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Verfahren zum Eindrehen einer Schraube in dünnwandige
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Bleche sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Eindrehen einer Schraube
mit einem sich bis zu ihrem zugespitzten Ende erstreckenden, selbstfurchenden Gewinde
in dünnwandige Bleche sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Zum Eindrehen von Schrauben in Blechen ist es bekannt, an der Befestigungsstelle
ein Loch vorzusehen, in welches dann die Blech- oder Gewindeschraube mit ihrem selbstfurchenden
Gewinde eingedreht wird. Wenn die durch die Schraube zu verbindenden Teile in ihrer
Lage nicht genau festliegen - wie dies beim Fahrzeugbau aufgrund von Toleranzen
häufig vorkommt - , kann das Loch erst unmittelbar vor den Verschrauben erzeugt
werden.
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Dies bedingt einen zusätzlichen Arbeitsgang. Wird das Loch nicht erst
bei der Montage, sondern bereits bei der Einzelteilfertigung erzeugt, dann hat dies
zur -Folge, das bei der Montage die Lage des Loches meist nicht stimmt und deshalb
entsprechende Vorkehrungen getroffen werden müssen um diese Toleranzen zu überbrücken.
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Dazu werden meist Langlöcher in Verbindung mit Unterlegscheiben eingesetzt.
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Der Montageablauf selbst ist durch das Suchen des Loches mit der Schraube
oft schwierig, insbesondere, wenn die Verschraubung an schwer einsehbaren Stellen
erfolgen soll.
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Durch das erforderliche Suchen des Loches ist es meist
auch
nicht möglich, den Schraubvorgang zu automatisieren.
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Durch den undefinierten Anschraubvorgang kommt es außerdem häufig
vor, daß die im Blech durch die Schraube erzeugten Gewinde teilweise zerstört sind,
wodurch die Ausreißfestigkeit stark reduziert wird.
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Es sind weiter Schrauben mit einem selbstfurchenden Gewinde bakannt,
deren Spitze einen Bohrer trägt. Abgesehen davon, daß derartige Schrauben teuer
sind, erzeugen sie in dem sie aufnehmendem Blech nur ein sehr kurzes Gewinde, welches
außerdem bei nicht exakter Schraubenführung leicht zerstört werden kann. Zum Einschrauben
in dünne Bleche sind deshalb diese Schrauben völlig ungeeignet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verbindung
zwischen einem dünnen Blech und einer selbstfruchenden Schraube so auszubilden,
daß sie wirtschaftlich herstellbar ist und eine große Ausreißfestigkeit besitzt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Schraube
mit einem sich bis zu ihrem zugespitzten Ende erstreckenden, selbstfurchenden Gewinde
mit einem ihrer Gewinde steigung entsprechenden Zwangsvorschub in das ohne Bohrung
ausgeführte Blech eingedreht wird.
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Durch dieses Verfahren, bei welchem eine an sich bekannte, meist als
Reparatur- oder Suchschraube bezeichnete Schraube durch einen der Schraubengewindesteigung
entsprechenden Zwangsvorschub ohne vorherige Bohrung im Blech eingedreht wird, wird
eine Verbindung von hoher Ausreißfestigkeit erzeugt. Dies hat seine Ursache darin,
daß die Schraube das Blech kraterförmig einzieht und somit ein längeres Gewinde
im Blech ermöglicht. Beim Einschraubvorgang wird durch den Zwangsvorschub die Spitze
der Schraube in die
Blechwandung gedrückt und im weiteren Verlauf
die Kernbohrung erzeugt, in die sich durch den ununterbrochenen Zwangsvorschub die
Schraube selbstfurchend ihr Gewinde formt. Durch den Zwangsvorschub ist ein exaktes
Gewindeformen möglich, wobei selbst ein schräges Eindrehen der Schraube festigkeitsmäßig
ohne Belang ist. Die Verbindung ist außerdem hoch elastisch, so daß die Ausreißgefahr,
wie sie bei relativ starren bekannten Befestigungen besteht, nicht gegeben ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere bei dünnen Blechen
vorteilhaft einsetzbar, da durch das Einziehen des Bleches ein Gewinde von wesentlich
größerer Länge als der Blechstärke erzeugt wird.
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Der Anspruch 2 ist auf Maßnahmen gerichtet, durch welche bei nicht
ausreichender Ausreißfestigkeit diese zusätzlich bei Verwendung von nur einer Schraube
erhöht werden kann.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in den Ansprüchen 3 bis 5 gekennzeichnet.
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Die zum Durchdrücken des Kernloches für die Schraube erforderlichen
Kräfte - welche abhängig von der Blechdicke und vom verwendeten Blechwerkstoff sind
- müssen durch die Vorrichtung aufgebracht bzw. abgestützt werden.
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Diesen Kräften kann durch Andrücken der Vorrichtung, durch das Eigengewicht
der Vorrichtung oder durch Verklammerung der Vorrichtung mit dem Werkstück entgegengewirkt
werden. Die auftretenden Drehmomente sind während der Blechdurchdringungsphase am
größten. Wie Versuche gezeigt haben, betragen sie jedoch nur einen Bruchteil des
Anzugsdrehmoments, welches für die Schraubverbindung vorgegeben ist, so daß stets
eine sichere Schraubverbindung möglich ist.
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Bei den bekannten, auch für das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbaren
Reparatur- und Suchschrauben mit einem sich bis zu ihrem zugespitzten Ende erstreckenden,
selbstfurchenüem Gewinde schließt sich an die Spitze ein Bereich an, an dem das
Gewinde nicht ausgeformt ist. Dadurch wird erreicht, daß sich die Schraube bei schrägem
Eindrehen ausrichten kann und das Gewinde nicht zerstört wird. Dieser Ubergangsbereich
ist jedoch bei Schrauben die gemäß dem vorliegenden Verfahren-eingesetzt werden,
nicht notwendig (kürzere Schraube), da hier unabhängig von der Einschraubrichtung
durch den Zwangsvorschub stets ein optimales Gewinde im Blech erzeugt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 eine Schraube, ein zu befestigendes
Bauteil und einen Blechabschnitt, in den die Schraube eingedreht werden soll, Fig.
2 die Teile aus Fig. 1 in der zusammengefügten Lage, Fig. 3 eine ähnliche Anordnung,
bei der jedoch die Schraube nacheinander in zwei Bleche eingedreht ist und Fig.
4 eine Vorrichtung zur Erzielung der Verbindung nach Fig. 2 bzw. 3.
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Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines Bleches 5 an dem ein Werkstück
7 mittels einer Schraube 9 befestigt werden soll. Die Schraube 9 weist ein zugespitztes
Ende auf, bis zu dem sich auch ihr Gewinde 11 erstreckt.
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Am anderen Ende trägt die Schraube 9 einen Schraubenkopf 13 mit einem
Kreuzschlitz 15. Anstelle des Kreuzschlitzes 15 könnte der Schraubkopf 13 auch mit
einer anderen geläufigen Kopf form versehen sein.
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Fig. 2 zeigt die mittels der Schraube 9 hergestellte Schraubverbindung
im Schnitt. Die Schraube ist dabei unter Zwangsvorschub in das ohne eine Bohrung
versehene Blech 5 eingedreht worden. Bei diesem Vorgang drückt die Spitze der Schraube
9 durch das Blech 5 und erzeugt eine Kernbohrung dadurch, daß sie durch Einziehen
des Bleches 5 einen ringförmigen Krater 17 erzeugt, an dessen Innenseite durch das
selbstfurchende Gewinde 11 der Schraube 9 ein entsprechendes Innengewinde geformt
wird. Durch das Einziehen des Bleches ergibt sich eine Gewindelänge die ein Vielfaches
der Stärke des Bleches 5 ist.
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Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung, durch welche die in Fig. 2 oder in
Fig. 3 dargestellte Schraubverbindung erzeugt werden kann. Die Vorrichtung umfaßt
eine an sich bekannte und deshalb nicht näher dargestellte Schraubeinrichtung 19
mit der Möglichkeit des Rechts- und Linkslaufes.
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Das antreibende Element der Schraubeinrichtung 19 -hier gebildet durch
einen Sechskantstift 21 - wird längsverschieblich in einem Bolzen 23 aufgenommen.
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An seinem der Schraubeinrichtung Sg abgewandten Ende ist der Bolzen
23 mit.einer Klinge 25 versehen, auf die die Schraube 9 aufgesteckt ist. Am Außenumfang
des Bolzens 23 ist ein Gewinde 27 vorgesehen, welches in seiner Steigung der Steigung
des Gewindes 11 der Schraube 9 genau entspricht. Der Bolzen 23 wird von einer Werkstückaufnahme
29 mit einem Innengewinde 31 umschlossen. Beim Einschalten der Schraubeinrichtung
19 wird bei feststehender Werkstückaufnahme 29 durch die Gewinde 27 bzw. 31 der
Bolzen 23 und damit die Schraube 9 gedreht und axial vorgeschoben.
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Das Eindrehen der Schraube 9 in das blech 5 mittels der vorbeschriebenen
Vorrichtung erfolgt in der Weise,
daß zunächst die Schraube 9 auf
die Klinge 25 des Bolzens 23 aufgesteckt und das Werkstück 7 in die Werkstückaufnahme
29 eingelegt wird. Anschließend wird die Vorrichtung aufgesetzt, die Schraubeinrichtung
19 eingeschaltet und durch die dadurch erzeugte Rechtsdrehung die Schraube 9 in
das Blech 5 eingeschraubt. Bei Anliegen des Schraubenkopfes 13 am Werkstück 7 unter
einem vorgegebenen Drehmoment schaltet sich die Schraubeinrichtung 19 ab und die
Vorrichtung kann abgenommen werden. Wenn die Schraubeinrichtung 19 abgenommen ist
schaltet sie selbsttatig auf Linkslauf um und bewegt den Bolzen 23 in die Ausgangsstellung
zurück.
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Die auftretenden Drehmomente während der Blechdurchdringungsphase
sind nur ein Bruchteil der vorgegebenen Anzugsdrehmomente, so daß die Schraubeinrichtung
19 nicht vorzeitig abschaltet. Die zum Durchdrücken des Kernloches für die Schraube
9 erforderlichen Kräfte müssen entsprechend aufgebracht bzw. abgestützt werden.
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Wird die Vorrichtung auf das Blech 5 aufgesetzt, dann können die Gegenkräfte
durch das Gewicht der Vorrichtung aufgefangen werden, welches wesentlich größer
als die Kräfte zum Durchdrücken der Schraube ist.
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Statt des Gewichts der Vorrichtung kann auch eine Umklammerung 28
Verwendung finden, welche nach Beendigung des Schraubvorganges abgehoben wird, um
einen Freigang für den Schraubeinsatz bei seiner Bewegung in umgekehrter Richtung
zu schaffen. Bevorzugt kann eine in Fig. 4 mit 30 bezeichnete Ratsche oder ein Freilauf
im Bolzen 23 das Zurückbewegen des Bolzens 23 ohne Drehung der Klinge 25 ermöglichen.
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Die Vorrichtung kann in verschiedenster Weise eingesetzt oder abgewandelt
werden, insbesondere in Hinblich darauf, ob Werkstücke aufgenommen werden oder in
welcher Art und Weise dies erfolgen soll; wie die
Vorrichtung an
das Blech herangeführt wird oder wie die auftretenden Kräfte aufgefangen werden.
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In Fig. 3 ist außerdem zu erkennen, daß an der Rückseite des Bleches
5 ein Versteifungsblech 35 durch Punktschweißung befestigt ist. Im Bereich der vorgesehenen
Befestigung weist das Versteifungsblech 35 eine Sicke 37 auf. Durch das Versteifungsblech
35 wird eine höhere Ausreißfestigkeit der Schraubverbindung erreicht, da die Schraube
nacheinander in zwei Bleche eingedreht wird, wobei in jedem Blech eine größtmögliche
Gewindelänge wie in Fig. 2/gezeigt erzeugt wird.
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