DE4105741A1 - Schraubenmutter - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schraubenmutter, insbeson
dere eine Hutmutter, zum Abdichten eines Schraubenloches, wie
sie im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben ist.
Derartige Schraubenmuttern, einschließlich der Hutmuttern, sind
genormte Befestigungselemente, die aufgrund ihrer weiten Ver
breitung allgemein bekannt sind.
Dabei eignen sich Hutmuttern mit hermetisch geschlossener Kup
pel besonders gut zum vollständigen Abdichten des vom zugeord
neten Schraubenschaft durchsetzten Schraubenloches, da nur eine
umlaufende Abdichtung zwischen der Ringstirnfläche der Hutmut
tern und der an das Schraubenloch angrenzenden Gegenfläche des
zugeordneten Tragbauteils erforderlich ist. Hierzu sind als
Unterlegscheiben ausgebildete Dichtringe üblich, die beim An
ziehen der Schraubverbindung axial zwischen der Ringstirnfläche
der Hutmuttern und der Gegenfläche verspannt werden.
Solche Hutmuttern weisen jedoch wegen der Dicke ihrer Kuppel
sowie wegen des endseitigen Bohrungskegels ihrer Kernbohrung
eine gegenüber ihrer Einschraublänge deutlich vergrößerte Bau
höhe auf.
Besteht das Tragbauteil mit dem Schraubenloch zudem aus einem
schwingungsbelasteten Blechbauteil relativ geringer Wandstärke,
wie z. B. einem Karosseriebauteil eines Kraftwagens, so läßt
sich eine dauerhaft zuverlässige Abdichtung des Schraubenloches
im Blech gegen Feuchtigkeitsdurchtritt oder dergleichen nur
mittels einer stark komprimierbaren Unterlegscheibe aus einem
gummielastischen Werkstoff erreichen.
Beim Positionieren der Hutmutter vor dem Schraubenloch muß
demnach ein Freiraum zur Verfügung stehen, der zur koaxialen
Anordnung der Hutmutter und der noch nicht komprimierten Un
terlegscheibe ausreicht.
Des weiteren muß sichergestellt werden, daß das Gewinde der
Hutmutter beim Anziehen bzw. beim Nachziehen der Schraubver
bindung nicht ausreißt, was beim Auflaufen des Schrauben
schaftendes am Bohrungskegel kaum zu vermeiden ist. Die Gewin
debohrung der Hutmutter muß deshalb länger sein als die maximal
auftretende Einschraublänge des mit ihr zusammenwirkenden
Schraubenschaftes. Es versteht sich, daß dies von besonderer
Bedeutung ist, wenn die Schraubverbindung axial stark dehnbare
Zwischenlagen umfaßt. Die Überlänge der Gewindebohrung zwingt
also zur konstruktiven Auswahl einer Hutmutter mit größerer
Höhe, wodurch der zum Positionieren der Hutmutter vor dem
Schraubenloch benötigte Freiraum in axialer Richtung nochmals
größer sein muß.
Bei vielen Anwendungsmöglichkeiten der Hutmutter zu Dichtungs
zwecken, z. B. in engen Hohlprofilen von Fahrzeugen, wird jedoch
die aufgrund der resultierenden Bauhöhe der Hutmutter notwen
dige Distanz zum Gegenbauteil mit dem Schraubloch konstruktiv
nicht verfügbar sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße
Schraubenmutter für Dichtungszwecke, insbesondere in Gestalt
einer Hutmutter, dahingehend weiterzuentwickeln, daß sie sich
mit deutlich geringerer axialer Erstreckung vor dem Schrauben
loch positionieren läßt.
Die erfindungsgemäßen Lösungen dieser Aufgabe ergeben sich je
weils aus den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 5.
Aus den übrigen Ansprüchen gehen vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung hervor.
Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand
einer zeichnerischen Darstellung näher erläutert.
In der Darstellung zeigen:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Schraubenmutter in
einer Einzeldarstellung,
Fig. 2 die Schraubenmutter nach Fig. 1 im verbauten Zu
stand als Bestandteil eines Punktflansches,
Fig. 3 eine Seitenansicht des Punktflansches in einer
Einzeldarstellung, und
Fig. 4 den Punktflansch gemäß Fig. 3 in einer Drauf
sicht.
In der Schnittdarstellung nach Fig. 1 ist der Aufbau einer
mehrteiligen Schraubenmutter 1 zu erkennen, die im Zusammenbau
die Gestalt einer Hutmutter aufweist und dabei wesentlich kom
pakter ist als eine übliche Hutmutter nach DIN.
Der tragende Teil der Mutter 1 besteht aus einem massiven
hohlzylindrischen Mutterschaft 2, dessen Mittelbohrung die Ge
windebohrung 3 der Mutter 1 bildet. In einem Endbereich der
Gewindebohrung 3 ist der Außendurchmesser des Mutterschaftes 2
durch einen radial auskragenden Ringbund 4 vergrößert, der hier
in einen Punktflansch 5 übergeht. Der als schmale
rechteckförmige Platte ausgebildete Punktflansch 5 ist
einteilig an die Stirnfläche des Ringbundes 4 angeformt und
bildet somit mit seiner dem Ringbund 4 abgewandten Stirnfläche,
welche rechtwinklig zur Mittellängsachse der Gewindebohrung 3
verläuft, die Ringstirnfläche 6 der Mutter 1.
Bei der Mutter ohne Punktflansch 5, die zum üblichen Auf
schrauben auf einen Gewindebolzen gedacht ist, könnte die
Ringstirnfläche 6 von dem entsprechend verdickten Ringbund 4
gebildet werden, dessen Umfangsfläche einen Mehrkant oder der
gleichen für den Schlüsselumgriff aufweist.
Aus der Ringstirnfläche 6 ist eine Ringnut 7 mit etwa halb
kreisförmigem Querschnitt ausgespart, wobei der mittlere
Durchmesser der Ringnut 7 dem Außendurchmesser des Mutter
schaftes 2 im wesentlichen entspricht. Dadurch ist die Ring
stirnfläche 6 in zwei plane Teilflächen aufgegliedert. In die
Ringnut 7 ist mittig ein O-Ring 8 aus Gummi eingeklebt, dessen
Querschnittsradius etwas geringer ist als der Radius des Ring
nutquerschnittes, wodurch der O-Ring 8 mit dem überwiegenden
Teil seines Ringquerschnittes in der Ringnut 7 versenkt ist.
Jedoch springt die von der Ringnut 7 eingefaßte Teilfläche der
Ringstirnfläche 6 gegenüber der jenseits der Ringnut 7 liegen
den Teilfläche bis zur Querschnittsmitte des O-Rings 8 zurück.
Diese Abstufung der Ringstirnfläche wirkt sich günstig auf das
Anziehverhalten der Mutter 1 aus, wie an späterer Stelle noch
erläutert werden wird. Durch den O-Ring 8 soll eine umlaufende
Abdichtung der Ringstirnfläche 6 gegenüber einer ebenen, ein
Schraubenloch begrenzenden Gegenfläche gewährleistet werden,
die im wesentlichen parallel zur Ringstirnfläche 6 verläuft.
Dabei ist ein O-Ring 8 gegenüber einer als Flächendichtung
wirkenden Unterlegscheibe dadurch vorteilhaft, daß der O-Ring 8
bereits nach geringer Dickenkompression mit hoher Flächenpres
sung an der Gegenfläche aufliegt. Da er zudem mit seinem über
wiegenden Ringquerschnitt in der zugeordneten Ringnut 7
versenkt ist, wird die Bauhöhe der Mutter 1 durch den O-Ring 8
nur im Millimeterbereich vergrößert.
Die enge der durchgehenden Gewindebohrung 3 und damit auch die
enge des Mutterschaftes 2 sind konstruktiv auf das vorgesehene
Anzugsdrehmoment abgestimmt, d. h. die Gewindebohrung 3 umfaßt
nur eine Zahl von Gewindegängen, die beim vorgesehenen Anwen
dungsfall die Axiallast der Schraube mit hinreichender Sicher
heit aufnehmen kann. Durch diese Dimensionierung ist die Lange
bzw. Höhe der Mutter 1 zwischen ihrer Ringstirnfläche 6 und
ihrer planparallelen Ringstirnfläche am Ende des Mutterschaftes
2 minimal. Bei variierender Einschraublänge des zugeordneten
Gewindebolzens, tritt dieser ggf. etwas aus der Gewindebohrung
3 heraus.
Um zusätzlich zur Abdichtung über die mit dem O-Ring 8
versehene Ringstirnfläche 6 auch eine vollständige Kapselung
der Gewindebohrung 3 zur Umgebung der Mutter 1 zu erreichen,
ist das der Ringstirnfläche 6 entgegengesetzte Ende der Gewin
debohrung 3 mittels einer dünnwandigen Kappe 9 abgedichtet.
Diese Kappe 9 besteht hier aus gedrücktem Metallblech, das mit
besonders geringe Wandstärke verarbeitet werden kann. Sie ist
hutförmig gestaltet und auf die zylindrische Umfangsfläche des
Mutterschaftes 2 aufgepreßt, wonach sie reibschlüssig auf der
Umfangsfläche gehalten ist. Damit die aufeinanderliegenden
Reibflächen des Mutterschaftes 2 und der Kappe 9 eine zuver
lässige Abdichtung sicherstellen können, wird die Kappe 9 mit
kleinerem Durchmesser gefertigt und erst beim Auftreiben auf
den Mutterschaft 2 weiter gedehnt. Durch die radialen Rückfe
derkräfte der Kappe 9 liegt diese nach dem Aufpreßvorgang ab
solut dicht auf der Umfangsfläche des Mutterschaftes 2 an. Um
das Auftreiben der Kappe 9 mittels eines Treibwerkzeugs zu er
möglichen, ist eine endseitige Randzone der Kappe 9
hutkrempenartig radial nach außen gewölbt. Diese gewölbte
Randzone kann ferner zur "weichen" Begrenzung des Treibvor
schubes genutzt werden, da diese in der Endlage der Kappe 9 am
Ringbund 4 auflaufen kann.
Die Kappe 9 überdeckt die Gewindebohrung 3 in einem axialen
Abstand, damit sie vom Gewindebolzen einer zu langen Schraube
nicht gelockert werden kann.
Damit die Höhe der Mutter 1 hierdurch nicht unnötig vergrößert
wird, ist die Kappe 9 in ihrem der Gewindebohrung 3 gegenüber
liegenden Flächenbereich als flache Scheibe 10 ausgebildet, die
sich rechtwinklig zur Mittellängsachse der Gewindebohrung 3
erstreckt. Hierdurch erhält die Mutter 1 das Erscheinungsbild
einer Hutmutter mit zentral abgeflachter Kuppel.
In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch ein seitliches Dachrahmen
profil 11 eines Kraftwagens ohne Regenrinnen zu erkennen, an
welchem ein nicht dargestellter Dachträger lösbar befestigt
werden soll. Zur seitlichen Befestigung des Dachträgers sind
abgewinkelte Füße 12 vorgesehen, die auf der Unterseite des
Dachrahmenprofils 11 schraubbefestigt sind. Diese Befesti
gungsart als solches ist z. B. aus der DE-OS 30 32 099 vorbe
kannt. Die Abwinkelung des Fußes 12 ist als flacher Flansch
ausgebildet und durch eine Dichtungsfuge einer oberen Dichtung
13 der Seitentür nach innen eingeschoben, wodurch der Flansch
flächig auf der Unterseite des Dachrahmenprofils 11 anliegt und
eine Querbohrung im Flansch zu einem Schraubenloch 14 im Dach
rahmenprofil 11 fluchtet. Durch die Querbohrung und das
Schraubenloch 14 hindurch ist eine Senkkopfschraube 15 in die
Gewindebohrung 3 der Mutter 1 hineingedreht, die unter axialer
Abstützung auf der Innenseite des aus mehreren Profilschalen
zusammengesetzten Dachrahmenprofils 11 befestigt ist. Zur Be
festigung am Dachrahmenprofil 11 dient der Punktflansch 5, der
wie in Verbindung mit den Fig. 3 und 4 erkennbar ist, aus einer
schmalen Platte besteht, die sich in Längsrichtung des Dach
rahmenprofils 11 erstreckt.
Der Punktflansch 5 steht an beiden Enden gegenüber den beiden
voneinander beabstandet in ihn integrierten Muttern 1 über, so
daß er jeweils beabstandet zu den beiden zugeordneten Schrau
benlöchern 14 im Dachrahmenprofil 11 mit diesem verschweißt
werden kann. Hierdurch wird sichergestellt, daß die beim An
pressen des Punktflansches 5 komprimierten O-Ringe 8 der beiden
Muttern 1 durch die Wärmewirkung des Schweißvorganges nicht
beschädigt werden.
In der Zusammenbauzeichnung ist ferner zu erkennen, daß um eine
sichere Dichtwirkung zu erzielen, nur die dem Punktflansch 5
angehörende Ringstirnfläche 6, welche die Ringnut 7 umgibt, auf
der das Schraubenloch 14 einfassenden Gegenfläche anliegen muß.
So wird das seitliche Dachrahmenprofil 11 auch bei abge
schraubtem Fuß 12 zuverlässig vor dem Eindringen von Feuchtig
keit geschützt. Selbst, wenn die beiden Senkkopfschrauben 15
des Fußes 12 sehr kraftvoll angezogen werden und sich der
Punktflansch etwas durchbiegt, ergibt sich keine Ausbeulung des
unmittelbar an das Schraubenloch 14 angrenzenden Karosserie
bleches, da der zurückspringende Flächenbereich der Ringstirn
fläche 6 nicht aufliegt.
Die Mehrteiligkeit der Mutter 1 ist auch deshalb vorteilhaft,
weil eine Oberflächenbehandlung des Mutterschaftes 2 sowie der
Kappe 9 vor dem Aufpressen der Kappe 9 und dem Einkleben des
O-Ringes 8 erfolgen kann. Insbesondere in der Gewindebohrung 3
des Mutterschaftes 2 wird erst dadurch eine gleichmäßige
Beschichtung der Gewindegänge ermöglicht. Dies gilt prinzipiell
für alle Beschichtungsarten wie z. B. einen Lackauftrag oder
einen galvanischen Auftrag metallischer Schutz schichten. Zudem
lassen sich Badverschleppungen zuverlässig verhindern, da die
Gewindebohrung 3 noch als Durchgangsbohrung vorliegt.
Es versteht sich, daß dieser Vorteil auch erhalten bleibt, wenn
die Mutter 1 in einen Punktflansch 5 integriert ist.
Claims (11)
1. Schraubenmutter, insbesondere Hutmutter, zum Abdichten eines
Schraubenloches, die im angezogenen Zustand mit ihrer Ring
stirnfläche axial auf einer das Schraubenloch umschließenden
Gegenfläche eines Tragbauteils abgestützt ist, wobei zwischen
der Ringstirnfläche und der Gegenfläche ein Dichtring angeord
net ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß in die Ringstirnfläche (6) der Mutter (1) eine Ringnut (7)
eingelassen ist, in welcher der Dichtring (O-Ring 8) mit einem
Teil seines Ringquerschnittes versenkbar ist.
2. Schraubenmutter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Dichtring ein O-Ring (8) aus einem gummielastischen
Werkstoff ist, wobei die Ringnut (7) einen etwa halbkreisför
migen Querschnitt aufweist, und wobei der Radius des Ringnut
querschnittes gegenüber dem Radius des O-Ringquerschnittes
vergrößert ist.
3. Schraubenmutter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Dichtring (O-Ring 8) unverlierbar in der Ringnut (7)
befestigt ist.
4. Schraubenmutter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ringstirnfläche (6) durch einen Befestigungsflansch
(Punktflansch 5) vergrößert ist, der im zugeordneten Endbereich
der Mutter (1) radial von deren Umfang abragt, wobei der größte
Durchmesser der Ringnut (7) im Befestigungsflansch (Punkt
flansch 5) liegt, und daß die von der Ringnut (7) umfangene
Teilfläche der Ringstirnfläche (6) gegenüber der die Ringnut
(7) umgebenden Teilfläche zurückspringt.
5. Schraubenmutter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gewindebohrung (3) der Mutter (1) eine Durchgangsboh
rung ist, und daß das der Ringstirnfläche (6) entgegengesetzte
Ende der Gewindebohrung (3) mittels einer dünnwandigen Kappe
(9) abgedichtet ist.
6. Schraubenmutter nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kappe (9) hutförmig gestaltet und unter dichtem An
schluß auf eine Umfangsfläche der Mutter (1) aufgepreßt ist.
7. Schraubenmutter nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kappe (9) in ihrem der Gewindebohrung (3) gegenüber
liegenden Flächenbereich als plane Scheibe (10) ausgebildet
ist, die sich rechtwinklig zur Mittellängsachse der Gewinde
bohrung (3) erstreckt.
8. Schraubenmutter nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die von der Kappe (9) umschlossene Umfangsfläche der Mutter
(1) zylindrisch gestaltet ist.
9. Schraubenmutter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ringstirnfläche (6) der Mutter (1) durch einen
plattenförmigen Punktflansch (5) vergrößert ist, durch den die
Mutter (1) in einem Abstand zum Schraubenloch (14) mit dem
Tragbauteil (Dachrahmenprofil 11) verschweißbar ist.
10. Schraubenmutter nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß in den Punktflansch (5) mehrere Muttern (1) integriert
sind, deren Gewindebohrungen (3) in der Einbaulage des Punkt
flansches (5) jeweils zu einem ihnen zugeordneten Schraubenloch
(14) im Tragbauteil (Dachrahmenprofil 11) fluchten.
11. Schraubenmutter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gewindebohrung (3) der Mutter (1) eine Durchgangsboh
rung ist, und daß das der Ringstirnfläche (6) entgegengesetzte
Ende der Gewindebohrung (3) mittels einer dünnwandigen Kappe
(9) abgedichtet ist.
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