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Dokumentenidentifikation DE4115002A1 05.12.1991
Titel Unterlegscheibe für eine Schraubverbindung
Anmelder Volkswagen AG, 3180 Wolfsburg, DE
Erfinder Berndt, Wilhelm, 3174 Meine, DE;
Werthe, Burghard, 3012 Langenhagen, DE
DE-Anmeldedatum 08.05.1991
DE-Aktenzeichen 4115002
Offenlegungstag 05.12.1991
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.12.1991
IPC-Hauptklasse F16B 39/26
IPC-Nebenklasse F16B 43/00   B21D 53/22   
IPC additional class // B62D 27/06  
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Unterlegscheibe für eine Schraubverbindung, bei der eine Schraube oder eine Mutter mit einer zumindest annähernd glattflächigen Auflagefläche mit hoher Schraubgeschwindigkeit ein- bzw. aufgeschraubt wird. Während die der glattflächigen Auflagefläche der Mutter bzw. des Schraubenkopfes zugekehrte Fläche der Unterlegscheibe in bekannter Weise ebenfalls zumindest annähernd glattflächig ist, sind auf der gegenüberliegenden Scheibenfläche entlang dem äußeren Scheibenrand axial vorspringende scharfkantige Zähne angeordnet, wobei die als Stanzteil ausgebildete Unterlegscheibe - auf die randverzahnte Scheibenfläche bezogen - eine konkave Wölbung aufweist. Die Unterlegscheibe eignet sich besonders für solche Schraubverbindungen, bei denen die mit der Schraube bzw. der Mutter zusammenwirkende Oberfläche des zu verschraubenden Bauteils undefinierte Reibkoeffizienten besitzt, z. B. infolge zufälliger Fett- oder Wachsbeschichtung.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Unterlegscheibe für eine Schraubverbindung der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Art, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 32 42 545 bekannt ist.

Der Zusammenhalt einer Schraubverbindung, d. h. letztlich auch die Sicherheit gegen ein selbsttätiges Lösen dieser Verbindung, wird - wenn nicht zusätzliche konstruktive Vorkehrungen getroffen werden - ausschließlich durch den Reibschluß zwischen den miteinander verschraubten Bauteilen bestimmt, wobei üblicherweise etwa 30% durch Gewindereibung und etwa 70% durch die sogenannte Kopfreibung, d. h. durch die Reibung zwischen der Auflagefläche des Schraubenkopfes bzw. Mutter und dem am Schraubenkopf bzw. der Mutter anliegenden Bauteil, aufgebracht wird.

Schwierigkeiten zur Herstellung einer sicheren und dauerhaften Schraubverbindung ergeben sich u. a. dann, wenn die Oberfläche des Bauteils, an welchem der Schraubenkopf der Befestigungsschraube bzw. die Mutter einer solchen Schraubverbindung zur Anlage kommt, z. B. aus Korrosionsschutzgründen o. ä. eine Fett- oder Wachsschicht trägt. Durch eine solche Fett- oder Wachsschicht wird der wirksame Reibungskoeffizient nämlich so stark verringert, daß - gleiches Anzugsmoment der Schraube vorausgesetzt - die vorerwähnte Kopfreibung radikal verringert wird. In solchen Fällen kann die Gefahr, daß die Schraubverbindung zerstört wird, nicht immer völlig ausgeschlossen werden.

Beispielsweise im Automobilbau werden häufig zu verschraubende Bauteile eingesetzt, deren Oberfläche zum Korrosionsschutz wachsbeschichtet sind. Insbesondere werden Teile der Kraftfahrzeugkarosserien aus Korrosionsschutzgründen häufig wachsgeflutet. Auch an solchen wachsgefluteten Teilen müssen sehr oft weitere Bauteile, z. B. Radführungsglieder o. ä. sicher angeschraubt werden.

Der Versuch, auch in diesen schwierigen Fällen eine ausreichende Verbindungssicherheit durch Verwendung niedrigerer Anzugsmomente für die Verschraubung zu erzielen, scheitert im allgemeinen. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich dann, wenn völlig undefinierte, d. h. wechselnde Reibkoeffizienten vorliegen, weil die mit der Mutter bzw. der Schraube zusammenwirkende Oberfläche des zu verschraubenden Bauteils z. B. durch nur zeitweise oder zufällig auftretende Fett- oder Wachsnebel o. ä. ganz oder auch nur streckenweise mit Fett oder Wachs benetzt sein kann.

Nun könnte auch daran gedacht werden zur Erzielung einer dauerhaften sicheren Schraubverbindung auf bekannte selbstsichernde Befestigungsschrauben zurückzugreifen, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 19 27 141, 23 08 557 oder 25 56 985 bekannt sind. Die Schraubenköpfe solcher selbstsichernden Schrauben besitzen keine glattflächige, sondern eine mit einer Mehrzahl von axialen Erhöhungen ausgestattete Auflagefläche, die häufig als radial verlaufende rippenähnliche Erhöhungen ausgebildet sind. Bei einigen dieser bekannten Befestigungsschrauben (z. B. DE-OS 19 27 141, DE-OS 23 08 557) sind diese radial verlaufenden rippenähnlichen Erhöhungen scharfkantig ausgebildet. Sie sind dabei derart geneigt, daß die Befestigungsschraube zwar in üblicher Weise angezogen werden kann, daß die scharfkantige Auflagefläche sich jedoch beim entgegengesetzten Drehen der Schraube in die Oberfläche des Bauteils eingräbt und so dem Lösen Widerstand entgegensetzt. Es sind aber auch selbstsichernde Schrauben (z. B. DE-OS 25 56 985) bekannt, deren rippenförmigen Erhöhungen eine abgerundete Kontur aufweisen, um Beschädigungen der Oberfläche des Bauteils zu vermeiden.

Derartige bekannte selbstsichernde Befestigungsschrauben, insbesondere solche mit abgerundeten rippenförmigen Erhöhungen, haben sich in der Praxis in vielen Fällen bestens bewährt. Der Versuch jedoch, derartige bekannte selbstsichernde Schrauben auch einzusetzen, um mit hoher Schraubgeschwindigkeit maschinell Schraubverbindungen mit bzw. an wachsbeschichteten o. ä. Bauteilen herzustellen, scheiterte. Es hat sich gezeigt, daß dabei durch das Riffelprofil o. ä. der selbstsichernden Schrauben nicht nur die als Korrosionsschutz aufgebrachte Wachsbeschichtung o. ä. beseitigt, sondern darüber hinaus auch die darunter befindliche Oberfläche, z. B. Lackschichten oder sogar das Trägermaterial selbst, abgetragen bzw. stark beschädigt werden, weil die profilierte Auflagefläche der selbstsichernden Schraube ähnlich einem Fräser wirkt. Der Einsatz solcher selbstsichernden Schrauben verbietet sich in diesen Fällen, weil die mit den selbstsichernden Schrauben zusammenwirkenden Bauteile unter diesen Umständen einer erhöhten Korrosionsgefahr ausgesetzt wären.

Um trotzdem den Einsatz maschineller Schraubvorrichtungen mit hohen Schraubgeschwindigkeiten auch zur Herstellung sicherer und haltbarer Schraubverbindungen mit bzw. an Bauteilen mit glattflächigen, insbesondere gefetteten oder wachsbeschichteten Oberlächen zu ermöglichen, ist für solche Schraubverbindungen eine spezielle Unterlegscheibe entwickelt worden (DE-OS 32 42 545), deren der zumindest annähernd glattflächigen Auflagefläche der Mutter oder des Schraubenkopfes der Schraube zugekehrte Fläche ebenfalls zumindest annähernd glattflächig ist und deren dem Bauteil zugewandte Fläche eine Mehrzahl von Erhöhungen, vorzugsweise rippenförmigen Erhöhungen aufweist.

Durch den Einsatz solcher spezieller Unterlegscheiben können auch an bzw. mit wachsbeschichteten o. ä. Bauteilen i. a. maschinell sichere und dauerhaft haltbare Schraubverbindungen hergestellt werden, ohne die aufgebrachte Korrosionsschutzschicht völlig zu beseitigen und ohne das darunter befindliche Trägermaterial inklusive eventueller Lackschichten zu beschädigen. Die einseitig glattflächige Unterlegscheibe wird von der mit hoher Drehzahl eingeschraubten Schraube nämlich nur noch so lange mitgedreht, bis sie mit ihrer mit Erhöhungen versehenen Seite auf der wachsbeschichteten Oberfläche des Bauteils zur Auflage kommt; anschließend wird sie lediglich noch axial in bzw. durch diese Wachsschicht gedrückt, so daß eine formschlüssige Verbindung zum darunter befindlichen Trägermaterial, d. h. dem zu befestigenden Bauteil o. ä. hergestellt wird. Überschüssiges Wachs wird dabei nach außen verdrängt, ohne jedoch unter der Unterlegscheibe völlig entfernt zu werden. Da die am Schraubenkopf anliegende glattflächige Auflagefläche der Unterlegscheibe fett- und wachsfrei ist und auch bleibt, tritt gleichzeitig zwischen der Auflagefläche der Befestigungsschraube bzw. der -mutter und der Unterlegscheibe der übliche Reibschluß (Kopfreibung) einer Schraubverbindung auf.

Die Herstellung solcher spezieller Unterlegscheiben ist jedoch vergleichsweise aufwendig, weil die Erhöhungen, vorzugsweise rippenförmigen Erhöhungen in einem besonderen Fertigungsschritt auf die zunächst beidseitig glattflächige gestanzte Unterlegscheibe aufgebracht werden muß, was z. B. durch ein Einrollen, ein Einpressen oder ähnliches Verfahren geschehen kann. Auch muß für die angestrebte Funktionsweise gewährleistet sein, daß bei der Herstellung der Schraubverbindung das durch die auf das Bauteil gedrückten Erhöhungen erzeugte Rückhalte- oder Bremsmoment stets größer ist, als das vom Schraubenkopf bzw. von der Mutter auf die Unterlegscheibe übertragene Drehmoment.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine fertigungstechnisch einfach und kostengünstig herzustellende Unterlegscheibe für Schraubverbindungen zu schaffen, die es ermöglicht, auch in den Fällen eine sichere und dauerhaft haltbare Schraubverbindung herzustellen, in denen die der Schraube bzw. der Unterlegscheibe zugekehrte Oberfläche des zu verschraubenden Bauteils z. B. gefettet oder mit einer Wachsschicht versehen ist, oder sogar einen völlig undefinierten Reibkoeffizienten besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen in zum Teil geschnittener Darstellung

Fig. 1 die Seitenansicht einer - im Entstehen begriffenen - Schraubverbindung und

Fig. 2 die perspektivische Ansicht einer hierbei verwendeten Unterlegscheibe gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 wird ein mit 3 beziffertes Bauteil, z. B. ein lackiertes Blechteil mit Hilfe einer Befestigungsschraube 2 an einem nicht weiter dargestellten Basisbauteil befestigt. Der mit einem Gewinde versehene Schraubenschaft 23 kann dabei entweder unmittelbar in ein im Basisbauteil angeordnetes Gewinde oder in das Innengewinde einer hinter dem Basisbauteil befindlichen Mutter eingeschraubt werden. Zwischen dem Bauteil 3 und dem Schraubenkopf 21 ist eine Unterlegscheibe 1 gemäß der Erfindung angeordnet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel auf den Schaft 23 der Schraube 2 aufgewalzt, d. h. unverlierbar, jedoch drehbar mit diesem verbunden ist.

Die der Unterlegscheibe 1 zugekehrte Auflagefläche 22 des Schraubenkopfes 21 ist in üblicher Weise zumindest annähernd glattflächig. Auch die dem Schraubenkopf zugekehrte Oberfläche 11 der Unterlegscheibe 1 ist zumindest annähernd glattflächig ausgebildet.

Die dem Bauteil 3 zugewandte Seite der Unterlegscheibe 1 trägt dagegen entlang dem äußeren Scheibenrand gleichmäßig verteilt angeordnete, aus der Scheibenebene axial hervorragende scharfkantige Zähne 13.

Wie die Schnittdarstellung der Fig. 1 erkennen läßt, weist die als Stanzteil ausgebildete Unterlegscheibe 1 im nicht eingebauten bzw. in ihrem noch nicht eingespannten Zustand eine - auf ihre dem Bauteil 3 zugekehrte Seite 12 bezogen - konkave Wölbung auf, so daß bei der Herstellung der Schraubverbindung der axiale Abstand zwischen dem Bauteil 3 und dem verzahnten Außenrand der Unterlegscheibe 1 zunächst geringer ist als zwischen dem Bauteil und dem radial inneren Bereich der Unterlegscheibe.

Die konkave Wölbung bewirkt zum einen, daß die Unterlegscheibe 1 beim Einschrauben der Schraube 2 mit Sicherheit immer erst mit ihren am äußeren Scheibenrand angeordneten scharfkantigen Zähnen 13 auf der Oberfläche 31 des Bauteils 3 zur Anlage kommt und zum anderen, daß der Schraubenkopf 21 der Schraube 2 - bzw. gegebenenfalls die Mutter der Schraubverbindung - zunächst nur im radial inneren Bereich an der Unterlegscheibe 1 anliegt und dementsprechend auf die Unterlegscheibe zunächst auch nur ein vergleichsweise kleines drehendes Moment übertragen wird. Das hat zur Folge, daß die sich mit der einschraubenden Schraube 2 zunächst frei mitdrehende Unterlegscheibe 1 beim Aufsetzen der Zähne 13 auf das Bauteil 3 praktisch sofort zum Stillstand kommt und die Zähne 13 - eine evtl. vorhandene Wachsschicht o. ä. durchdringend - axial fest auf und letztlich in das Bauteil 3 gepreßt wird. Eine gegebenenfalls auf das Bauteil 3 aufgebrachte korrosionsschützende Lackschicht wird dabei zwar ebenfalls durchdrungen, doch ist das in der Praxis nicht weiter nachteilig, weil diese Lackverletzungen örtlich begrenzt und flächenmäßig sehr gering sind und im übrigen durch die eingedrungenen Zähne und Wachs ausgefüllt sind. Wesentlich ist vielmehr, daß die Zähne durch das Sofort-zum-Stillstand-Gelangen der Unterlegscheibe keine Fräserwirkung entfalten können, was zu größeren Oberflächenverletzungen führen würde.

Wenn im Zuge des Anziehens der Schraube 2 die Wölbung der Unterlegscheibe 1 zunehmend geringer wird, d. h. die Unterlegscheibe zunehmend flachgedrückt wird, dann vergrößert sich zwar die Auflagefläche zwischen Schraubenkopf 21 und Unterlegscheibe 1 und somit auch das auf die Unterlegscheibe übertragene Drehmoment, doch sind die Zähne 13 zu diesem Zeitpunkt bereits so fest bzw. tief in das Bauteil 3 eingedrückt, daß die Unterlegscheibe 1 trotz des größer gewordenen Umfangsmoments praktisch nicht mehr - oberflächenbeschädigend - weitergedreht wird.

Durch die erfindungsgemäße Unterlegscheibe wird für die Schraubverbindung völlig unabhängig von den jeweilig noch herrschenden Oberflächeneigenschaften des zu verschraubenden Bauteils eine definierte Kopfreibung garantiert, indem die für die Verschraubung maßgebliche Relativverdrehfläche von dieser undefinierten Oberfläche zur definierten Verdrehfläche Unterlegscheibe/Schraubenkopf verlagert wird.

Der fertigungstechnische Aufwand für die erfindungsgemäße Unterlegscheibe ist gering. Im Gegensatz zu bekannten Unterlegscheiben mit rippenförmigen oder ähnlichen Erhebungen auf einer oder beiden Scheibenseiten sind für die Herstellung der axial herausragenden Zähne 13 keine zusätzlichen Fertigungsschritte erforderlich. Bei entsprechender Ausbildung des Stanzwerkzeuges für die Unterlegscheiben fallen sowohl die scharfkantigen Zähne 13 als auch die gewölbte Formgebung der Unterlegscheibe ohne Mehrkosten quasi nebenbei ab.


Anspruch[de]
  1. Unterlegscheibe (1) für eine Schraubverbindung, mit einer der zumindest annähernd glattflächigen Auflagefläche (22) der Mutter oder des Schraubenkopfes (21) der Schraube (2) der Schraubverbindung zugekehrten ebenfalls zumindest annähernd glattflächigen Auflagefläche (11) sowie mit auf der gegenüberliegenden Scheibenfläche (12) angeordneten axialen Erhöhungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen in Form vergleichsweise scharfkantiger Zähne (13) entlang dem äußeren Scheibenrand angeordnet sind, daß die Unterlegscheibe (1) in an sich bekannter Weise als Stanzteil ausgebildet ist und - auf die die Zähne (13) tragende Scheibenfläche (12) bezogen - eine konkave Wölbung besitzt, und daß die konkave Wölbung sowie die scharfkantigen Zähne (13) während des Stanzprozesses mit ausgeformt werden.






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