DE4105741C2 - Schraubenmutter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schraubenmutter, insbesondere eine Hutmutter, zum Abdichten eines Schraubenloches, wie sie im Oberbegriff des Hauptanspruches angegeben ist.

Eine derartige Schraubenmutter ist z. B. aus der US 3 572 414 bereits als bekannt zu entnehmen, wobei der von der Schraubenmutter gehaltene Dichtring weitestgehend in der Schraubenmutter versenkt ist und einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Da die Ringstirnfläche der Schraubenmutter im Übergangsbereich zwischen Ringnut und Gewindebohrung gegenüber ihrer außenumfangsseitig der Ringnut liegenden Teilstirnfläche etwas zurückspringt, wird der Dichtring aus elastomerem Material beim Anziehen der Mutter zu einem etwa L-förmigen Querschnitt verformt. Der durch Materialverdrängung entstandene Schenkel des Dichtrings greift somit unter umlaufender Abdichtung paßgenau in das Außengewinde der in die Schraubenmutter hineingedrehten Schraube ein. Zudem ist die Schraubenmutter an einem Ende durch eine dicke Stirnwand geschlossen, da die Gewindebohrung als Sacklochbohrung ausgebildet ist.

Die bekannte Schraubenmutter ist jedoch nicht für Anwendungsfälle geeignet, bei denen ein Zugang der Schraubenmutter beim Hineindrehen der zugehörigen Schraube nicht gegeben ist. Auch können beim wiederholten Hineindrehen der Schraube in die Mutter erhebliche Beschädigungen des Dichtrings auftreten, durch welche dessen Dichtwirkung beeinträchtigt sein kann. Zudem wirkt sich die dicke Stirnwand der bekannten Schraubenmutter nachteilig auf ihr Gewicht und unter Umständen auch auf ihren Bauraumbedarf aus, da ein Nachgeben der Stirnwand in Radialrichtung nicht möglich ist.

Des weiteren ist aus der DE 30 32 099 A1 eine Schraubenmutter bekannt, die beim Hineindrehen der zugehörigen Schraube nicht zugänglich angeordnet ist. Diese Schraubenmutter bildet einen Schraubbefestigungspunkt für einen auf ein Kraftwagendach aufsetzbaren Dachlastträger und ist koaxial zu einem Durchgangsloch im Hohlquerschnitt eines Längsträgers unlösbar befestigt. Hierbei ist die Stirnfläche der Schraubenmutter durch eine längliche Platte vergrößert, die auf einer Gegenfläche eines Längsträgerblechs aufliegend durch eine umlaufende Schweißnaht mit dem Längsträger verschweißt ist. Bei dichter Schweißnaht kann durch das Durchgangsloch im Längsträgerblech hindurchtretendes Wasser somit nicht in den Hohlraum des Längsträgers gelangen, da auch die Gewindebohrung dieser Schraubenmutter als Sacklochbohrung ausgebildet ist. Die wasserdichte Schweißverbindung zwischen Längsträgerblech und Schraubenmutterplatte erfordert jedoch eine sehr sorgfältige Schweißarbeit, die entsprechend lange dauert und damit relativ hohe Fertigungskosten verursacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraubenmutter der gattungsgemäßen Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß sie zur Anordnung an unzugänglicher Stelle geeignet ist, wobei eine kostengünstige Verbindungstechnik zu einem diese tragenden Blechbauteil möglich werden soll, ohne daß am Dichtring seine Dichtwirkung beeinträchtigende Schäden entstehen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Beim Punktverschweißen eines plattenförmigen Punktschweißflansches können die Wärmewirkungen beim Schweißvorgang im Unterschied zu einer Schweißverbindung durch eine umlaufende Kehlnaht so gering gehalten werden, daß bei Einhalten eines ausreichenden Abstands zum Schraubenloch des Tragbauteils aus Blech keine Beschädigungsgefahr für den Dichtring besteht. Da zudem Hohlträger von Fahrzeugen üblicherweise durch Punktverschweißen mehrerer Profilschalen hergestellt werden, fügt sich die Verbindungstechnik besonders harmonisch und kostengünstig in den Produktionsprozeß ein.

Aus den übrigen Ansprüchen gehen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung hervor.

Zur Bauhöhenoptimierung der Schraubenmutteranordnung ist ein O-Ring als Dichtring besonders geeignet, da er bereits nach geringer Dickenkompression eine zuverlässige Dichtwirkung entfalten kann. Auch kann besonders einfach eine Abplattung vorgesehen werden, durch die er nicht mit der in die Schraubenmutter hineinzudrehende Schraube in Berührung kommen kann. Ein wiederholtes Hineindrehen einer Befestigungsschraube in die Schraubenmutter wirkt sich somit in keiner Weise auf die Dauerdichtwirkung des Dichtringes aus.

Die Punktschweißbefestigung der Schraubenmutter wird weiter vereinfacht, wenn der Dichtring unverlierbar in der Ringnut befestigt ist.

Eine dem gattungsbildenden Stand der Technik entsprechende Kompressionswegbegrenzung des Dichtringes läßt sich auch beim Punktschweißvorgang gewährleisten, indem die von der Ringnut umfangene Teilfläche der Mutterstirnfläche gegenüber der Punktschweißflanschfläche etwas zurückspringt.

Unter Gewichts- und Bauraumgesichtspunkten kann die Gewindebohrung der Mutter ein Durchgangsloch sein, das an einem Ende mittels einer dünnwandigen Kappe abgedichtet ist und in einfacher Weise durch Aufpressen auf eine zylindrische Umfangsfläche der Mutter unter dichtem Anschluß mit dieser verbindbar ist.

Sind an einem Tragbauteil mehrere Schraubbefestigungspunkte erforderlich, so sind zweckmäßig in einem Punktschweißflansch die Schraubenmuttern mehrerer Schraubbefestigungspunkte integriert.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer zeichnerischen Darstellung näher erläutert.

In der Darstellung zeigt

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 Länge der durchgehenden Gewindebohrung 3 und damit auch die Länge 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 Länge 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 geringer 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 30 32 099 A1 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 Schutzschichten. 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 (9)

1. Schraubenmutter, insbesondere Hutmutter, zum Abdichten eines Schraubenloches, die im angezogenen Zustand mit ihrer Stirnfläche axial auf einer das Schraubenloch umschließenden Gegenfläche eines Tragbauteils abgestützt ist, wobei zwischen der Stirnfläche und der Gegenfläche ein Dichtring eingespannt ist, der mit einem Teil seines Ringquerschnittes in eine in die Stirnfläche der Mutter eingelassene Ringnut eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (6) der Mutter (1) durch einen plattenförmigen Punktschweißflansch (5) vergrößert ist, der kragenartig über die Ringnut (7) hinausragt.

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 halbkreisförmigen Querschnitt aufweist und wobei der Radius des Ringnutquerschnittes 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 der größte Durchmesser der Ringnut (7) im Punktschweißflansch (5) liegt und daß die von der Ringnut (7) umfangene Teilfläche der Stirnfläche (6) gegenüber der die Ringnut (7) umgebenden Teilfläche zurückspringt.

5. Schraubenmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindebohrung (3) der Mutter (1) eine Durchgangsbohrung ist und daß das der Stirnfläche (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 Anschluß 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) gegenüberliegenden Flächenbereich als plane Scheibe (10) ausgebildet ist, die sich rechtwinklig zur Mittellängsachse der Gewindebohrung (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 in einen Punktschweißflansch (5) mehrere Muttern (1) integriert sind, deren Gewindebohrungen (3) in der Einbaulage des Punktflansches (5) jeweils zu einem ihnen zugeordneten Schraubenloch (14) im Tragbauteil (Dachrahmenprofil 11) fluchten.