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Dokumentenidentifikation DE102005002915A1 27.07.2006
Titel Verfahren zur Herstellung eines verfestigten Gewindes, Befestigungsschraube für ein verfestiges Gewinde sowie Bohrung für ein verfestiges Gewinde
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70567 Stuttgart, DE
Erfinder Pfister, Uwe, Dipl.-Ing., 71397 Leutenbach, DE;
Schäfer, Helmut, Dipl.-Ing. (FH), 71394 Kernen, DE
DE-Anmeldedatum 21.01.2005
DE-Aktenzeichen 102005002915
Offenlegungstag 27.07.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.07.2006
IPC-Hauptklasse B23G 7/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16B 33/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B23G 7/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines verfestigten Gewindes (20), insbesondere Innengewinde eines Befestigungsgewindes, wobei das Gewinde (20) in einer Bohrung (13) mittels eines spanabhebenden Werkzeugs erzeugt wird. Eine preiswerte Fertigung bei gleichzeitiger Dauerfestigkeit im Gewindegrund wird erreicht, wenn das Gewinde (20) entlang der Bohrung (13) an seiner Gewindekerbe (18) verfestigt wird, indem eine Befestigungsschraube (14) mit einem voreilenden Furchansatz (16) in das Gewinde (20) eingeführt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Bohrung für ein verfestigtes Gewinde und eine Befestigungsschraube für ein verfestigtes Gewinde.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines verfestigten Gewindes, eine Befestigungsschraube für ein verfestigtes Gewinde sowie eine Bohrung für ein verfestigtes nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Bei Schraubverbindungen übertragen sich in jedem Gewindegang Lasten entsprechend den lokalen Steifigkeiten. Dabei liegt die höchste Belastung im Schraubengewinde im letzten Gewindegrund, der gerade nicht mehr im Mutterngewinde ist, da sich dort alle Kräfte aus allen Gewindeflanken zur Gesamtschraubenkraft aufsummieren und die dortige, den Gewindegrund bildende Kerbe lokal einen Ausgangspunkt einer Rissbildung darstellt. Bei einem Mutterngewinde in einem Bauteil wird die Schraubenkraft in das Bauteil mit dem Mutterngewinde übertragen und muss lokal mit der Gewindekerbe ertragen werden.

Aus der DE 10 2004 002 968 ist ein Innengewinde bekannt, dessen Gewindekerbe nur in jenem Bereich des Gewindes verfestigt ist, das mit dynamischen Kräften beaufschlagt wird und das daher eine hohe mechanische Belastung ertragen muss. Dies entspricht dem Bereich, der bei eingedrehter Schraube am dem Schraubenkopf entgegengesetzten Ende der Schraube liegt. Es ist dort ausreichend, nur sehr wenige Gewindegänge zu verdichten. Der restliche, wesentlich größere Bereich des Gewindes nimmt nur eine statische Belastung auf und ist nicht verfestigt. Das so hergestellte Mutterngewinde ist besonders für dynamische hoch belastete Befestigungsschrauben geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Gewindes anzugeben, das eine preiswerte Fertigung ermöglicht. Weiterhin soll eine Befestigungsbohrung und eine Befestigungsschraube angegeben werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines verfestigten Gewindes sieht vor, dass das Gewinde in einer Bohrung mittels eines Span abhebenden Werkzeugs erzeugt wird und entlang der Bohrung an seiner Gewindekerbe verfestigt wird, indem erfindungsgemäß eine Befestigungsschraube mit einem voreilenden Furchansatz in das Gewinde eingeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine bessere Verklammerung der Befestigungsschraube im Gewinde, so dass die Schraubverbindung gegen Setzen und Durchrutschen besser gesichert ist. Durch den innigen Materialkontakt sind ein besserer Wärmeübergang und damit ein geringerer Verzug und eine verminderte Deformation möglich, wenn das Gewinde in einem thermisch belasteten Bereich, insbesondere in einem Kurbelgehäuse eines Kraftfahrzeugs, etwa einer Zylinderbohrung, vorgesehen ist. In solchen Bereichen kann insbesondere im Fahrzeugbau eine höhere mechanische Belastung der Schraubverbindung eine höhere Belastbarkeit des Bauteils ermöglichen. Bei einem bevorzugten Kurbelgehäuse, in dem solche Schraubverbindungen angeordnet sind, kann damit ein höherer Ladedruck bei der Aufladung ermögliche werden und damit eine verbesserte Leistung des Fahrzeugs. Weiterhin kann eine deutliche Steigerung der Dauerhaltbarkeit der Verbindung erreicht werden, ohne dass auf teurere Grundwerkstoffe mit höherer Festigkeit zurückgegriffen werden muss. Das Gewinde ist insbesondere als Innengewinde eines Befestigungsgewindes geeignet.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind der Beschreibung sowie den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Bevorzugt wird die Gewindekerbe mit einem derartigen Durchmesseraufmass geschnitten, dass beim Einführen der Befestigungsschraube mit voreilendem Gewindegrund diese Gewindekerbe entlang der Bohrung auf ihren vorbestimmten Enddurchmesser verdichtet. Damit können vorteilhafte Drucheigenspannungen in Befestigungsgewinden durch die Befestigungsschraube selbst erzeugt werden. Das Gewinde kann mit deutlich verbesserter Festigkeit der Schraubverbindung preiswert und in kostengünstigem Grundwerkstoff hergestellt werden.

Zweckmäßigerweise werden die Gewindeflanken im Wesentlichen profil- und maßgenau in die Bohrung geschnitten.

Eine erfindungsgemäße Befestigungsschraube für ein verfestigtes Gewinde weist einen Schraubenkopf und einen sich vom Schraubenkopf aus axial erstreckenden, mit einem Außengewinde versehenen Schraubenkörper auf, wobei der Schraubenkörper einen voreilenden Gewindegrund mit nachfolgender Gewindeflanken umfasst. Der voreilende Gewindegrund ist mit größerem Formvorhalt versehen und partiell erhaben durch eine stirnseitige Präzisionsumformung. Dabei können Verdrängernadeln in die Schraubenstirnseite drücken. Die stirnseitige Präzisionsumformung wird vorzugsweise mittels einer radialen Präzisionsformgebung durch feststehende Formbacken bewirkt. Der Formgebungsprozess im Innengewinde, bzw. Mutterngewinde, folgt separat nach dem üblichen Gewinderollen, da der an der Befestigungsschraube vorgesehene Gewindegrund im Außendurchmesser größer ist als der Flankendurchmesser bzw. der Gewinderolldurchmesser. Dadurch wird die Gewindekerbe des Innengewindes verdichtet, während dessen Gewindeflanken praktisch unverändert bleiben.

Weist der Schraubenkörper an seinem dem Schraubenkopf entgegengesetzten Ende einen voreilenden Furchabschnitt auf, der dazu vorgesehen ist, das Gewinde einer Bohrung nur in ihrer Gewindekerbe umzuformen, kann das Verdichten der Gewindekerbe der Bohrung beim Eindrehen der Befestigungsschraube in die Bohrung auf einfache Weise in einem separaten Schritt erfolgen, wenn die Schraubverbindung hergestellt wird. Bevorzugt ist der Furchabschnitt höchstens 3 mm lang, besonders bevorzugt höchstens 2 mm.

Bei einer erfindungsgemäßen Bohrung für ein verfestigtes Gewinde, insbesondere ein Innengewinde eines Befestigungsgewindes, mit durch Gewindeflanken und Gewindekerbe gebildeten Gewindegängen sind die Gewindeflanken profil- und maßgenau geschnitten und die Gewindekerbe mit einem derartigen Durchmesseraufmass geschnitten, dass beim Einführen einer Befestigungsschraube die Gewindekerbe entlang der Längserstreckung der Bohrung auf ihren vorbestimmten Enddurchmesser verdichtbar ist.

Vorzugsweise ist die Bohrung einseitig geschlossen. Es kann jedoch auch eine beidseitig offene Bohrung vorgesehen sein.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.

Dabei zeigen:

1 einen Querschnitt durch ein bevorzugtes Befestigungsgewinde, und

2 einen Querschnitt durch das bevorzugte Befestigungsgewinde der 1 mit eingedrehter Befestigungsschraube mit voreilendem Furchabschnitt.

In den Figuren sind der Übersichtlichkeit wegen für funktionell gleiche Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet.

1 zeigt eine Bohrung 13 mit einem Gewinde 20, welches Gewindegänge 19 mit Gewindekerbe 18 und Gewindeflanken 17 aufweist, während 2 das Gewinde 20 mit eingedrehter Befestigungsschraube 14 darstellt. Die Gewindekerbe 18 läuft spiralförmig innenseitig in der Bohrung 13 und trennt die Gewindeflanken 17 axial voneinander. Das Gewinde 20 ist als Innengewinde in der Bohrung 13 mittels eines Span abhebenden Werkzeugs hergestellt. Die Gewindekerbe 18 ist mit einem derartigen Durchmesseraufmass geschnitten, dass beim Einführen einer bevorzugten Befestigungsschraube 14 (2) die Gewindekerbe 18 entlang der Bohrung 13 auf ihren vorbestimmten Enddurchmesser verdichtet wird.

Indem die Befestigungsschraube 14 mit einem voreilenden Furchansatz 16 in das Gewinde 20 eingeführt wird, kann die Gewindekerbe 18 des Gewindes 20 auf einer Länge verdichtet werden, die der Länge der eingedrehten Befestigungsschraube 14 entspricht. Die Gewindeflanken 17 sind im Wesentlichen profil- und maßgenau in die Bohrung 13 geschnitten und bleiben beim Eindrehen der Befestigungsschraube 14 praktisch unverändert. Die Bohrung 13 ist in diesem Beispiel einseitig geschlossen mit einem geschlossenen Ende 21 ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Befestigungsschraube 14 in 2 weist einen Schraubenkopf 15 und einem sich vom Schraubenkopf 15 aus axial erstreckenden, mit einem Außengewinde versehenen Schraubenkörper 22 auf. Die Befestigungsschraube 14 verbindet zwei Teile 11, 12 eines Bauteils 10 miteinander.

Der Schraubenkörper 22 ist durch einen voreilenden Gewindegrund 16' mit nachfolgender Gewindeflanken 17' gebildet, wobei der Schraubenkörper 22 an seinem dem Schraubenkopf 15 entgegengesetzten Ende einen voreilenden Furchabschnitt 16 aufweist, der dazu vorgesehen ist, das Gewinde 20 einer Bohrung 13 nur in ihrer Gewindekerbe 18 umzuformen. Bevorzugt ist der Furchabschnitt 16 höchstens 3 mm lang, besonders bevorzugt höchstens 2 mm lang. Die Befestigungsschraube 14 vereint die Funktion der Verbindung zweier Teile 11, 12 und eines Furchwerkzeugs, mit dem die Gewindekerbe 18 des Gewindes 20 verdichtet wird. Es findet damit eine Funktionsverlagerung in die Befestigungsschraube 14 so statt, dass das Verdichten bzw. Furchen des Gewindes 20 vom eigentlichen Herstellprozess des Gewindes 20 getrennt sein kann.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Herstellung eines verfestigten Gewindes (20), insbesondere Innengewinde eines Befestigungsgewindes, wobei das Gewinde (20) in einer Bohrung (13) mittels eines Span abhebenden Werkzeugs erzeugt wird,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass das Gewinde (20) entlang der Bohrung (13) an seiner Gewindekerbe (18) verfestigt wird, indem eine Befestigungsschraube (14) mit einem voreilenden Furchansatz (16) in das Gewinde (20) eingeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindekerbe (18) mit einem derartigen Durchmesseraufmass geschnitten wird, dass beim Einführen der Befestigungsschraube (14) die Gewindekerbe (18) entlang der Bohrung (13) auf ihren vorbestimmten Enddurchmesser verdichtet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Gewindeflanken (17) im Wesentlichen Profil- und maßgenau in die Bohrung (13) geschnitten werden.
  4. Befestigungsschraube zur Verwendung in einem durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellten verfestigten Gewinde (20), mit einem Schraubenkopf (15) und einem sich vom Schraubenkopf (15) aus axial erstreckenden, mit einem Außengewinde versehenen Schraubenkörper (22), dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkörper (22) durch einen voreilenden Gewindegrund (16') mit nachfolgender Gewindeflanken (17') gebildet ist.
  5. Befestigungsschraube nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkörper (22) an seinem dem Schraubenkopf (15) entgegengesetzten Ende einen voreilenden Furchabschnitt (16) aufweist, der dazu vorgesehen ist, das Gewinde (20) einer Bohrung (13) nur in ihren Gewindekerben (18) umzuformen.
  6. Befestigungsschraube nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Furchabschnitt (16) höchstens 3 mm lang ist.
  7. Bohrung für ein verfestigtes Gewinde (13), insbesondere ein Innengewinde eines Befestigungsgewindes, mit durch Gewindeflanken (17) und Gewindekerben (18) gebildeten Gewindegängen (19), dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindeflanken (17) Profil- und maßgenau geschnitten sind und die Gewindekerbe (18) mit einem derartigen Durchmesseraufmass geschnitten ist, dass beim Einführen einer Befestigungsschraube (14) die Gewindekerbe (18) entlang der Bohrung (13) auf ihren vorbestimmten Enddurchmesser verdichtbar ist.
  8. Bohrung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (13) einseitig geschlossen ist.
  9. Bohrung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (13) beidseitig offen ist.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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