DE10339643A1

DE10339643A1 - Kerbspannungsreduktion durch adaptierte Gewindesteigung bei Schraubverbindungen

Info

Publication number: DE10339643A1
Application number: DE10339643A
Authority: DE
Inventors: Christian Bräuer; Stefan Holl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2005-03-24
Also published as: US20050079029A1; JP2005076884A

Abstract

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Schraubelemente, die in Schraubverbindungen verwendet werden, so auszuführen, dass die auftretenden Kerbspannungen sich möglichst gleichmäßig über die gesamte Schraublänge verteilen. DOLLAR A Erfindungsgemäß weist eines der an der Schraubverbindung beteiligten Schraubelemente eine Gewindesteigung auf, die sich zumindest auf einem Teil der Verschraubungslänge von der Gewindesteigung auf dem übrigen Teil der Verschraubungslänge unterscheidet.

Description

Die Erfindung betrifft Schraubelemente, die in Schraubverbindungen verwendet werden. Bei diesen werden Schrauben als Befestigungsschrauben eingesetzt, das heißt, dass zwischen den Flanken der beteiligten Schraubelemente eine Reibung entsteht, die zu einer Selbsthemmung führt und ein Lösen der Verbindung verhindert. Nur mit einer äußeren Einwirkung kann die Schraubverbindung wieder gelöst werden.

Eine Schraubverbindung besteht in der Regel aus einer Schraube, einer Mutter, den zu verspannenden Teilen und Zubehör, wie Unterlegscheiben. Die Reibungskraft, die zur Festigkeit der Verbindung führt, liegt zwischen den Gewindeflächen von Schraube und Mutter vor.

Die Gewinde sind maßlich durch Normen festgelegt und werden mit Toleranzen angegeben. Insbesondere sind die Werte für die Gewindesteigung, das heißt der Abstand benachbarter Gewindespitzen, von der Schraube und der Mutter gleich.

Im verschraubten Zustand, in dem eine Kraftverformung der Schraubelemente vorliegt, wirkt die größte Zugkraft auf die Schraube im Bereich der ersten Gewindegänge, also der Gewindegänge, die am wenigsten weit eingeschraubt sind. Die tiefer eingeschraubten Gewindegänge werden durch die Zugbelastung weniger stark betroffen.

Bekanntermaßen ist der Unterschied der Spannungen bezüglich der Gewindetiefe so groß, dass praktisch die gesamte Spannung an den ersten beiden Gewindegängen anliegt, sodass die restlichen Gewindegänge kaum belastet sind. Beispielsweise kann der Fall auftreten, dass 70 % der Schraubkraft durch den ersten Gewindegang aufgenommen wird, weitere 20 % durch den zweiten Gewindegang und die restlichen 10% sich auf die weiteren Gewindegänge verteilen.

Durch den Unterschied zwischen Außen- und Kerndurchmesser der Schraube hat die Spannung keinen gleichmäßigen Verlauf, sondern konzentriert sich in Form von Kerbspannungen.

Es kann daher in bestimmten Bereichen der Schraubelemente zu Spannungsspitzen kommen, welche die Stabilität einer Schraubverbindung beeinträchtigen und sogar zu Schraubenbruch führen können. Diese Problem entsteht insbesondere bei einer dynamischen Belas tung der Schraubverbindung, zum Beispiel bei Pulsation oder Schwingungen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Schraubelemente zu auszuführen, dass die Kerbspannungen sich möglichst gleichmäßig über die gesamte Schraublänge verteilen.

Lösung der Aufgabe

Die Lösung der Aufgaben besteht darin, dass mindestens eine der an der Schraubverbindung beteiligten Schraubelemente eine Gewindesteigung aufweist, die sich zumindest auf einem Teil der Verschraubungslänge von der Gewindesteigung auf dem übrigen Teil der Verschraubungslänge unterscheidet.

Vorteile der Erfindung
Durch eine Anpassung der Gewindesteigung über die Verschraubungslänge kann die auftretende Kerbspannung gleichmäßig auf alle an der Verschraubung beteiligten Gewindegänge verteilt werden.
Grundsätzlich müssen die Gewindesteigungen an einer Schraubverbindung beteiligten Schraubelemente zueinander passen und in der Regel ist die Gewindesteigung über die Schraublänge konstant. Es ist daher günstig, wenn der Gewindesteigung des erfindungsgemäßen Schraubelements über die Verschraubungslänge einen Verlauf besitzt, in dem sie sich an einen konstanten Wert annähert. Vorzugs weise ist der Verlauf der Gewindesteigung des Schraubelements über die Verschraubungslänge eine monotone Funktion.
Beim Verschrauben der Schraubelemente sollten keine unnötigen Spannungen auftreten, die unter Umständen zu einer Beschädigung der Gewindegänge führen könnten. Vorteilhafterweise liegt daher die maximale Differenz der Gewindesteigung des Schraubelements über die Verschraubungslänge innerhalb der Toleranz des Gegenstücks.
Die Gewindesteigungen können so angepasst sei, dass alle an der Schraubverbindung beteiligten Schraubelemente nicht konstante Gewindesteigungen besitzen, es reicht aber auch, wenn ein Schraubelement eine adaptierte Gewindesteigung besitzt und das Gegenstück eine konstante Gewindesteigung über die Verschraubungslänge aufweist.
Handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Schraubelement um eine Schraube, die mit einer Mutter mit konstanter Gewindesteigung zusammenwirkt, so sollte die Gewindesteigung im Bereich der ersten Gewindegänge erniedrigt sein, um die Verformung durch die dort wirkende höhere Zugspannung auszugleichen und die Kerbspannung gleichmäßig auf alle Gewindegänge zu verteilen.
Durch die etwas kleinere Gewindesteigung kann sich die Schraube in der Mutter auch bei Dehnungsbelastung optimal anpassen, ohne dass Spannungsspitzen entstehen. Die Schraubverbindung kann dadurch eine maximal Dehnlänge auszunutzen, was insbesondere im Hinblick auf die während der Lebensdauer der Schraubverbindung erfolgenden Vorspannungsverluste günstig ist.
Die Anpassung der Gewindesteigung kann bei zylinderförmigen Gewinden vorgenommen werden, aber auch bei Schraubverbindungen, die ein teilweise oder ganz kegeliges Gewinde aufweisen, bei denen also Außen- und Kerndurchmesser der Schraube nicht über die gesamte Schraublänge konstant sind. Die Variation von Außen- und Kerndurchmesser über die Schraublänge kann sogar zu einer weiteren Spannungsreduktion führen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen den Ansprüchen hervor.

Claims

Schraubelement zur Herstellung einer Schraubverbindung, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubelemente eine Gewindesteigung aufweist, die sich zumindest auf einem Teil der Verschraubungslänge von der Gewindesteigung auf dem übrigen Teil der Verschraubungslänge unterscheidet.
Schraubelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindesteigung des Schraubelements über die Verschraubungslänge einen Verlauf besitzt, in dem sie sich an einen konstanten Wert annähert.
Schraubelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Gewindesteigung des Schraubelements über die Verschraubungslänge eine monotone Funktion ist.
Schraubelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Differenz der Gewindesteigung des Schraubelements über die Verschraubungslänge innerhalb der Toleranz des Gegenstücks liegt.
Schraubelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Schraubelement um eine Schraube handelt, die mit einer Mutter mit konstanter Gewindesteigung zusammenwirkt.
Schraubelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Schraubelement um eine Schraube handelt, deren Gewindesteigung im Bereich der ersten Gewindegänge eine niedrigere Gewindesteigung hat als im restlichen Verschraubungsbereich.
Schraubelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Schraubelement um eine Mutter handelt, die mit einer Schraube mit konstanter Gewindesteigung zusammen wirkt.