DE10147141A1

DE10147141A1 - Abgedichtete, verstellbare und selbsthemmende Schraubverbindung

Info

Publication number: DE10147141A1
Application number: DE10147141A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dembowsky; Theodor Wenniges; Rainer Suesenbach
Original assignee: Boellhoff GmbH
Current assignee: Boellhoff GmbH
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2003-04-17
Also published as: EP1296069A2; BR0203819A; EP1296069B1; US6817817B2; CZ20023219A3; BR0203819B1; DE50206203D1; CZ300033B6; EP1296069A3; US20030059274A1

Abstract

Beschrieben wird eine abgedichtete, verstellbare und selbsthemmende Schraubverbindung aus einer Mutter und einer Schraube. Die Mutter, die an einem ersten Bauteil befestigt wird, hat eine Bohrung mit einem Gewindeabschnitt und einem glatten zylindrischen Abschnitt. Die Schraube, die über ein Kupplungsteil mit einem zweiten Bauteil lösbar verbunden werden kann, ist an einem Zwischenabschnitt mit mehreren umlaufenden Dichtungsrippen versehen. Die Dichtungsrippen sind bezüglich des zylindrischen Bohrungsabschnittes der Mutter so dimensioniert, dass sie bei Verstellbewegungen der Schraube relativ zu der Mutter gleitend gegen den glatten Bohrungsabschnitt der Mutter angedrückt werden. Hierdurch entsteht eine Schraubverbindung, die trotz ihrer Verstellbarkeit fluiddicht und selbsthemmend ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schraubverbindung aus einer Mutter und einer Schraube.
Schraubverbindungen sind in großer Vielfalt bekannt. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schraubverbindung zu schaffen, bei der sich die Schraube relativ zu der Mutter verstellen lässt und die Schraubverbindung dann in der jeweils eingestellten Lage selbsthemmend ist. Darüber hinaus soll die Schraubverbindung fluiddicht sein und auch bei Verstellungen der Schraubverbindung fluiddicht bleiben.
Eine Anwendungsmöglichkeit einer derartigen Schraubverbindung ist beispielsweise die Befestigung einer Fahrzeug-Rückleuchte an einem Karosserieblech. Zwischen der Fahrzeugleuchte und anderen Karosserieteilen ist üblicherweise ein Spalt vorhanden, der insbesondere aus ästhetischen Gründen möglichst klein gehalten werden soll. Dies soll durch die Verstellbarkeit der Schraubverbindung ermöglicht werden. Damit die Rückleuchte trotz Fahrzeugschwingungen und -erschütterungen in ihrer eingestellten Lage bleibt, soll die Schraubverbindung selbsthemmend sein. Schließlich soll gewährleistet werden, dass keine Flüssigkeiten oder andere Fluide über die Schraubverbindung in den Innenraum der Rückleuchte gelangt.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Schraubverbindung zu schaffen, die fluiddicht, lageverstellbar und selbsthemmend ist.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 definierte Erfindung gelöst.

Erfindungsgemäß ist die Schraube an einem Zwischenabschnitt mit einer oder mehreren umlaufenden Dichtungsrippen versehen, die bezüglich eines glatten, vorzugsweise zylindrischen Bohrungsabschnittes der Mutter so dimensioniert sind, dass sie elastisch gegen den glatten Bohrungsabschnitt angedrückt werden, damit die Schraubverbindung in der jeweils eingestellten Lage selbsthemmend und fluiddicht ist.

Die Schraube besteht zweckmäßigerweise aus einem schlagzähen Kunststoff wie z. B. Polyamid mit einer Faserverstärkung, insbesondere Glasfaserverstärkung, um eine entsprechende elastische Verformung der Dichtungsrippen der Schraube zu ermöglichen. Die Mutter kann aus Metall oder Kunststoff bestehen.

Im einfachsten Fall ist die Mutter als Blindnietmutter ausgebildet. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Mutter als Clip auszubilden, der in ein Loch des zugehörigen Bauteils einrastbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Schraubverbindung im zusammengebauten Zustand;
Fig. 2 eine Seitenansicht einer Schraube der Schraubverbindung in Fig. 1;
Fig. 3 eine Unteransicht der Schraube in Fig. 2;
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Schraube in Fig. 2;
Fig. 5 eine vergrößerte Detailansicht des Bereiches innerhalb des Kreises V in Fig. 1;
Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schraubverbindung im zusammengebauten Zustand;
Fig. 7 das Loch eines der beiden Bauteile, die durch die Schraubverbindung in Fig. 6 miteinander verbunden sind;
Fig. 8 einen Längsschnitt durch die Mutter der Schraubverbindung in Fig. 6;
Fig. 9 eine Schnittansicht in Blickrichtung der Pfeile IX-IX in Fig. 8;
Fig. 10 eine Seitenansicht der Mutter in Fig. 8 bei der Montage.
Die in Fig. 1 dargestellte Schraubverbindung dient zum Verbinden eines Bauteils 2 und eines Bauteils 4. Das Bauteil 2, das mit einem Loch 3 versehen ist, ist beispielsweise ein Karosserieblech eines Fahrzeuges, während das Bauteil 4 beispielsweise der Halter einer Rückleuchte (nicht gezeigt) ist. Wie bereits eingangs erläutert, ist zwischen der Rückleuchte und anderen Fahrzeugteilen üblicherweise ein Spalt (nicht gezeigt) vorhanden, der durch die Verstellbarkeit der Schraubverbindung minimiert werden soll. Damit die Schraubverbindung trotz Fahrzeugschwingungen und -erschütterungen in der eingestellten Lage verbleibt, soll sie selbstsichernd bzw. selbsthemmend sein. Darüber hinaus soll sie fluiddicht sein, damit keine Fluide wie Wasser, Öl- und Benzindämpfe, etc. aus der Umgebung 8 in den Innenraum 6 gelangen können.
Die Schraubverbindung besteht aus einer Mutter 10 und einer Schraube 12. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Mutter 10 eine Blindnietmutter, die im wesentlichen herkömmlicher Bauart sein kann. Wie gezeigt, besteht die Mutter 10 aus einem Körper 14 und einem daran angeformten Flansch 16, die mit einer durchgehenden Bohrung 18 versehen sind. Die Bohrung 18 (siehe Fig. 5) setzt sich aus einem Gewindeabschnitt 18a und einem daran anschließenden glatten zylindrischen Abschnitt 18b vergrößerten Durchmessers zusammen. Der glatte zylindrische Abschnitt 18b der Bohrung 18 hat aus noch zu erläuternden Gründen eine vergleichsweise große axiale Länge.
Wie aus Fig. 1 und insbesondere Fig. 2 hervorgeht, besteht die Schraube 12 aus einem Gewindeschaft 20, einem Kupplungsteil 22 und einem Zwischenabschnitt 24. Der Zwischenabschnitt 24 ist mit dem Kupplungsteil 22 über einen zylindrischen Abschnitt 32 verbunden. Der Kupplungsteil 22 ist als Kugelkopf ausgebildet, der im zusammengebauten Zustand der Schraubverbindung (Fig. 1) von einem als Kugelpfanne ausgebildeten Kupplungsteil 5 des Bauteils 4 aufgenommen wird. Hierdurch entsteht eine lösbare Kupplung zwischen der Schraube 12 und dem Bauteil 4, die eine begrenzte, allseitige Verschwenkbarkeit zwischen diesen Teilen ermöglicht. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die lösbare Kupplung zwischen der Schraube 12 und dem Bauteil 4 auch in anderer Weise ausgestaltet sein kann.
Der Kupplungsteil 22 der Schraube 12 ist mit einer Antriebsformation 26 versehen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Innensechsrund ausgebildet ist (Fig. 4). Der Gewindeabschnitt 20 ist an seinem von dem Kupplungsteil 22 abgewandten Ende mit einer Antriebsformation 28 versehen, die als Außensechsrund ausgebildet ist (Fig. 3). Die Antriebsformationen 26 und 28 ermöglichen eine Grob- und Feineinstellung der Schraube, wie ebenfalls noch genauer erläutert wird.
Der Zwischenabschnitt 24 ist mit drei umlaufenden Dichtungsrippen 30 versehen. Je nach Anwendungszweck können jedoch auch mehr oder weniger Dichtungsrippen vorgesehen werden. Die Dichtungsrippen 30 dienen einerseits als Dichtung und andererseits als Schraubensicherung, wie noch genauer erläutert wird.
Zum Zusammenbau der in Fig. 1 gezeigten Schraubverbindung wird zunächst die Mutter 10 von oben in das Loch 3 des Bauteils 2 eingesteckt, das zur Drehsicherung der Mutter 10 unrund ist. Die als Blindniet ausgebildete Mutter 10 wird dann mit einem herkömmlichen Setzwerkzeug (nicht gezeigt) über ein Einspindeln einer Montagespindel aus Stahl in den Gewindeabschnitt 18a der Mutterbohrung 18 und dem Falten einer Wulst 15 zwischen dem Flansch 16 und dem Bauteil 2 festgeklemmt. Die Schraube 12 kann dann in die Mutterbohrung 18 eingeschraubt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Mutterbohrung 18 durchgehend ausgebildet, so dass sie an beiden Enden offen ist. Die Schraube 12 steht mit ihrer Antriebsformation 28 über das untere Ende der Mutter 10 vor. Somit kann die Schraube 12 mit Hilfe der Antriebsformation 26 im Kupplungsteil 22 zunächst grob eingestellt werden. Wenn dann das Bauteil 4 über die Kupplungsteile 5 und 22 mit der Schraube 12 verbunden ist, kann mit Hilfe der Antriebsformation 28 am unteren Ende der Schraube 12 eine Feineinstellung der Schraubverbindung vorgenommen werden.
Beim Einschrauben der Schraube 12 in die Mutter 10 treten die Dichtungsrippen 30 in den glatten zylindrischen Abschnitt 18b der Mutterbohrung 18 ein. Wie insbesondere aus Fig. 5 hervorgeht, sind die Dichtungsrippen 30 gegenüber dem Durchmesser des glatten zylindrischen Abschnittes 18b so überdimensioniert, dass sie mit einer bestimmten Anpresskraft gegen die Wandung des glatten zylindrischen Abschnittes 18b angedrückt und geringfügig umgebogen werden, wobei diese elastische Verformung der Dichtungsrippen 30 in Fig. 5 der Deutlichkeit halber übertrieben dargestellt ist. Das Übermaß der Dichtungsrippen 30 wird so gewählt, dass trotz relativ großer Fertigungstoleranzen eine ausreichende Anpresskraft erzeugt wird, um einerseits für eine einwandfreie Abdichtung der Schraubverbindung und andererseits für eine Sicherung bzw. Selbsthemmung der Schraubverbindung zu sorgen.
Damit die Dichtungsrippen 30 diese Doppelfunktion ausüben können, müssen sie ähnlich wie Tellerfedern nachgiebig und elastisch sein. Zu diesem Zweck besteht die Schraube 12 aus einem schlagzähen Kunststoff wie z. B. Polyamid. Der Kunststoff enthält eine Faserverstärkung wie z. B. eine Glasfaserverstärkung. Die als Blindnietmutter ausgebildete Mutter 10 besteht dagegen aus Metall, insbesondere Stahl, und wird üblicherweise durch Kaltschlagen hergestellt.
Die Fig. 6 bis 10 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schraubverbindung zum Verbinden der Bauteile 2 und 4. Teile, die mit Teilen des vorhergehenden Ausführungsbeispiels identisch sind, wurden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Entsprechende, jedoch etwas anders gestaltete Teile wurden mit den Bezugszeichen des vorhergehenden Ausführungsbeispiel, jedoch erhöht um 100 bezeichnet.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 6 bis 10 unterscheidet sich von dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel im wesentlichen durch die Ausgestaltung der Mutter 110. Die Mutter 110 ist als Clip ausgebildet, der in das Loch 3 des Bauteils 2 eingerastet werden kann. Zu diesem Zweck ist die Mutter 110 an ihrem oberen Ende mit einem Federteller 116 versehen, der an dem Körper 114 einstückig angeformt ist. An dem Körper 114 sind ferner Rasten 115 angeformt. Die Rasten 115 bestehen aus einer Federzunge 115a, die von einer Seite des Körpers 114 schräg nach oben verläuft, sowie einem massiven Rastvorsprung 115b, der auf der der Federzunge 115a gegenüberliegenden Seite des Körpers 114 vorgesehen und mit einer Rastschulter versehen ist. Das freie Ende der Federzunge 115a und die Rastschulter des Rastvorsprungs 115b liegen in einer gemeinsamen Radialebene, die bezüglich der Unterseite des Federtellers 116 einen solchen Abstand hat, dass das plattenförmige Bauteil 2 im zusammengebauten Zustand der Schraubverbindung zwischen dem Federteller 116 und der Oberseite der Rasten 115 eingespannt wird.
Beim Zusammenbau der Schraubverbindung wird zunächst die Mutter 110 in das Loch 3 des Bauteils 2 eingerastet. Das Loch 3 hat, wie in Fig. 7 zu sehen ist, einen quadratischen Querschnitt, wobei der Querschnitt der Mutter 110 entsprechend angepasst ist. Zum Einrasten der Mutter 110 in dem Loch 3 des Bauteils 2 wird die Mutter 110 zunächst schräg in das Loch 3 so eingeführt, dass die Rastschulter des Rastvorsprungs 115b unter das Bauteil 2 greift, wie in Fig. 10 zu sehen ist. Hierauf wird die Mutter 110 auf der gegenüberliegenden Seite nach unten gedrückt. Die Federzunge 115a verbiegt sich hierbei nach innen. Wenn die Mutter 110 vollständig in das Loch 3 eingedrückt ist, schnappt die Federzunge 115 wieder nach außen, so dass dann das Bauteil 2 zwischen dem Federteller 116 und den Oberseiten der Rasten 115 elastisch eingespannt ist. Die Federzunge 115a ermöglicht aufgrund ihrer Elastizität ein einfaches Einrasten der Mutter 110 im Loch 3 des Bauteils 2, während der massive Rastvorsprung 115b auf der gegenüberliegenden Seite einen sicheren Halt der Mutter 110 am Bauteil 2 gewährleistet.
Wie in den Fig. 8 und 9 zu sehen ist, ist die Mittelachse des glatten zylindrischen Abschnittes 118b der Mutterbohrung 118 gegenüber der Mittelachse des Gewindeabschnittes 118a um ein Maß a exzentrisch angeordnet. Dies ermöglicht es, die Mutter 110 durch Drehen um ihre Längsachse in queraxialer Richtung um das Maß 2 mal a zu verstellen, um Fehlausrichtungen des Bauteils 4 relativ zu dem Bauteil 2 auszugleichen.
Ein weiterer Unterschied des Ausführungsbeispiels 6 bis 10 gegenüber dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Mutter 110 an ihrem unteren Ende 119 verschlossen ist. Die Schraube 12 hat in diesem Fall keine untere Antriebsformation 28. Es versteht sich jedoch, dass auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Bohrung 118 der Mutter 110 an beiden Enden offen sein könnte, wie umgekehrt bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 5 die Bohrung 18 der Mutter 10 am unteren Ende verschlossen sein könnte.
Die Mutter 110 besteht bei dieser Ausführungsform aus einem Kunststoff wie z. B. einem schlagzähmodifizierten Polyamid 6, das eine für die Mutter, insbesondere den Federteller 116 und die Federzunge 115a, ausreichende Elastizität und Festigkeit hat.

Claims

1. Schraubverbindung mit
einer Mutter (10; 110), die in ein Loch (3) eines ersten Bauteils (2) einsteckbar und darin festlegbar ist und die eine Bohrung (18; 118) mit einem Gewindeabschnitt (18a; 118a) und einem glatten Abschnitt (18b; 118b) aufweist, und
einer Schraube (12) mit einem Gewindeschaft (20), der in den Gewindeabschnitt (18a; 118a) der Mutterbohrung (18; 118) einschraubbar ist, einem Kupplungsteil (22), der mit einem Kupplungsteil (5) eines zweiten Bauteils (4) verbindbar ist, und einem Zwischenabschnitt (24), der zwischen dem Gewindeschaft (20) und dem Kupplungsteil (22) angeordnet ist,
wobei der Zwischenabschnitt (24) der Schraube (12) mit mindestens einer umlaufenden Dichtungsrippe (30) versehen ist, die bezüglich des glatten Abschnittes (18b; 118b) der Mutterbohrung (18; 118) so dimensioniert ist, dass die Dichtungsrippe (30) bei Verstellbewegungen der Schraube (12) relativ zur Mutter (10; 110) abgedichtet und selbsthemmend an dem glatten Abschnitt (18b; 118b) der Mutterbohrung (18; 118) anliegt.

2. Schraubverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenabschnitt (24) der Schraube (12) drei umlaufende Dichtungsrippen (30) zur Anlage an dem glatten Abschnitt (18b; 118b) der Mutterbohrung (18, 118) hat.

3. Schraubverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsteil (22) der Schraube (12) mit einer Antriebsformation (26) zum Verstellen der Schraube (12) versehen ist.

4. Schraubverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsteil (22) der Schraube (12) als Kugelkopf und der Kupplungsteil (5) des zweiten Bauteils (4) als Kugelpfanne ausgebildet sind.

5. Schraubverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutterbohrung (18) an beiden Enden offen ist.

6. Schraubverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gewindeabschnitt (20) der Schraube (12) eine Antriebsformation (28) zum Verstellen der Schraube (12) angeformt ist.

7. Schraubverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutterbohrung (118) an einem Ende offen und am anderen Ende geschlossen ist.

8. Schraubverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (10) als Blindnietmutter ausgebildet ist (Fig. 1 bis 5).

9. Schraubverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (110) als in das Loch (3) des ersten Bauteils (2) einrastbarer Clip ausgebildet ist (Fig. 6 bis 10).

10. Schraubverbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende der Mutter (110) ein Federteller (116) angeformt ist, der im zusammengebauten Zustand der Schraubverbindung an einer Seite des ersten Bauteils (2) federnd anliegt.

11. Schraubverbindung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (110) mit Rasten (115) versehen ist, die im zusammengebauten Zustand der Schraubverbindung an der anderen Seite des ersten Bauteils (2) anliegen.

12. Schraubverbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rasten (115) aus einer abstehenden und elastisch einschwenkbaren Federzunge (115a) und einem diametral gegenüberliegenden massiven Rastvorsprung (115b) mit einer Rastschulter bestehen.

13. Schraubverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der glatte Abschnitt (118b) der Mutterbohrung (118) zum Einstellen der Schraube (12) in queraxialer Richtung exzentrisch zu dem Gewindeabschnitt (118a) der Mutterbohrung (118) angeordnet ist.

14. Schraubverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (12) aus einem schlagzähen Kunststoffs besteht.

15. Schraubverbindung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der schlagzähe Kunststoff Polyamid ist.

16. Schraubverbindung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der schlagzähe Kunststoff ein verstärkendes Fasermaterial enthält.

17. Schraubverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (10; 110) aus Metall oder Kunststoff besteht.

18. Schraubverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (2) plattenförmig ausgebildet ist und das Loch (3) zur Drehsicherung der Mutter (10; 110) unrund ist.

19. Schraubverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (4) ein Halter für eine Fahrzeug-Rückleuchte ist, wobei zwischen der Fahrzeugleuchte und anderen Fahrzeugteilen ein Spalt vorhanden ist, der durch die Verstellbarkeit der Schraubverbindung minimierbar ist.