DE10248102A1

DE10248102A1 - Verfahren zum Fügen von Stahlelementen mit einer Schraube und für das Verfahren geeignete Schrauben

Info

Publication number: DE10248102A1
Application number: DE10248102A
Authority: DE
Inventors: Juergen Koetter
Original assignee: Schmitz Cargobull AG
Current assignee: Schmitz Cargobull AG
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2003-07-24
Anticipated expiration: 2022-10-16
Also published as: DE10248102B4; DE20116901U1

Abstract

Verfahren zum Fügen von Stahlelementen, die mittels einer durch Bohrungen reichenden metallenen Schraube mit Mutter (10.3) verbunden werden, wobei die Schraube einen Einpaßschaftteil (7) besitzt, der mit über seine Peripherie verteilten, in Achsenrichtung der Schraube verlaufenden Kanneluren (12) und Rippen (11) versehen ist, und einen den unteren Teil der Schraube bildenden Gewindeschaftteil (8) aufweist, auf den die Mutter aufschraubbar ist, unter Verwendung einer Schraube, deren Gewindeschaftteil länger als die addierten dicken der Stahlelemente im Bereich der von der Schraube durchsetzten, koinzidierenden Bohrungen ist und bei der der Einpaßschaftteil zylindrisch ist und die Abmessungen der Kanneluren und Rippen derart gewählt sind, daß bei einer niedrigen Umdrehungsgeschwindigkeit eine Metallfusion (Metallfressen) und damit schlagartiges Erhöhen des Reaktionsdrehmomentes des Einpaßschaftteils vermieden wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen von Stahlelementen, die über koinzidierende Bohrungen mit gleichem Querschnitt verfügen und mittels einer durch die Bohrungen reichenden metallenen Schraube mit Mutter verbunden werden, wobei die Schraube einen Kopf mit im wesentlichen flacher Unterseite, der auf einer Oberseite des oben liegenden Stahlelementes aufliegt, einen sich an den Kopf anschließenden, die Bohrungen durchsetzenden Einpassschaftteil, der mit über seine Peripherie verteilten, in Achsenrichtung der Schraube verlaufenden Kanneluren und Rippen versehen ist und einen den unteren Teil der Schraube bildenden Gewindeschaftteil aufweist, auf den die Mutter aufschraubbar ist und der länger ist als die addierten Dicken der Stahlelemente im Bereich der von der Schraube durchsetzten, koinzidierenden Bohrungen.
Ein solches Fügeverfahren mit einer Schraube ist aus der US-PS 3 418 012 bekannt. In die Bohrungen in der zu verbindenden Stahlelemente wird eine Schraube mit Kopf eingesetzt, die eine konvergierende, also nicht-zylindrische Schaftform besitzt. Das Metall, das in den Bohrungen den Schraubenschaft umgibt, wird verdrängt und gestaucht. Die Außenseite des Schaftes ist mit Einkerbungen versehen, die sich im wesentlichen im Schaftachsenrichtung erstrecken; sie sind zudem so geformt, dass in einer bestimmten Drehrichtung die Einkerbungen in das umgebende Metall einschneiden.
Das bekannte Fügeverfahren macht demnach Gebrauch von einer Wechselwirkung zwischen dem Schraubenschaft und dem den Schaft umgebenden Metall. Hierfür sind aber erhebliche Schwierigkeiten in Bezug auf die Herstellung der Schraubenschäfte in Kauf zu nehmen. Eine nicht-zylindrische Gestaltung unter Einhaltung exakter Maße ist kompliziert; das Einbringen von nicht-achsial ausgerichteten Eintragungen oder Nuten in den Schaft ist sehr schwierig.
Ausgehend von dem genannten Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zum Fügen von Stahlelementen anzugeben, bei dem einfacher gestaltete Schrauben, insbesondere solche mit im wesentlichen zylindrischer Schaftgeometrie, eingesetzt werden und bei dem insbesondere moderne Schrauber-Werkzeuge genutzt werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden zum einen bei der verwendeten Schraube die Abmessungen der Kanneluren und Rippen derart gewählt, dass bei einer niedrigen, durch einen Schrauber hervorgerufenen Umdrehungsgeschwindigkeit der Schraube eine Metallfusion (Metallfressen) vermieden wird; damit wird auch verhindert, dass sich das Reaktionsdrehmoment des Einpassschaftteils während des Andrehens der Mutter schlagartig erhöht. Zu Beginn des Fügens werden die Stahlelemente aufeinander gelegt, und falls koinzidierende Bohrungen noch nicht vorhanden ist, durchbohrt. Anschließend wird das Gewindeschaftteil der Schraube bis zum Anschlag des Einpassschaftteils eingeführt und die Mutter auf den Gewindeschaftteil aufgesetzt. Die Mutter wird dann mit einem drehmomentregelbaren, motorisch angetriebenen Schrauber angezogen, bis die Unterseite des Schraubenkopfes zur Anlage gebracht ist, wobei der Schrauber im Schnellgang mit einem niedrigen Drehmoment betrieben wird. Der Einpassschaftteil arbeitet sich in die Innenseiten der Bohrungen ein und eine verdreh- und schubsichere Verbindung zwischen Bohrungsinnenseiten und Einpassschaftteil wird hergestellt. Bei Erreichen der Kopfauflage wird in eine niedrige Drehzahl umgeschaltet und bei dieser niedrigen Drehzahl die endgültige Verbindung unter Wärmeentwicklung zwischen den Bauteilen hergestellt.
Zur Herstellung der Klemmkraft von Schraube und Stahlelementen werden Schrauber mit momentgenauer Kupplung benutzt. Sie können als pneumatische Schrauber mit Druckluft oder als elektrische Schrauber (zumeist) mit Gleichstrom niedriger Spannung angetrieben werden. Auf dem Markt angeboten werden geeignete Schrauber z. B. von der Firma Atlas-Copco.
Das Schraubengewinde richtet sich nach den üblichen DIN- Gewindenormungen. Vorzugsweise sollte das eingestellte Drehmoment des Schraubers weniger als 80% des empfohlenen Wertes des Anziehmomentes für Gewinde der Festigkeitsklasse M8, M10 oder M12 betragen, wobei bekannte empfohlene Werte (vgl. ATLAS-COPCO, TASCHENBUCH ÜBER SCHRAUBER, herausgegeben von ATLAS-COPCO o. J.) betragen:
Insbesondere bei Gewinden größeren Durchmessers, d. h. bei einem Gewinde von M14 des Gewindeschaftteils gemäß DIN 13 und einem Durchmesser der Bohrungen zwischen 15 und 16 mm bei einem einstellbaren Drehmoment von 65 N.m, sollten die Kanneluren-Rippen-Kombinationen eine Amplitude von 0,5 bis 1,5 mm haben und einen Teil des Kreisumfangs von 0,25 bis 0,35 (360° entspricht 2Π) bei gleichmäßiger Einteilung einnehmen.
Bei einem Gewinde von M10 des Gewindeschaftteils gemäß DIN 13 und einem Durchmesser der Bohrungen zwischen 10,5 und 11,5 mm bei einem einstellbaren Drehmoment von 30 N.m sollten die Kanneluren-Rippen-Kombinationen eine Amplitude von 0,4 bis 1,3 mm haben und jeweils einen Teil des Kreisumfangs von 0,30 bis 0,40 (360° entspricht 2Π) einnehmen.
Die vorgenannten Werte sind als Anhaltspunkte für den Fachmann zu werten, der nach fachmännischem Ermessen die Parameter bestimmen kann, um die im Hauptanspruch genannten Lehre anzuwenden.
Um zu kurzen Taktzeiten zu kommen, beträgt bei einer Länge des Einpassschaftteils bis zu 20 mm die Einzugszeit des Einpassschaftteils maximal 10 sec.
Wesentlich für das Verfahren ist auch die Gestaltung der im Verfahren verwendeten Schraube. Geeignet sind insbesondere metallene Schrauben mit kompatibler Mutter, mit folgenden Einzelteilen:

- einen Kopf mit im wesentlichen flacher Unterseite, der auf einer Oberseite des oben liegenden Metallelementes aufliegt,
- einen sich an den Kopf anschließenden, die Bohrungen durchsetzenden Einpassschaftteil,
- einen den unteren Teil der Schraube bildenden Gewindeschaftteil,
- eine auf den Gewindeschaftteil aufgeschraubte Mutter,

Vorzugsweise sind 10 bis 30 Kanneluren-Rippen-Paare auf der Peripherie des Einpassschaftteils gleichmäßig verteilt. Dabei ist vorzugsweise der am Grund der Kanneluren gemessene Kerndurchmesser des Einpassschaftteils etwas kleiner als der Durchmesser der koinzidierenden Bohrungen; der Unterschied zwischen Kern- und Außendurchmesser bei einem Kanneluren-Rippen-Paar sollte zwischen 0,5 und 2,0 mm liegen.
Die Unterseite des Schraubenkopfes ist mit wenigstens einer die Achse der Schraube umschließenden Riefe als Aufnahmeraum für verdrängtes Material versehen ist.
Zur Verbesserung des Ansetzens der Mutter ist der Einpassschaftteil an der kopfabgewandten Seite mit einer Verjüngungsübergangsfläche versehen ist, in deren Bereich eine Verjüngung des Schraubenschaftes im wesentlichen bis auf den Kerndurchmesser des Einpassschaftteils stattfindet. Die Verjüngungsübergangsfläche ist vorzugsweise eine Kegelmantelfläche und bildet einen Winkel zwischen 15° bis 45° mit der Schraubenachse.
Die Schraube sollte mit einer Mutter ausgestattet sein, die eine Innenbohrung aufweist, die auf der schaftzugewandten Seite eine Aufbohrung mit einem Durchmesser besitzt, der größer ist als der Außendurchmesser des Einpassschaftteils ist, wobei sich an die Aufbohrung das Muttergewinde anschließt.
Bei der Mutter liegt das Verhältnis der axial gemessenen Längen von Aufbohrung und Gewinde vorzugsweise zwischen 0,5 : 1 bis 1 : 4.
Die Mutter kann mit einem zwischen Mutter und Unterseite des unten liegenden Metallelementes zu liegen kommenden ringförmigen Abstandselement unterlegt sein. Das Abstandselement kann eine Hülse sein, bei der der Durchmesser der Innenöffnung größer ist als der Außendurchmesser des Einpassschaftteils der Schraube.
Der Reibungskoeffizient zwischen der Kontaktfläche der Mutter und dem des ringförmigen Abstandselementes ist vorzugsweise kleiner ist als der Reibungskoeffizient zwischen der beiden Metallteile 1 und 2 haben jeweils eine Bohrung 4, wobei die beiden Bohrungen übereinander liegen. Das Material der Metallelemente ist im allgemeinen weniger hart als das Material der Schraube.
Die durch die Bohrungen reichende Schraube 1 weist einen Kopf 5 mit im wesentlichen flacher Unterseite auf, der auf einer Oberseite des oben liegenden Metallelementes 2 aufliegt. An den Kopf 5 schließt sich ein Einpassschaftteil 7 an, welches die Bohrungen 4 durchsetzt und an der zylindrischen Innenfläche der Bohrungen 4 verdrehungs- und schubsicher anliegt. Den unteren Teil der Schraube bildet ein Gewindeschaftteil 8, auf den eine Mutter, hier eine Bundmutter 10.2, die ein Innengewinde 14 aufweist, aufgeschraubt ist. Mit dem flanschartigen Bund 17 drückt die Mutter, wenn sie über das Gewinde 14 fest angezogen ist, auf das untere Metallelement 3.
Die Metallelemente 2 und 3 bestehen aus gestanztem und gebohrtem Stahlblech, wie es für Blechkonstruktionen im Fahrzeugbau üblich ist. Es können aber auch Stahl- Gußteile sein.
Bei einer Schraube mit einem Gewinde M12 wird der Gewindeschaftteil 8 durch die Bohrungen hindurchgeschoben, wobei der Einpaßschaftteil 7 oberhalb der Bohrungen auf den Metallelementen aufsetzt. Nach Andrehen der Mutter muss eine erhebliche Kraft aufgebracht, um den Einpaßschaftteil 7 in den Bohrungsbereich hineinzuziehen. Hierbei entsteht auch Wärme, die jedoch nicht so hoch sein darf, dass es zu einer Schweißverbindung und damit zu einem "Festfressen" des Einpaßschaftteils in der Peripherie der Bohrungen kommt. Dies Kontaktfläche von ringförmigem Abstandselement und der Unterseite des unten liegenden Metallelementes.
Das Abstandselement sollte verdrehbar, jedoch unlösbar mit der Mutter verbunden sein.
Die Erfindung betrifft auch eine Fügeverbindung, die nach dem Verfahren und mit einer Schraube gemäß Erfindung hergestellt ist.
Durch eine Fügeverbindung, die nach dem hier erläuterten Verfahren geschaffen wird, bildet sich sowohl eine Form- als auch eine Kraftschlüssigkeit gegen die Verdrehung und die axiale Kraftbeeinflussung aus. Die Verbindung ist daher auch einer Nietverbindung überlegen, da der Schraubenschaft innerhalb der Bohrung keinerlei Spiel mehr aufweist und die Federwirkung des Metalls im Bereich der Kanneluren auch eine gewisse Nachgiebigkeit besitzt, die auch bei langer Standzeit kein Lösen des Einpassschaftteils gegenüber der Innenseite der Bohrung zeigt, wie dies bei einer Nietverbindung oder einer normalen Passschraube der Fall ist. Ein weiterer Vorteil ist, daß im Gegensatz zu einer Passschraube von vornherein kein sehr genauer Passsitz gebohrt werden muß, sondern eine relativ hohe Toleranz besteht. Vorfertigung und Montage sind daher preisgünstiger und weniger kompliziert. Andererseits ergibt sich eine passsitz-artige Qualität der vorliegenden Fügeverbindung, weil das Material in den Bohrungen etwas verdrängt wird.
Verfahrensbeispiele zur Herstellung der Fügeverbindung bzw. Ausführungsbeispiele des der Schraube werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung dargestellt. Die Figuren zeigen im einzelnen:
Fig. 1 eine Fügeverbindung unter Zuhilfenahme einer Schraube gemäß Erfindung;
Fig. 2 den Kopf der Schraube;
Fig. 3 und 4 Ausführungsbeispiele einer Schraube mit Mutter;
Fig. 5 Ausführungsbeispiele einer Schraube mit Mutter und Abstandselement.
Die Begriffe "oben" und "unten" beziehen sich auf eine Darstellung gemäß Fig. 1 der Zeichnungen und sind nur für eine beschreibende Zuordnung gedacht. Selbstverständlich können auch durch die Fügeverbindung verschiedene Stellungen eingenommen werden, wie dies üblich ist. Auch sind Begriffsbestimmungen für Definitionen von Schrauben verwendet worden, wie sie beispielsweise aus dem Buch "TECHNOLOGIE METALL" hervorgehen.
Der Kerndurchmesser des Einpassschaftteils 7 ist etwas kleiner als der Durchmesser der koinzidierenden Bohrungen, wobei der Unterschied zwischen Kern- und Außendurchmesser bei einem Kanneluren-Rippen-Paar zwischen 0,1 und 1,5 mm liegen sollte, auch hier abhängig von der Wahl des Materials der Schraube und der zu verbindenden Metallteile. Die Schraube besteht aus einem härteren Material besteht als das der zu fügenden Metallelemente.
In Fig. 1 ist eine Fügeverbindung dargestellt, bei der ein oberes Metallelement 2 und ein unteres Metallelement 3 über eine speziell ausgebildete Schraube 1 zusammengefügt sind. Bei den Metallelementen kann es sich beispielsweise um Fahrzeugteile, Getriebeteile oder Möbelteile handeln. Die würde auch schlagartig das von dem Schrauber aufzubringende Andrehmoment erhöhen. Dabei wird zunächst der Schrauber im Schnellgang betrieben. Bei Erreichen der Kopfauflage schaltet der Schrauber auf eine niedrige Drehzahl um und ermöglicht unter Wärmeentwicklung eine endgültige Verbindung zwischen Schraubenschaft und Bauteilen.
Zwischen Einpaßschaftteil 7 und umgebendem Material findet eine Verformung statt, die zu einer dauerhaften Fügeverbindung führt. Dabei wird vom Ansetzen der Schraubenmutter bis zum Anschlag der Unterseite des Schraubenkopfes mit dem gleichen Andrehmoment des Schraubers gearbeitet.
Durch genaue Auswahl und Ausbildung der Kanneluren- Abmessungen im Bezug auf den Durchmesser der Bohrung und die Einstellung des Anzieh-Drehmomentes des Schraubers bei konstanter Umdrehungszahl tritt kein sogenanntes Metallfressen oder die damit verbundene schlagartige Anzieh- Drehmomenterhöhung auf.
Dabei werden für Schrauben folgende DIN-Abmessungen- Anziehdrehmomente wie folgt angesetzt.
Diese Werte entsprechen etwa 80% der empfohlenen Werte (vgl. Atlas-Copco, TASCHENBUCH FÜR SCHRAUBER, o. J.).
Zwei Gestaltungen der Schraube (Bezugszahlen 1.1 und 1.2) gehen aus den Fig. 3 und 4 hervor.
Bei dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 3 schließt sich an die Unterseite des Schraubenkopfes 5 der Einpassschaftteil 7 an. Im Bereich des Einpassschaftteils 7 ist der Schraubenschaft 20 mit über seine Peripherie verteilten, in Achsenrichtung A . . . A der Schraube 1.1 verlaufenden feinen Kanneluren 12 (Vertiefungen) und Rippen 11 versehen, wie der Fig. 3a zu entnehmen ist. Beim Einpassen und Festdrehen des Einpassschaftteils der Schraube 1.1 verformen die Rippen 11 die Innenseiten der Bohrungen 4 und bilden eine verdrehsichere und formschlüssige Verbindung zwischen den Innenseiten der Bohrungen 4 und dem Einpassschaftteil 7 und damit der Schraube 1.1 insgesamt. Auch können andere Konturen als Kanneluren und Rippen gewählt werden, wenn sie einen im Prinzip ähnlichen Zweck erfüllen wie diese. Erreicht wird eine Fügung die vom Prinzip her bessere Verdrehsicherheit gewährt als ein Passsitz oder eine Presspassung.
Im vorliegenden Fall sind 30 Kanneluren-Rippen-Paare auf der Peripherie des Einpassschaftteils 7 verteilt. Die Rippen 11 stehen über dem Kerndurchmesser etwas über, wobei der Unterschied zwischen Kern- und Außendurchmesser bei einem Kanneluren-Rippen-Paar im vorliegenden Fall etwa 0,25 mm beträgt. Variationen sind hier aber möglich, wobei die Größe der Schraube, das Material der Metallelemente und ähnliche Parameter zu berücksichtigen sind.
Weiterhin ist zur Vereinfachung der Montage und zur Erzielung eines sicheren Sitzes der Schraube eine Verjüngungsübergangsfläche 13 zwischen dem Einpassschaftteil 7 an der kopfabgewandten Seite und dem Gewindeschaftteil 8 vorhanden. Im Bereich dieser Verjüngungsübergangsfläche verjüngt sich der Schraubenschaft im wesentlichen bis auf den Kerndurchmesser des Einpassschaftteils 7. Der Winkel der Verjüngungsübergangsfläche mit der Schraubenachse A . . . A liegt etwa zwischen 15 bis 45°.
Als Mutter 10.1 ist eine längliche Sechskant-Mutter gewählt worden, bei der ein Teil des Innendurchmessers als Innengewinde 14 und zum Schraubenkopf 5 hin von einer Aufbohrung 16 gebildet ist, so daß die Mutter damit mit ihrer Oberseite 19 über den Anfang des Einpassschaftteils aufgedreht werden kann, wenn dieser die beiden addierten Dicken der Metallelemente durchsetzt und überragt. Das Innengewinde 14, entspricht dem Gewinde des Gewindeschaftteils 8. Als Material zur Herstellung von Schrauben und Mutter wird vorgeschlagen, eine Stahllegierung mit hoher Zugfestigkeit zu verwenden. Die Materialauswahl richtet sich jedoch im wesentlichen nach den Anforderungen der Fügeverbindung.
Bei der Fügeverbindung verformen sich die Rippen im allgemeinen nicht wesentlich, da das Material der Schraube härter gewählt ist als das Metallelemente 2, 3. Es soll aber nicht ausgeschlossen werden, daß bei bestimmten Konfigurationen auch eine relativ weiche Schraube und ein relativ hartes Material der Metallelemente gewählt wird. Auch eine weitgehend gleiche Härte der beiden Fügeverbindungen kann in bestimmten Fällen nützlich sein.
Die elastische Dehnung des Schraubenschaftes bei Andrehen der Mutter und Erzeugung der äußeren Kraft wird in der Schraube eine gleich große, entgegengesetzt gerichtete innere Kraft erzeugt. Diese Kraft wird überlagert durch das vorgenannte Torsionsmoment, so daß sich auch bei nachträglichem Dehnen durch Materialermüdung immer wieder ein leichtes Nachstellen des Einpassschaftbereiches in die Bohrungsinnenseiten beobachten läßt. Dies beruht darauf, daß bei einer Schraube die gesamte freie Schaftlänge verdreht wird und damit unter Torsionsspannung kommt. Wird die verdrehbare Länge verkürzt, ist demnach bei gleichem angewandten Drehmoment die Torsionsspannung größer. Im vorliegenden Fall ist zunächst die Schaftlänge groß, da sie noch keine feste Verbindung mit der Umgebung eingegangen ist; erst nach dem Einarbeiten der Kanneluren und Rippen in die Innenseiten der Bohrungen verkürzt sich scheinbar die Schaftlänge. Es ist damit eine hohe Verdrehsicherheit gegeben; die Reibwerte unter dem Kopf der Schraube brauchen nicht zusätzlich berücksichtigt zu werden.
Die Mutter 10 kann ebenfalls mit einer Losdrehsicherung versehen sein. Beispielsweise können die Mutter oder das Schraubengewinde mit mikroverkapselten Klebstoff auf den Gewindegängen versehen sein, der vor der Montage aufgetragen wird und einen Klebstoff beim Aufdrehen der Gewinde freigibt.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, weist die Unterseite 6 des Kopfes 5 der Schraube eine kreisförmige, den Schraubenschaft umschließende Riefe 18 auf, deren Durchmesser etwas größer ist als der Schraubenschaft selbst. Diese Riefe dient dazu, verdrängtes Material im Bereich des Schraubenschaftes aufzunehmen.
In Fig. 5 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei eine Mutter 10.3 mit einer Hülse 20 drehbar verbunden ist. Die Hülse 20 wirkt als ringförmiges Abstandselement, welches zwischen der Mutter und der Unterseite des unten liegenden Metallelementes 3 zu liegen kommt. Der Durchmesser der Innenöffnung 21 der Hülse 20 ist größer als der Außendurchmesser des Einpassschaftteils 7 der Schraube ist.
Dadurch, daß die Hülse 20 gegenüber der Mutter verdrehbar ist, kontaktiert die Hülse die Unterseite des Metallelementes 3 ohne schürfende oder kratzende Bewegung, so daß eine Lackierung oder Oberflächenbeschichtung im Bereich des Kontaktes 22 unbeschädigt bleibt.
Dies wird erreicht, da der Reibungskoeffizient zwischen der Kontaktfläche der Mutter und dem des ringförmigen Abstandselementes größer als der Reibungskoeffizient zwischen der Kontaktfläche von ringförmigem Abstandselement und der Unterseite des unten liegenden Metallelementes 3.
Weiterhin ist festzuhalten, daß die verdrehbare Länge L_v und die dehnbare Länge L_d in einer günstigen Beziehung zueinander stehen. Da L_d > L_v ist, wird die Sicherheit gegen selbständiges Lösen der Mutter 10.3 verbessert. Die Rückstell Kraft durch die dehnbare Länge L_d erweist sich als größer als das Löse-Drehmoment, was aufgrund der verdrehbaren L_v auf die Schraube wirkt.
Die Mutter 10.3 ist mit einer sogenannten "unverlierbaren" Verbindung mit dem Abstandselement, hier der Hülse 20, verdrehbar, jedoch unlösbar, verbunden. Hierdurch wird die Montagezeit verkürzt.

Claims

1. Verfahren zum Fügen von Stahlelementen, die über koinzidierende und Bohrungen (4) mit gleichem Querschnitt verfügen und mittels einer durch die Bohrungen reichenden metallenen Schraube (1) mit Mutter (10) verbunden werden, wobei die Schraube einen Kopf (5) mit im wesentlichen flacher Unterseite, der auf einer Oberseite des oben liegenden Metallelementes (2) aufliegt, einen sich an den Kopf anschließenden, die Bohrungen durchsetzenden Einpaßschaftteil (7), der über seine Peripherie verteilten, in Achsenrichtung der Schraube verlaufenden Kanneluren (12) und Rippen (11) versehen ist, und einen den unteren Teil der Schraube bildenden Gewindeschaftteil (8) aufweist, auf den die Mutter aufschraubar ist, unter Verwendung einer Schraube, deren Gewindeschaftteil länger als die addierten Dicken der Stahlelemente im Bereich der von der Schraube durchsetzten, koinzidierenden Bohrungen ist und bei denen die Abmessungen der Kanneluren und Rippen derart gewählt sind, daß bei einer niedrigen Umdrehungsgeschwindigkeit eine Metallfusion (Metallfressen) und damit schlagartiges Erhöhen des Reaktionsdrehmomentes des Einpaßschaftteils vermieden wird, mit folgenden Verfahrensschritten:

- Aufeinanderlegen der Stahlelemente und Einführen des Gewindeschaftteils der Schraube bis zum Anschlag des Einpaßschaftteils,

- Aufsetzen der Mutter auf den Gewindeschaftteil und Anziehen der Mutter mit einem drehmomentregelbaren, motorisch angetriebenen Schrauber, bis die Unterseite des Schraubenkopfes zur Anlage gebracht ist,

- wobei der Schrauber mit einem niedrigen Drehmoment im Schnellgang betrieben wird, bis sich der Einpaßschaftteil in die Innenseiten der Bohrungen eingearbeitet hat und eine verdreh- und schubsichere Verbindung zwischen Bohrungsinnenseiten und Einpaßschaftteil hergestellt wird

- und bei Erreichen der Kopfauflage in eine niedrigere Drehzahl umgeschaltet wird und bei dieser niedrigen Drehzahl die Verbindung unter Wärmeentwicklung zwischen den Bauteilen endgültig erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eingestellte Drehmoment des Schraubers weniger als 80% des empfohlenen Wertes des Anziehmomentes für Gewinde der Festigkeitsklasse M8, M10 oder M12 beträgt, wobei die empfohlenen Werte betragen:

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Gewinde von M14 des Gewindeschaftteils gemäß DIN 13 und einem Durchmesser der Bohrungen zwischen 15 und 16 mm bei einem einstellbaren Drehmoment von 65 N.m die Kanneluren-Rippen-Kombinationen eine Amplitude von 0,5 bis 1,5 mm haben und einen Teil des Kreisumfangs von 0,25 bis 0,35 (360° entspricht 2Π) bei gleichmäßiger Einteilung einnehmen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Gewinde von M10 des Gewindeschaftteils gemäß DIN 13 und einem Durchmesser der Bohrungen zwischen 10,5 und 11,5 mm bei einem einstellbaren Drehmoment von 30 N.m die Kanneluren-Rippen-Kombinationen eine Amplitude von 0,4 bis 1,3 mm haben und jeweils einen Teil des Kreisumfangs von 0,30 bis 0,40 (360° entspricht 2Π) einnehmen.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Länge des Einpaßschaftteils bis zu 20 mm die Einzugszeit des Einpaßschaftteils maximal 10 sec beträgt.

6. Metallene Schraube mit kompatibler Mutter zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese
einen Kopf (5) mit im wesentlichen flacher Unterseite aufweist, der auf einer Oberseite des oben liegenden Metallelementes (2) aufliegt,
einen sich an den Kopf anschließenden, die Bohrungen durchsetzenden Einpaßschaftteil (7),
einen den unteren Teil der Schraube bildenden Gewindeschaftteil (8),
eine auf den Gewindeschaftteil (8) aufgeschraubte Mutter (10.1, 10.2),
dadurch gekennzeichnet, daß
der Einpaßschaftteil (7) mit über seine Peripherie verteilten, in Achsenrichtung der Schraube verlaufenden feinen Kanneluren (12) und Rippen (11) versehen ist, die beim Einpassen und Anziehen der Mutter in die Innenseiten der Bohrungen einarbeitbar sind.

7. Schraube nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß 10 bis 30 Kanneluren-Rippen-Paare auf der Peripherie des Einpaßschaftteils (7) gleichmäßig verteilt sind.

8. Schraube nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerndurchmesser des Einpaßschaftteils (7) etwas kleiner als der Durchmesser der koinzidierenden Bohrungen ist und daß der Unterschied zwischen Kern- und Außendurchmesser bei einem Kanneluren-Rippen-Paar zwischen 0,5 und 2,0 mm liegt.

9. Schraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite des Schraubenkopfes mit wenigstens einer die Achse der Schraube umschließenden Riefe (18) als Aufnahmeraum für verdrängtes Material versehen ist.

10. Schraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einpaßschaftteil (7) an der kopfabgewandten Seite mit einer Verjüngungsübergangsfläche (13) versehen ist, in deren Bereich eine Verjüngung des Schraubenschaftes im wesentlichen bis auf den Kerndurchmesser des Einpaßschaftteils stattfindet.

11. Schraube nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verjüngungsübergangsfläche (13) eine Kegelmantelfläche ist und einen Winkel zwischen 15° bis 45° mit der Schraubenachse (A . . . A) bildet.

12. Schraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter (10.1, 10.2) eine Innenbohrung aufweist, die auf der schaftzugewandten Seite eine Aufbohrung (16) mit einem Durchmesser besitzt, der größer ist als der Außendurchmesser des Einpaßschaftteils (7) ist, und daß sich an die Aufbohrung das Muttergewinde (14) anschließt.

13. Schraube nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der axial gemessenen Längen von Aufbohrung (16) und Gewinde (14) bei der Mutter zwischen 0,5 : 1 bis 1 : 4 liegt.

14. Schraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter mit einem zwischen Mutter (10.3)und Unterseite des unten liegenden Metallelementes (3) zu liegen kommenden ringförmigen Abstandselement (20) unterlegt ist.

15. Schraube nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandselement eine Hülse (20) ist, bei der der Durchmesser der Innenöffnung (21) größer ist als der Außendurchmesser des Einpaßschaftteils der Schraube.

16. Schraube nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungskoeffizient zwischen der Kontaktfläche der Mutter und dem des ringförmigen Abstandselementes größer ist als der Reibungskoeffizient zwischen der Kontaktfläche von ringförmigem Abstandselement und der Unterseite des unten liegenden Metallelementes.

17. Schraube nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandselement verdrehbar, jedoch unlösbar mit der Mutter (10.3) verbunden ist.

18. Fügeverbindung hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und mit einer Schraube nach einem der Ansprüche 6 bis 17.