DE20319793U1

DE20319793U1 - Schraubeneinheit

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Publication number: DE20319793U1
Application number: DE20319793U
Authority: DE
Original assignee: FMS FOERDER und MONTAGE SYSTEM; Fms Forder- und Montage-Systeme Schmalzhofer GmbH
Current assignee: FMS FOERDER und MONTAGE SYSTEM; Fms Forder- und Montage-Systeme Schmalzhofer GmbH
Priority date: 2003-12-20
Filing date: 2003-12-20
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2013-12-21
Also published as: WO2005061909A1; DE112004000096D2

Abstract

Schraubeneinheit (10) zum Einschrauben in eine Kernbohrung (30) mit einem Kerndurchmesser (KD) ohne Innengewinde eines Grundmaterials, insbesondere eines Aluminiumstrangpressprofils, mit
– einem Schraubenkopf(12) mit einer Formkontureinheit (18) zum Ansetzen eines Werkzeugs zum Drehen der Schraubeneinheit (10) um ihre Längsachse (20) und
– einem an den Schraubenkopf (12) angeformten Schraubenschaft (14) mit einem Außengewinde (16) mit einem Außengewindedurchmesser (GAD), dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenschaft eine durchgehende kreiszylindrische Querschnittskontur besitzt und
– bei einem Kerndurchmesser (KD) im Bereich von 5,0 bis 8,5 mm (Millimeter) und einer Gewindesteigung von 0,8 bis 1, 5 mm (Millimeter) der Gewindeaußendurchmesser (GAD) wie folgt festgelegt ist GAD = KD + (0,3 bis 0,5 mm (Millimeter)) oder
– bei einem Kerndurchmesser (KD) im Bereich von 9,0 bis 11,0 mm (Millimeter) und einer Gewindesteigung im Bereich von 1,5 bis 2,0 mm (Millimeter) der Gewindeaußendurchmesser (GAD) wie folgt festgelegt ist: GAD = KD + (0,7 bis...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schraubeneinheit zum Einschrauben in eine Kernbohrung mit einem Kerndurchmesser ohne Innengewinde eines Grundmaterials, insbesondere eines Aluminiumstrangpressprofils, mit einem Schraubenkopf mit einer Formkontureinheit zum Ansetzen eines Werkzeugs zum Drehen der Schraubeneinheit um ihre Längsachse und einem an den Schraubenkopf angeformten Schraubenschaft mit einem Außengewinde mit einem Außengewindedurchmesser.
STAND DER TECHNIK
Selbstschneidende Schraubeneinheiten sind hauptsächlich im Blech- und Kunststoffbereich bekannt. Derartige Schraubeneinheiten sind nicht geeignet, insbesondere Strangpressprofile aus Aluminium miteinander zu verbinden.
Zur Verbindung von Strangpressprofilen sind sogenannte tribonale Gewindeformen von Schraubeneinheiten bekannt, die eine dreieckförmige konvex ausgebildete Umfangskontur aufweisen, das heißt das Eindringen des Außenprofils der Schraubeneinheit in den Innenumfang der Kernbohrung des Profils wird nur an drei Ecken der Gewindeform gewährleistet. Damit ist die Trageinheit einer derartigen selbstbohrenden Schraubeneinheit relativ gering.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung das technische Problem beziehungsweise die Aufgabe zugrunde, eine Schraubeneinheit anzugeben, die als selbstbohrende Schraubeneinheit ausgebildet ist, hohe Verbindungsfestigkeiten erreicht und gleichzeitig Eindrehkräfte ermöglicht, die im normalen Anwendungsbereich liegen.
Die erfindungsgemäße Schraubeneinheit ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den von dem unabhängigen Anspruch 1 direkt oder indirekt abhängigen Ansprüche angegeben.
Die erfindungsgemäße Schraubeneinheit zeichnet sich demgemäß dadurch aus, dass der Schraubenschaft eine durchgehende kreiszylindrische Querschnittskontur besitzt und bei einem Kerndurchmesser (KD) im Bereich von 5,0 bis 8,5 mm (Millimeter) und einer Gewindesteigung von 0,8 bis 1,5 mm (Millimeter) der Gewindeaußendurchmesser (GAD) wie folgt festgelegt ist: GAD = KD + (0,3 bis 0,5 mm (Millimeter)) oder bei einem Kerndurchmesser (KD) im Bereich von 9,0 bis 11,0 mm (Millimeter) und einer Gewindesteigung im Bereich von 1,5 bis 2,0 mm (Millimeter) der Gewindeaußendurchmesser (GAD) wie folgt festgelegt ist: GAD = KD + (0,7 bis 1,4 mm (Millimeter) ) .
Die erfindungsgemäße Schraubeneinheit ist insbesondere für Strangpressprofileinheiten aus AlMgSiO oder vergleichbaren Werkstoffen geeignet. Einfach zu bewältigende Eindrehkräfte gewährleisten eine ausreichende Verbindungsfestigkeit. Auf das zusätzliche Einschneiden eines Innengewindes in die Kernbohrung kann vollständig verzichtet werden.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schraubeneinheit zeichnet sich dadurch aus, dass die Gewindespitzen des Außengewindes bereichsweise gebrochen ausgebildet sind, wobei eine bevorzugte Weiterentwicklung sich dadurch auszeichnet, dass gebrochene Bereiche der 'Gewindespitzen streifenförmig, um die Längsachse der Schraubeneinheit gewendelt, umfangsmäßig versetzt angeordnet sind. Schraubeneinheiten mit derartig gebrochenen Gewindeformen werden im Stand der Technik als "Spiralform Plus" bezeichnet.
Bei der erfindungsgemäßen Schraubeneinheit erfolgt beim Eindrehen das Einschneiden und Formen des Gewindeganges am gesamten Umfang der Kernbohrung gleichmäßig. Damit wird ein Trageinteil für die Gewindeverbindung erreicht, der um ein Vielfaches höher liegt als bei der bekannten tribonalen Form des Gewindes von bekannten Schraubeneinheiten.
Um eine dauerhaft zuverlässige Sicherung der eingedrehten Schraubeneinheit zu gewährleisten, zeichnet sich eine besonders bevorzugte Ausgestaltung dadurch aus, dass die Unterseite des Schraubenkopfes eine Verzahnungskontur, insbesondere Sägezahnkontur, aufweist.
Die Handhabung der Schraubeneinheit für das Montagepersonal zu Beginn des Eindrehvorgangs wird gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung dadurch gewährleistet, dass an dem freien Endbereich des Schraubenschaftes eine Ansetzeinheit mit gegenüber dem Durchmesser des Schraubenschaftes beziehungsweise gegenüber dem Gewindeaußendurchmesser verminderten Durchmesser angeformt ist.
Die Schraubeneinheit kann aus dem üblichen bekannten Schraubenwerkstoff bestehen und in besonders vorteilhafter Art und Weise einer galvanischen Phosphatbehandlung unterzogen sein.
Eine erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung für zumindest zwei Bauteile, wobei ein Bauteil eine Kernbohrung ohne Innengewinde aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass eine Schraubeneinheit der oben beschriebenen Art als selbstfurchende Schraubeneinheit in die Kernbohrung eingedreht aufweist oder als eindrehbar ausgebildet ist.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung, bei der die Größe der Eindrehkräfte – bei gleichzeitiger Gewährleistung ausreichender Verbindungsfestigkeiten – variiert werden kann, zeichnet sich dadurch aus, dass die Kernbohrung außenumfangsmäßig, radial rasterförmig angeordnete, nach innen offene Ausnehmungen aufweist.
Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den Ansprüchen ferner aufgeführten Merkmale sowie durch die nachstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Die Merkmale der Ansprüche können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, insoweit sie sich nicht offensichtlich gegenseitig ausschließen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
1 schematische Perspektivdarstellung einer Schraubeneinheit, die als selbstfurchende Schraubeneinheit ausgebildet ist und deren Gewindeaußendurchmesser auf einen Kerndurchmesser einer Kernbohrung abgestimmt ist,
2 schematischer Detailschnitt einer in eine Kernbohrung eingedrehten Schraubeneinheit gemäß 1,
3a-d schematischer ausschnittsweiser Querschnitt durch ein Bauteil, insbesondere Strangpressprofil, mit unterschiedlichster Ausgestaltung der Querschnittsgeometrie der Kernbohrung und
4a,b perspektivische Explosionsdarstellung der Verbindung zweier Bauteile mit der Schraubeneinheit gemäß 1 (4a) und des Anschlusses eines dritten Bauteils (4b).
WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
In 1 ist eine Schraubeneinheit 10 in einer Perspektive dargestellt, die einen Schraubenkopf 12 mit einer oberseitig am Schraubenkopf 12 eingeformten Formkontureinheit 18 aufweist, die als Innensechskant ausgebildet ist, und zum Ansetzen eines Werkzeuges dient, um die Schraubeneinheit 10 um ihre Längsachse 20 zu drehen. Unterseitig ist an den Schraubenkopf 12 ein Schraubenschaft 14 mit einem Außengewinde 16 angeformt, der in Richtung der Längsachse 20 einen konstanten Kreiszylinderquerschnitt aufweist. Im freien Endbereich des Schraubenschaftes 14 ist eine kreiszylindrische Ansetzeinheit 22 angeformt, die gegenüber dem Schraubenschaft 14 einen verminderten Außendurchmesser aufweist.
Auf der Unterseite des Schraubenkopfes 12 ist eine Sägezahnkontur 24 an diesen angeformt .
Der Gewindeaußendurchmesser der Schraubeneinheit 10 ist in 1 mit der Bezeichnung GAD angegeben.
Die Schraubeneinheit 10 ist als selbstfurchende Schraubeneinheit ausgebildet, die dazu geeignet ist, in eine Kernbohrung 30 (siehe 2) eines Bauteils, insbesondere eines Aluminiumstrangpressprofils, eingeschraubt zu werden. Der Durchmesser der Kernbohrung 30 wird im Folgenden KD genannt.
Um eine ausreichende Verbindungsfestigkeit der eingeschraubten Schraubeinheit in der Kernbohrung 30 zu gewährleisten, ist die Größe des Gewindeaußendurchmessers GAD in Abhängigkeit des Kerndurchmessers KD in der Gewindesteigung der Schraubeneinheit 10 wie folgt festgelegt:
Bei einem Kerndurchmesser KD im Bereich von 5,0 bis 8,5 mm (Millimeter) und einer Gewindesteigung im Bereich von 0,8 bis 1,5 mm (Millimeter) berechnet sich der Gewindeaußendurchmesser GAD wie folgt
GAD = KD + (0,3 bis 0,5 mm (Millimeter))
oder bei einem Kerndurchmesser KD im Bereich von 9, 0 bis 11, 0 mm (Millimeter) und einer Gewindesteigung im Bereich von 1,5 bis 2,0 mm (Millimeter) ist der Gewindeaußendurchmesser GAD wie folgt festgelegt:
GAD = KD + (0,7 bis 1,4 mm (Millimeter)).
Die Gewindeform der Schraubeneinheit 10 selbst entspricht einer bekannten Gewindeform, die unter der Bezeichnung "Spiralform Plus" bekannt ist.
Wie aus 2 ersichtlich dringen die Gewindespitzen des Außengewindes 16 bereichsweise in das Grundmaterial 32 entlang des Innenumfangs der Kernbohrung 30 ein. In diesem Bereich wird das Grundmaterial 32 verdrängt und bildet in den jeweiligen Gewinderillen einen nach innen ragenden Materialverformungsbereich 26. Aufgrund der festgelegten Geometrie wird eine hohe Verbindungsfestigkeit erreicht und gleichzeitig treten Eindrehkräfte beim Eindrehen der Schraubeneinheit 10 auf, die im normalen zu bewältigenden Bereich für die Montageperson liegen.
Die Eindringtiefe T der Gewindespitzen in das Grundmaterial 32 kann gemäß obiger Formeln im Bereich zwischen 0, 15 bis 0, 25 mm beziehungsweise 0,35 bis 0,7 mm liegen.
In den 3a-d sind Querschnitt von Kernbohrungen mit unterschiedlichster Querschnittskontur dargestellt. Gemäß 3a ist im Grundmaterial eine Kernbohrung 30 mit glatter Innenfläche vorhanden.
Die 3b und d zeigen Kernbohrungen 30.1 mit umfangsmäßig radial rasterförmig angeordneten, nach innen offenen Ausnehmungen 34, wobei die Ausführungsform gemäß 3b insgesamt acht Ausnehmungen 34 und die Ausführungsform gemäß 3d vier Ausnehmungen 34 besitzt.
Die Ausführungsform gemäß 3c besitzt Ausnehmungen 34.1, die querschnittsförmig im Wesentlichen trapezartig mit nach außen sich erweiterndem Querschnitt ausgebildet sind, wobei die Querschnittshöhe der Ausnehmung 34.1 alternierend unterschiedlich groß ausgebildet ist.
In 4a ist in einer perspektivischen ausschnittsweisen Explosionsdarstellung ein praktischer Einsatzfall der Schraubeneinheit 10 dargestellt. Ein erstes Bauteil 40 wird durch ein Aluminiumstrangpressprofil mit einer an jeder Außenseite in Längsrichtung verlaufenden Nut 46 gebildet. In seiner Stirnseite weist das erste Bauteil 40 eine zentrale Kernbohrung 30.1 gemäß 3b auf, in die die selbstfurchende Schraubeneinheit 10 eingedreht ist. Zwischen Schraubeneinheit 10 und der Stirnseite des ersten Bauteils 40 ist ein zweites Bauteil 42 angeordnet, das eine entsprechende Bohrung 44 für den Durchgang der Schraubeneinheit 10 besitzt. Das zweite Bauteil 42 besitzt eine Querschnittskontur, die in eine Nut 50 eines als Aluminiumstrangpressprofil ausgebildeten dritten Bauteils 48 zum Zwecke des rechtwinkligen Anschlusses dieses Bauteils 48 an die Stirnseite des ersten Bauteils 40 (siehe 4b) eingreift.

Claims

Schraubeneinheit (10) zum Einschrauben in eine Kernbohrung (30) mit einem Kerndurchmesser (KD) ohne Innengewinde eines Grundmaterials, insbesondere eines Aluminiumstrangpressprofils, mit – einem Schraubenkopf(12) mit einer Formkontureinheit (18) zum Ansetzen eines Werkzeugs zum Drehen der Schraubeneinheit (10) um ihre Längsachse (20) und – einem an den Schraubenkopf (12) angeformten Schraubenschaft (14) mit einem Außengewinde (16) mit einem Außengewindedurchmesser (GAD), dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenschaft eine durchgehende kreiszylindrische Querschnittskontur besitzt und – bei einem Kerndurchmesser (KD) im Bereich von 5,0 bis 8,5 mm (Millimeter) und einer Gewindesteigung von 0,8 bis 1, 5 mm (Millimeter) der Gewindeaußendurchmesser (GAD) wie folgt festgelegt ist GAD = KD + (0,3 bis 0,5 mm (Millimeter)) oder – bei einem Kerndurchmesser (KD) im Bereich von 9,0 bis 11,0 mm (Millimeter) und einer Gewindesteigung im Bereich von 1,5 bis 2,0 mm (Millimeter) der Gewindeaußendurchmesser (GAD) wie folgt festgelegt ist: GAD = KD + (0,7 bis 1,4 mm (Millimeter)).
Schraubeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespitzen des Außengewindes (16) bereichsweise gebrochen ausgebildet sind.
Schraubeneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass gebrochene Bereiche der Gewindespitzen streifenförmig, um die Längsachse (20) der Schraubeneinheit gewendelt, umfangsmäßig versetzt angeordnet sind.
Schraubeneinheit nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite des Schraubenkopfes (12) eine Verzahnungskontur, insbesondere Sägezahnkontur (24), aufweist.
Schraubeneinheit nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem freien Endbereich des Schraubenschaftes (14) eine Ansetzeinheit (22) mit gegenüber dem Durchmesser des Schraubenschaftes (14) beziehungsweise gegenüber dem Gewindeaußendurchmesser (GAD) verminderten Durchmesser angeformt ist.
Schraubeneinheit nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubeneinheit (10) einer galvanischen Phosphatbehandlung unterzogen ist.
Verbindungseinrichtung für zumindest zwei Bauteile, wobei ein Bauteil (40) eine Kernbohrung (30) aufweist, in die eine Schraubeinheit (10) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche als selbstfurchende Schrauben-einheit eingeschraubt beziehungsweise einschraubbar ausgebildet ist.
Verbindungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernbohrung (30) außenumfangsmäßig, radial rasterförmig angeordnete, nach innen offene Ausnehmungen (34) aufweist .
Verbindungseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubeneinheit (10) von einer Stirnseite her in eine zentrale Kernbohrung (30) eines Aluminiumstrangpressprofils (40) eingedreht vorhanden ist.