DE3308147C1 - Hoch-belastbare Schraubverbindung mit einer Schutzsenkung - Google Patents

Description

• Abgesehen von dem bei dieser Lösung verringerten Raumbedarf, der positiven Beeinflussung der Spannungsverteilung im Gewinde und neben der Verbesserung des Kraftschlusses in der Trennfuge quer zur Schraubachse, ergibt sich hier ein zusätzlicher Sicherungseffekt gegen das Lösen der Verbindung unter Relativbewegung (z. B. ausgelöst durch Vibration). Durch das elastische und ggf. auch plastische Einfließen von Mutterwerkstoff in diese Schutzsenkung (infolge der Ausbildung eines Wulstes im Bereich um den obersten,
• sich unter Last aufwölbenden Gewindegang) wird hier zusätzlich durch formschlüssige Verzahnung dieser Effekt erzeugt. Insbesondere dieser Sicherungseffekt ist an üblichen gewindeseitigen Schutzsenkungen nicht gegeben, da hier der oberste Gewindegang innerhalb des Gewindebauteils verbleibt.
• Bei Verbindungen ohne Schutzsenkung wird dieser Effekt sogar verbindungsschädlich umgekehrt, indem sich zwischen den Trennflächen um den Gewinderand Druckspitzen aufbauen, welche später dann zu Setzerscheinungen führen (Vorspannkraftverlust), und die eine Entlastung der Restfläche zur Folge haben. Diese Entlastung führt zu Reibrost (Kontaktkorrosion) in diesem Bereich.
• Ein entscheidender Vorteil ist auch dadurch gegeben, daß im Gegensatz zu anderen vorbekannten Maßnahmen zur Entlastung der tragenden Gewindegänge einer hoch belastbaren Verschraubung - wie Muttern bzw.
• Schrauben mit kegelig abgedrehten unteren Gewinde.
• gängen oder Stulpmuttern mit einer Aussparung radial außerhalb der tragenden Gewindegänge - normale handelsübliche Schrauben und Muttern verwendet werden können, wodurch ein erhöhter Fertigungsaufwand und somit Kosten erspart werden.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
• Dabei zeigt die Figur einen Querschnitt durch eine hoch belastbare Schraubverbindung mit Schraube, Innengewinde-fragendem Bauteil sowie einem Gegenbauteil mit einer Schutzsenkung.
• Bei der dargestellten Schraubverbindung ist eine Schraube 1 in ein Innengewinde-tragendes Bauteil 2, beispielsweise eine Mutter bzw. eine Gewindeplatte eingeschraubt und mit einem zwischen dem Schraubenkopf 6 und dem Innengewinde-tragenden Bauteil 2 angeordneten Gegenbauteil 3 derart verspannt, daß die vordersten Gewindegänge elastisch bzw. plastisch angehoben werden, die sich dank der gegenbauteilseitigen Anordnung der Schutzsenkung 4 in diese hinein aufwölben können. Es bildet sich also ein Wulst 5 aus, der durch das elastische und ggf. plastische Ausweichen des Mutterwerkstoffes die Spannungskonzentration an den vordersten Gewindegängen verringert und dadurch eine gleichmäßigere Verteilung der Last auf alle Gewindegänge bewirkt.
• Bei einer bevorzugten Ausführung entspricht der Außendurchmesser Dz der Schutzsenkung 4 dem Gewindedurchmesser d plus etwa 2- bis 4mal der Gewindesteigung P (abhängig von Werkstoffpaarung und Ausführung der Durchgangsbohrung DB) Ds = dplus 2P(bis 4 P) Mit einer derartigen Schutzsenkung im zu verspannenden Gegenbauteil wird bei hoch belastbaren Schraubverbindungen gleichzeitig eine günstige Verteilung des Anpreßdruckes erreicht als auch eine erhöhte Sicherheit gegen Lösen der Schraubverbindung durch die Ausbildung eines Wulstes in der Schutzsenkung, ohne daß dabei die ausnutzbare Gewindelänge verringert wird. Eine Schraubverbindung mit dieser Schutzsenkung ist daher besonders auch bci Teilcn, die Vibrationen bzw. Extrembewegungen ausgesetzt sind, anwendbar. Besonders zu betonen ist hierbei, daß normale handelsübliche Schrauben und Muttern verwendet werden können.
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Claims (1)

1. Patentanspruch: Hoch belastbare Schraubverbindung, bestehend aus einer Schraube, einem Innengewinde-tragenden Bauteil, und einem Gegenbauteil zwischen dem Innengewinde-tragenden Bauteil und dem Schraubenkopf, mit einer Schutzsenkung zur Entlastung der tragenden Gewindegänge, die von der Berührfläche zwischen dem Innengewinde-tragenden Bauteil und dem Gegenbauteil ausgeht, dadurch gekennz e i c h n e t, daß die Schutzsenkung (4) am Gegenbauteil (3) angebracht ist und daß der Schutzsenkungsdurchmesser (Ds) dem Gewindedurchmesser (d) plus etwa 2- bis 4mal Gewindesteigung (P) entspricht.

   Die Erfindung betrifft eine hoch-belastbare Schraubverbindung mit einer Schutzsenkung nach dem Oberbegriff des Anspruchs, wie sie beispielsweise aus der Daimler-Benz-Norm 32 004 als bekannt hervorgeht, die von der Anmelderin auch offenkundig vorbenutzt wurde.

   Ein anderes Normblatt (VSM 14 334 des Vereins Schweizerischer Maschinenindustrieller) zeigt eine hoch belastbare Schraubverbindung, bei der das Bolzengewinde zwischen dem tragenden Teil und dem Schraubenkopf auf den Kerndurchmesser abgedreht ist und bei dem im Einbauzustand das Mutterngewinde gegenüber dem schraubenkopfseitigen Ende des Bolzengewindes übersteht, so daß die ersten anlageseitigen Gewindegänge der Mutter nicht mittragen und die Zugkraft des Schraubenbolzens sich gleichmäßiger auf die verbleibenden Gewindegänge verteilt. Auf die Abdrehung der Schraubenkopf-nahen Gewindegänge zur Definition eines definierten Gewindeanfangs am Schraubenbolzen kann verzichtet werden, wenn die Mutter an der Anlageseite mit einer Schutzsenkung versehen wird, wie dies sinngemäß das eingangs zitierte Normblatt der Anmelderin zeigt.

   Derartige Schutzsenkungen zur Entlastung der tragenden Gewindegänge am Mutternbauteil sich auch durch ausgeführte Maschinen hinlänglich bekannt, insbesondere bei Leichtmetallen.

   Nachteilig an derartigen Schutzsenkungen ist, daß das das Innengewinde tragende Bauteil beispielsweise das Mutternbauteil zusätzlich zu der ausnutzbaren Gewindelänge um die Einsenktiefe der Schutzsenkung vergrößert werden muß, was aus Platz- oder Gewichtsgründen oft nicht oder nur mit Schwierigkeiten möglich ist.

   Bei Bauteilen ohne Schutzsenkung bildet sich im übrigen ein radial kleiner Bereich unmittelbar um das Gewinde herum mit hoher Flächenpressung aus, so daß die restliche Auflagefläche entlastet wird, was durch Begünstigung der Relativbewegungen in beliebiger Richtung die Kontaktkorrosion (Reibrost) fördert. Außerdem treten hierdurch bevorzugt die Vorspannkraft abbauende Setzerscheinungen auf. Bei Dichtflächen wird hierbei die Dichtfunktion beeinträchtigt. Darüber hinaus ist der Kraftschluß der verschraubten Teile - mit oder ohne übliche Schutzsenkung - in Schubrichtung nicht optimal, was bei Vibrationen zu einem Lösen der Verschraubung unter Relativbewegungen führen kann.

   Die DE-OS 24 13 330 zeigt eine Schraube mit selbstschneidendem Gewinde zum Eindrehen in Blechbautei- le, deren Wandstärke geringer als der Schraubendurchmesser ist. Die Schraube wird in eine glatte Bohrung zwangsweise hineingedreht, wobei der Bohrungsdurchmesser geringfügig größer als der Gewindekerndurchmesser ist. Aufgrund der Härte der im vorderen Teil konisch gestalteten Schraube und ihrer Gewindegänge wird - ähnlich wie bei einer Holzschraube - durch das Bolzengewinde selbsttätig ein Innengewinde unter plastischer Verformung des Wandüngswerkstückes hineingedrückt. Es kommt dabei zu einem satten Kraftschluß zwischen Innengewinde und Bolzengewinde, der einem selbsttätigen Lösen der Schraube entgegenwirkt. Ein weiterer Vorteil dieser Schraubverbindung liegt zweifellos darin, daß ein gesonderter Arbeitsgang zum Schneiden des Innengewindes entbehrlich ist. Allerdings muß ein guter Schraubenwerkstoff mit gehärtetem Gewinde verwendet werden. Nachteilig ist weiterhin, daß diese Art von Schraubverbindung nur für relativ dünnwandige Blechbauteile, keinesfalls jedoch für hoch belastbare Schraubenverbindungen angewandt werden kann. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß im Bereich der schließlich das Innengewinde tragenden Bohrung durch das gewaltsame Eindringen des Gewindebolzens Wülste axial herausgedrückt werden, bevor die zu verschraubenden Teile noch satt aneinander liegen und die somit einer satten gegenseitigen Anlage der zu verschraubenden Teile entgegenwirken. Vielmehr kommt es im Bereich des aufgewölbten Bohrungsrandes zu einer Konzentration der Flächenpressung und zu einer entsprechenden Entlastung der Flächenpressung in radialen weiter ab liegenden Bereichen. Die Durchgangsbohrung in dem anderen anzuschraubenden Bauteil, welches zwischen dem das Innengewinde tragenden Bauteil und dem Schraubenkopf liegt, ist bewußt nur geringfügig größer als der Außendurchmesser des Gewindes gewählt, damit aufgrund einer konischen Gestaltung des Schraubenschaftes in unmittelbarer Nachbarschaft des Schraubenkopfes ebenfalls eine satte Berührung zwischen Bohrung und Schraubenschaft zustandekommt, um eine zusätzliche Verdrehsicherung der Schraube zu schaffen. Ein Vorbild für eine hoch-belastbare Schraubverbindung mit gleichmäßiger Flächenpressung der zu verschraubenden Teile im Kontaktbereich ist damit bestimmt nicht gegeben.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an einer hoch-belastbaren Schraubverbindung mit Schutzsenkung und einer dementsprechend günstigen Spannungsverteilung im Gewinde auch den Kraftschluß in der Trennfuge zwischen den verspannten Bauteilen zu verbessern und sie noch besser gegen das Lösen der Verbindung unter Relativbewegung zu sichern; außerdem soll die Höhe des Innengewinde-tragenden Bauteils nicht um die Einsenktiefe der Schutzsenkung vergrößert werden müssen und außerdem sollen auch keine Sonderschrauben verwendet werden müssen.

   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.