverlässige Dichtwirkung der Dichtscheibe erzielt werden, so dass die erfindungsgemäße Anordnung beispielsweise beim Anbringen von Deckeln auf Batteriekästen für Elektrofahrzeuge eingesetzt werden kann, ohne dass die Deckel vorgelocht werden müssen.
In Weiterbildung der Erfindung liegt der innere Bereich der Dichtscheibe an dem Außenumfang des Schraubenschafts an.
Auf diese Weise kann eine Verbesserung der Dichtwirkung erzielt werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist der innere Bereich der Dichtscheibe wenigstens abschnittsweise verformt und erstreckt sich in eine Ringnut im Schraubenkopf hinein.
Das der Erfindung zugrundeliegenden Problem wird auch durch ein Verfahren zum Herstellen einer Schraubverbindung zwischen wenigstens zwei, insbesondere ungelochten, Bauteilen mit einer Schraube und einer Dichtscheibe gelöst, wobei die Schraube und die Dichtscheibe insbesondere erfindungsgemäß ausgebildet sind, bei dem die Schritte des Anordnens der Dichtscheibe auf einer Oberseite eines ersten der Bauteile, des Festhaltens der Dichtscheibe an der Oberseite des ersten Bauteils , des Positionierens der Schraube konzentrisch zu der Dichtscheibe, des Aufsetzens der Schraube auf die Dichtscheibe oder auf die Oberseite des ersten Bauteils und des Eindrehens der Schraube und des Ausbildens einer Durchgangsöffnung durch die wenigstens zwei Bauteile mittels Eindrehen der fließlochformenden Schraube und des Anziehens der Schraube, bis eine Unterseite des Schraubenkopfs dichtend auf einer Oberseite des äußeren Ringbereichs der Dichtscheibe aufliegt, vorgesehen sind.
Die Dichtscheibe kann dabei ohne Öffnung ausgebildet sein oder auch eine konzentrische Öffnung haben deren Durchmesser größer oder kleiner als der Außendurchmesser des Schafts ist. Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist, dass die Dichtscheibe getrennt von der Schraube auf der Oberseite des ersten Bauteils positioniert und gehalten wird und erst dann die fließlochformende Schraube in das erste Bauteil und das zweite Bauteil sowie gegebenenfalls weitere Bauteile eingeschraubt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das obere, erste Bauteil auch vorgelocht sein.
In Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Festhalten der Dichtscheibe an der Oberseite des ersten Bauteils mittels eines Niederhalters.
Die Dichtscheibe wird vorteilhafterweise mittels eines Niederhalters auf der Oberseite des ersten Bauteils gehalten. Der Niederhalter kann gleichzeitig verwendet werden, die miteinander zu verschraubenden Bauteile gegeneinander zu pressen. Der Niederhalter kann beispielsweise ringförmig ausgebildet sein, so dass die fließlochformende Schraube durch den Niederhalter hindurch in die zu verschraubenden Bauteile und die Dichtscheibe eingeschraubt werden kann.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass die der Dichtscheibe zugewandte Oberseite des Bauteils geschützt wird, da sich die Dichtscheibe nicht auf dem Bauteil dreht sondern festgehalten wird. Es wird also eine rotatorische Relativbewegung zwischen der Oberfläche des Bauteils und der Dichtscheibe verhindert. Eine Unterseite der Dichtscheibe kann eine Kunststoffbeschichtung aufweisen, beispielsweise ein Elastomer. Kunststoff oder Dichtmittel kann auch vor dem Aufsetzen der Dichtscheibe auf das Bauteil auf der Dichtscheibe und/oder das Bauteil aufgebracht werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einer fließlochformenden Schraube und einer Dichtscheibe sowie mit zwei miteinander zu verbindenden Bauteilen,
2 die Anordnung der 1 in einem Zustand, in dem ein Niederhalter die Dichtscheibe und die beiden zu verschraubenden Bauteile aufeinanderpresst und
3 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung im verschraubten Zustand.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer fließlochformenden Schraube 10 und einer Dichtscheibe 12. Die Schraube 10 soll dafür verwendet werden, in eine Struktur 14 eingeschraubt zu werden, die bei der dargestellten Ausführungsform aus einem ersten, oberen ungelochten Bauteil 16 und einem zweiten, unteren ungelochten Bauteil 18 besteht. Beispielsweise bildet das erste ungelochte Bauteil 16 einen Batteriekastendeckel und das zweite ungelochte Bauteil 18 bildet eine Batteriekastenstruktur für einen Batteriekasten eines Elektrofahrzeugs. Es ist dabei wesentlich, dass die Verschraubung mittels der fließlochformenden Schraube 10 gasdicht ausgeführt wird. Hierzu ist die Dichtscheibe 12 vorgesehen. Im vollständig montierten Zustand, siehe 3, liegt eine Unterseite eines Schraubenkopfes 20 der Schraube 10 dichtend auf einer Oberseite der Dichtscheibe 12 auf und eine Unterseite der Dichtscheibe 12 liegt dichtend auf einer Oberseite des ersten Bauteils 16 auf. Eventuell durch die Schraubverbindung entweichendes Fluid, das sich beispielsweise entlang der Gewindegänge der Schraube 10 durch die beiden Bauteile 18, 16 hindurch in den Bereich unterhalb des Schraubenkopfes 20 ausbreitet, wird dann durch den Dichteingriff zwischen dem Schraubenkopf 20 und der Dichtscheibe 12 einerseits sowie der Dichtscheibe 12 und der Oberseite des ersten Bauteils 16 andererseits daran gehindert, in den Bereich oberhalb des Schraubenkopfes 20 zu entweichen. Im Rahmen der Erfindung soll die Verschraubung dichtend aber nicht notwendigerweise gasdicht ausgeführt werden.
Anhand der 1 ist zu erkennen, dass die Dichtscheibe 12 einen äußeren Ringbereich 22 mit einer ersten Materialdicke aufweist. Die Dichtscheibe 12 weist darüber hinaus einen inneren Bereich 24 auf, der gegenüber dem äußeren Ringbereich 22 eine kleinere Materialdicke aufweist und dadurch eine Verjüngung der Dichtscheibe 12 bildet. Bei der dargestellten Ausführungsform beträgt die Materialdicke des inneren Bereichs 24 lediglich etwas ein Viertel der Materialdicke des äußeren Ringbereichs 22. Im Rahmen der Erfindung kann die Materialdicke des inneren Bereichs 24 zwischen der Hälfte und einem Zehntel der Materialdicke des äußeren Ringbereichs 22 liegen.
Die Dichtscheibe 12 ist so ausgebildet, dass die Verjüngung mittels des inneren Bereichs 24 zwischen der Oberseite des ersten Bauteils 16 und der Unterseite des inneren Bereichs 24 einen Raum 26 zwischen der Dichtscheibe 12 und der Oberseite des oberen Bauteils 16 bildet, in den beim Fließlochformen mittels der Schraube 10 gegebenenfalls entgegen der Einschraubrichtung aufsteigendes Material eindringen kann. Eine Einschraubrichtung der Schraube 10 verläuft in der Darstellung der 1 von oben nach unten. Zusätzlich dringt in den Raum 26 der Schaft der fließlochformenden Schraube 10 ein. In dem Bereich des Raums 26, der dann den Schraubenschaft der Schraube 10 umgibt, steht aber noch ausreichend Raum zur Verfügung, um entgegen der Einschraubrichtung aufsteigendes Material des ersten Bauteils 16 aufzunehmen.
Ein Innendurchmesser des äußeren Ringbereichs 22 ist in 1 mit D₁ eingezeichnet. Der Innendurchmesser D₁ entspricht dem Durchmesser des inneren Bereichs 24, mit anderen Worten dem Durchmesser der Verjüngung der Dichtscheibe 12. Ein Außendurchmesser des Schafts der Schraube 10 ist in 1 mit A_s eingetragen. Der Außendurchmesser A_s wird dabei unmittelbar unterhalb eines Schraubenkopfs der Schraube 10 gemessen. Um genügend Platz in dem Raum 26 für entgegen der Einschraubrichtung aufsteigendes Material des Bauteils 16 und/oder des Bauteils 18 zur Verfügung zu stellen, beträgt der Innendurchmesser D₁ des äußeren Ringbereichs 22 der Dichtscheibe 12 mindestens das Doppelte des Außendurchmesser A_s des Schraubenschafts der Schraube 10 in dem an den Schraubenkopf anschließenden Bereich. Wenn der Außendurchmesser A_s des Schraubenschaft der Schraube 10 beispielsweise 4mm beträgt, kann der Innendurchmesser D₁ des äußeren Ringbereichs 22 9mm betragen.
Im Rahmen der Erfindung kann der Durchmesser D1 größer oder kleiner sein als der Außendurchmesser A_s des Schraubenschafts.
Eine Materialdicke des äußeren Ringbereichs 22 kann dabei im Bereich weniger Millimeter liegen und beispielsweise 2mm betragen. Im inneren Bereich 24 kann die Materialdicke dann 0,5mm betragen.
2 zeigt die Anordnung der 1 sowie zusätzlich noch einen Niederhalter 28, der Teil einer nicht dargestellten Schraubvorrichtung bildet. Beim Herstellen einer Schraubverbindung zwischen der Schraube 10 und den beiden Bauteilen 16, 18 wird zunächst die Dichtscheibe 12 auf der Oberseite des ersten Bauteils 16 angeordnet. Dies kann bereits mittels des Niederhalters 28 geschehen, wenn dieser beispielsweise nicht dargestellte Einrichtungen aufweist, um die Dichtscheibe 12 festzuhalten. Der Niederhalter 28 ist beispielsweise ringförmig. Die Dichtscheibe 12 wird dann mittels des Niederhalters 28 festgehalten und gegen die Oberseite des ersten Bauteils 16 gedrückt. Dadurch wird nicht nur die Dichtscheibe 12 in Position gehalten sondern die beiden Bauteile 16, 18 werden auch gegeneinander gedrückt. Das zweite Bauteil 18 kann hierzu abgestützt sein oder eine in 2 nicht dargestellte Matrize kann als Gegenhalter an der Unterseite des zweiten Bauteils 18 anliegen. Im Rahmen der Erfindung können auch mehr als zwei Bauteile miteinander verschraubt werden.
Ausgehend vom Zustand der 2 wird die Schraube 10 mit ihrer Spitze auf die Oberseite der Dichtscheibe 12 aufgesetzt und mittels einer nicht dargestellten Schraubvorrichtung in Drehung versetzt. Die Schraube 10 wird mittels der Schraubvorrichtung gleichzeitig in axialer Richtung auf die Dichtscheibe 12 zugedrückt. Der innere Bereich 24 wird dadurch entweder eingedrückt oder von der Spitze der Schraube 10 durchdrungen. Der axiale Anpressdruck der Schraube 10 und die Drehzahl der Schraube 10 sind dabei so gewählt, dass durch die drehende Spitze der innere Bereich 24 der Dichtscheibe 12 erwärmt wird und die Spitze dadurch den inneren Bereich der Dichtscheibe 12 durchdringt. In gleicher Weise sorgt die angedrückte und sich drehende Spitze der Schraube 10 dann dafür, dass sich das erste Bauteil 16 und das zweite Bauteil 18 so stark erwärmen, dass die fließlochformende Schraube 10 einen Durchzug in den beiden Bauteilen 16, 18 herstellen kann. Sobald dieser Durchzug hergestellt ist und die Spitze der fließlochformenden Schraube 10 in das erste Bauteil 16 und das zweite Bauteil 18 so weit eingedrungen ist, dass eine Durchgangsöffnung hergestellt ist, gelangt das Gewinde am Schraubenschaft der Schraube 10 in Eingriff mit der Innenseite der Durchgangsöffnung und furcht dadurch ein Gewinde in die Durchgangsöffnung oder den Durchzug. Die Schraube 10 kann dann weiter eingeschraubt werden, bis die Unterseite des Schraubenkopfes der Schraube 10 auf der Oberseite der Dichtscheibe 12 anliegt. Das Anzugsmoment wird dann so gewählt, dass zwischen der Unterseite des Schraubenkopfes und der Oberseite der Dichtscheibe 12 einerseits sowie der Unterseite der Dichtscheibe 12 und der Oberseite des ersten Bauteils 16 andererseits ein Dichteingriff realisiert ist. Nachdem die Schraube 10 vollständig eingeschraubt ist, kann der Niederhalter 28 entfernt werden.
Der innere Bereich 24 kann auch mit einer Durchgangsöffnung versehen sein, wobei die Durchgangsöffnung größer oder kleiner sein kann als der Außendurchmesser A_s des Schraubenschafts der Schraube 10. Vorteilhafterweise ist eine Durchgangsöffnung im inneren Bereich 24 der Dichtscheibe 12 so groß, dass die Spitze der Schraube 10 durch diese Durchgangsöffnung hindurch geführt werden kann, bis die Schraubenspitze auf der Oberseite des ersten Bauteils 16 aufliegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mit einer Dichtscheibe 12 durchgeführt werden, die keinen inneren Bereich 24 mit verringerter Materialstärke hat. In diesem Fall wird die Spitze der Schraube 10 unmittelbar auf die Oberseite des ersten Bauteils 16 aufgesetzt und dann eingeschraubt, bis die Unterseite des Schraubenkopfes auf der Oberseite der Dichtscheibe 12 aufliegt. Der Niederhalter 28 hält dabei die Dichtscheibe 12 in Position und der Bereich innerhalb des äußeren Ringbereichs 22 der Dichtscheibe 12 bietet dann genügend Raum für entgegen der Einschraubrichtung aufsteigendes Material des ersten Bauteils 16 und/oder des zweiten Bauteils 18 während des Vorgangs des Fließlochformens.
Die Darstellung der 3 zeigt eine abschnittsweise Schnittansicht der fließlochformenden Schraube 10 in vollständig eingeschraubten Zustand. Die Dichtscheibe 12 ist nun zwischen der Unterseite des Schraubenkopfes 20 und der Oberseite des ersten Bauteils 16 aufgenommen. Die Unterseite des Schraubenkopfes 20 liegt dichtend an der Oberseite der Dichtscheibe 12 an und die Unterseite der Dichtscheibe 12 liegt dichtend an der Oberseite des ersten Bauteils 16 an. Das Gewinde am Schaft der Schraube 10 hat ein Gewinde in einen von der Schraubenspitze gebildeten Durchzug 30 eingefurcht. Der Durchzug 30 wird dabei einerseits durch Material des zweiten, unteren Bauteils 18 gebildet, das in Einschraubrichtung, in 3 also nach unten, verformt und verdrängt wurde. Der Durchzug 30 wird aber auch durch das Material des ersten Bauteils 16 gebildet. An der Oberseite des ersten Bauteils 16 ist zu erkennen, dass in einem Bereich 32 das Material des ersten Bauteils 16 entgegen der Einschraubrichtung nach oben aufgestiegen ist. Dieses Material füllt nun den Raum 26 aus, der ursprünglich, siehe 1, unterhalb des inneren Bereichs 24 der Dichtscheibe 12 gebildet war.
Der innere Bereich 24 der Dichtscheibe 12 ist mittels des Schraubenschafts der Schraube 10 durchdrungen und verformt worden. Der innere Bereich 24 wurde entgegen der Einschraubrichtung nach oben gedrückt und erstreckt sich nun in eine Ringnut 34 in der Unterseite des Schraubenkopfes 20 hinein.
Anhand der 3 ist zu erkennen, dass mit der Erfindung eine abgedichtete Schraubverbindung auch dann bereitgestellt werden kann, wenn die fließlochformende Schraube 10 in die beiden ungelochten Bauteile 16, 18 eingeschraubt wird. Die spezielle erfindungsgemäße Ausbildung der Dichtscheibe 12 stellt dann ausreichend Raum zur Verfügung, um entgegen der Einschraubrichtung aufsteigendes Material des ersten Bauteils 16 und/oder des zweiten Bauteils 18 im Bereich 34 aufzunehmen.
Im Rahmen der Erfindung ist die Ringnut 34 im Schraubenkopf 20 nicht unbedingt erforderlich. Beispielsweise kann der Raum 26 zwischen dem inneren Bereich 24 der Dichtscheibe 12 und der Oberseite des ersten Bauteils 16 so groß gewählt werden, dass die Ringnut 34 nicht erforderlich ist. Wie ausgeführt wurde, kann im Rahmen der Erfindung das erste Bauteil vorgelocht sein. Im Rahmen der Erfindung kann auch der innere Bereich 24 der Dichtscheibe 12 entfallen. Wesentlich ist, dass innerhalb des äußeren Ringbereichs 22 der erfindungsgemäßen Dichtscheibe 12 und unterhalb des Schraubenkopfes 20 der fließlochformenden Schraube 10 genügend Raum zur Verfügung gestellt wird, um das in dem Bereich 32 aufsteigende Material des ersten Bauteils 16 und/oder des zweiten Bauteils 18 beim Fließlochformen aufzunehmen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass eine zuverlässige Dichtwirkung der Dichtscheibe 12 erfolgt.

Claims

Schraube (10) mit Dichtscheibe (12), wobei die Schraube (10) als fließlochformende Schraube zum Einschrauben in wenigstens ein, insbesondere ungelochtes, Bauteil ausgebildet ist und einen Schraubenkopf (20) und einen Schraubenschaft aufweist, wobei die Dichtscheibe (12) einen äußeren Ringbereich (22) mit einer ersten Materialdicke aufweist, und wobei ein Innendurchmesser des äußeren Ringbereichs (22) größer ist als ein Außendurchmesser des Schraubenschafts in einem an den Schraubenkopf (20) anschließenden Bereich, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (12) einen inneren Bereich aufweist, der sich ausgehend von dem äußeren Ringbereich (22) nach innen erstreckt und der gegenüber dem äußeren Ringbereich (22) eine kleinere Materialdicke aufweist.
Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendurchmesser des äußeren Ringbereichs (22) kleiner ist als ein Außendurchmesser des Schraubenkopfs (20), so dass der äußere Ringbereich (22) und eine Unterseite des Schraubenkopfes (20) im montierten Zustand von Schraube (10) und Dichtscheibe (12) wenigstens abschnittsweise aufeinanderliegen.
Schraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Bereich (24) als durchgehende Scheibe ausgebildet ist.
Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Bereich mit einer konzentrischen kreisförmigen Durchgangsöffnung, einer mehreckigen, insbesondere hexagonalen Durchgangsöffnung oder einer polylobularen Durchgangsöffnung versehen ist.
Schraube nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser der Durchgangsöffnung wenigstens teilweise kleiner ist als ein Außendurchmesser des Schraubenschafts in einem an den Schraubenkopf (20) anschließenden Bereich.
Schraube nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des äußeren Ringbereichs (22) der Dichtscheibe (12) mindestens doppelt so groß ist wie ein Außendurchmesser des Schraubenschafts in einem an den Schraubenkopf (20) anschließenden Bereich.
Schraube nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf (20) an seiner Unterseite eine sich in den Schraubenkopf (20) hinein erstreckende Ringnut (34) aufweist
Schraube nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Unterseite des Schraubenkopfs (20) zugewandte Oberseite der Dichtscheibe (12) eben ausgebildet ist.
Anordnung mit einer Schraube (10) und einer Dichtscheibe (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche sowie mit wenigstens einem Bauteil, in das die Schraube eingeschraubt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Schraubenschaft durch den inneren Bereich der Dichtscheibe (12) und die wenigstens zwei Bauteile (16, 18) hindurch erstreckt, wobei während des Fügeprozesses entgegen der Einschraubrichtung aufgestiegenes Material des ersten Bauteils (16) und/oder des zweiten Bauteils (18) zwischen der Unterseite des Schraubenkopfes (20) und radial innerhalb des äußeren Ringbereichs (22) der Dichtscheibe (12) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 8, mit wenigstens zwei mittels der Schraube (10) miteinander verbundenen Bauteilen (16, 18).
Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Bereich (24) der Dichtscheibe (12) an dem Außenumfang des Schraubenschafts anliegt.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Bereich (24) der Dichtscheibe (12) wenigstens abschnittsweise verformt ist und sich in eine Ringnut (34) im Schraubenkopf (20) hinein erstreckt.
Verfahren zum Herstellen einer Schraubverbindung zwischen wenigstens einem insbesondere ungelochten, Bauteil (16, 18) und einer Schraube (10) und einer Dichtscheibe (12), insbesondere nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Anordnen der Dichtscheibe (12) auf einer Oberseite eines ersten der Bauteile (16, 18), Festhalten der Dichtscheibe (12) an der Oberseite des ersten Bauteils (16), Positionieren der Schraube (10) konzentrisch zu der Dichtscheibe (12), Aufsetzen der Schraube (10) auf die Dichtscheibe (12) oder auf die Oberseite des ersten Bauteils (16) und Eindrehen der Schraube (10) und Ausbilden einer Durchgangsöffnung durch die wenigstens zwei Bauteile (16, 18) mittels Eindrehen der fließlochformenden Schraube (10) und Anziehen der Schraube (10), bis eine Unterseite des Schraubenkopfs (20) dichtend auf einer Oberseite eines äußeren Ringbereichs (22) der Dichtscheibe (12) aufliegt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Festhalten der Dichtscheibe (12) an der Oberseite des ersten Bauteils (16) mittels eines Niederhalters (28) erfolgt.