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DE202010007769U1 - Elektrisch leitende Schraubverbindung und Spezialschraube für eine solche Schraubverbindung - Google Patents

Elektrisch leitende Schraubverbindung und Spezialschraube für eine solche Schraubverbindung Download PDF

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Abstract

Elektrisch leitende Schraubverbindung zwischen zwei durch eine Schraube (16) mit einem Schraubenkopf (18) und einem Schaft (22) und eine Mutter (28) miteinander verschraubten Teilen (10, 12), wobei das eine äußere Teil (12) das andere, innere Teil (10) umgreift, und die Schraube (16) durch eine Bohrung (14) in den inneren Teil (10) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontakt zwischen dem äußeren Teil (12) und der Schraube (16) durch Zähne (27) auf der werkstückseitigen Oberfläche des Schraubenkopfes (18) und/oder der Mutter (28) oder einer zwischen Mutter (28) und dem äußeren Teil (12) angeordneten Beilagscheibe (30) hergestellt ist, während der Kontakt zwischen der Schraube (16) und dem inneren Teil (10) durch Erhebungen (26) auf dem Schaft (22) der Schraube (16) hergestellt ist, deren Außendurchmesser geringfügig größer ist, als der Innendurchmesser der Bohrung (14) und zwischen dem Außengewinde (24) und dem Schraubenkopf (18) angeordnet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrisch leitende Schraubverbindung zwischen zwei durch eine Schraube mit einem Schraubenkopf und einem Schaft und eine Mutter miteinander verschraubten Teilen, wobei das eine, äußere Teil das andere, innere Teil umgreift und die Schraube durch eine Bohrung in dem inneren Teil verläuft. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Spezialschraube für solche Verschraubungen mit einem Kopf und einem Schaft mit einem Außengewinde.
  • Nachdem moderne Kraftfahrzeuge mehr und mehr mit hoch empfindlicher Elektronik ausgerüstet werden, besteht die Notwendigkeit, alle elektrisch leitenden Teile, das heißt im Wesentlichen alle Metallteile eines Kraftfahrzeuges niederohmig elektrisch leitend mit Masse zu verbinden.
  • Zu diesem Zweck wurden bisher zusätzliche, große Massekabel oder andere Vorrichtungen vorgesehen. Dies führte stets dazu, dass zusätzliche Teile eingebaut werden mussten, was zusätzliche Kosten und zusätzliches Gewicht bedeutete, wobei diese Teile noch dazu ihre Funktion oft nicht zufrieden stellend erfüllten, da häufig der Kontakt zu schlecht war, beziehungsweise durch Korrosion und elektrochemische Effekte mit der Zeit nachließ. Beispielsweise verlangt die Automobilindustrie heute für ein Lenkgetriebe aus Aluminium einen Massenkontakt mit zwei Kabeln von je zehn Millimeter Durchmesser.
  • Ein direkter Kontakt zwischen den einzelnen Bauteilen eines Fahrzeuges ist heute nämlich nicht mehr automatisch gegeben, da die Teile aus Korrosi onsschutzgründen meist schon vor der Endmontage beschichtet und/oder lackiert sind, und weil Aluminiumteile von selbst eine isolierende Passivierungsschicht aus Aluminiumoxid ausbilden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine solche niederohmige Masseverbindung ohne zusätzliche Bauteile zur Verfügung zu stellen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine elektrisch leitende Schraubverbindung gelöst, bei der ein niederohmiger elektrischer Kontakt zwischen einem äußeren Teil und der Schraube durch Zähne auf der werkstückseitigen Oberfläche der Schraubenkopfes und/oder der Mutter oder einer zwischen Mutter und dem äußeren Teil angeordneten Beilagscheibe hergestellt ist, während der Kontakt zwischen der Schraube und dem inneren Teil durch Erhebungen auf dem Schaft der Schraube hergestellt ist, deren Außendurchmesser geringfügig größer ist, als der Innendurchmesser der Bohrung, in die die Schraube eingesetzt ist, wobei diese Erhebungen zwischen dem Außengewinde und dem Schraubenkopf angeordnet sind. Ebenso kann die vorliegende Aufgabe durch eine Spezialschraube gelöst werden, bei der die werkstückseitige Oberfläche des Schraubenkopfes mit Zähnen versehen ist und Erhebungen auf dem Schaft zwischen dem Schraubenkopf und dem Außengewinde angeordnet sind, die den Außendurchmesser des Außengewindes auf dem Schaft der Spezialschraube überragen.
  • Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Erhebungen als wendelförmig auf der Oberfläche des Schaftes umlaufende Aufwölbungen ausgebildet sind, da die Aufwölbungen dann auf einfache Weise gleichzeitig mit dem Rollen des Schraubenaußengewindes hergestellt werden können. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Aufwölbungen eine andere Steigung aufweisen als das Außengewinde. Dies führt beim Verschrauben zu einer Relativbewegung zwischen der Schraube und dem inneren Werkstück, wodurch Lackschichten, Beschichtungen oder Passivierungsschichten (Oxidschichten) durch die Relativbewegung der Aufwölbungen beim Verschrauben abgeschabt oder durchbrochen werden. Dadurch wird der elektrische Widerstand der Verbindung deutlich vermindert.
  • Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Steigung der Aufwölbungen größer ist, als die Steigung des Außengewindes.
  • Um spätere Korrosionserscheinungen zu vermeiden, können die Erhebungen mit Fett oder Wachs versehen sein.
  • Um das Eindringen korrosiver Substanzen zu verhindern, kann auf der werkstückseitigen Oberfläche des Schraubenkopfes ein Ring außen um die Zähne herum verlaufend angeordnet sein.
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schraubverbindung mit einer erfindungsgemäßen Spezialschraube in Schnittdarstellung entlang der Rotationsachse der Schraube;
  • 2 zeigt eine erfindungsgemäße Spezialschraube von der Seite;
  • 3 zeigt die Draufsicht auf die werkstückseitige Oberfläche des Schraubenkopfes der Schraube der 2;
  • 4 zeigt eine Detailvergrößerung der Zähne des Schraubenkopfes der 2; und
  • 5 zeigt das Detail X der 2.
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Verschraubung, teilweise geschnitten entlang der Rotationsachse der Schraube.
  • Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Teil eines Lenkgetriebegehäuses aus Aluminium als inneres Teil 10 von einem Achsträger aus Stahl als äußeren Teil 12 umschlossen, beide Teile sind mittels einer durch eine Bohrung im inneren Teil 10 und zwei Löcher im äußeren Teil 12 verlaufende Schraube 16 und einer Mutter 28 mit Beilagscheibe 30 durch Verschraubung verbunden.
  • Im vorliegenden Fall ist die Schraubverbindung jedoch erfindungsgemäß so ausgeführt, dass sie gleichzeitig einen niederohmigen elektrischen Kontrakt zwischen den Bauteilen 10 und 12 herstellt, auch wenn diese lackiert, beschichtet oder mit einer Passivierungsschicht aus Aluminiumoxid überzogen sind.
  • Die Schraube 16 weist hierbei wie üblich einen Schraubenkopf 18 mit einem hexalobulären Außenkraftangriff 20 und einem Schaft 22 auf. Wie üblich ist der Schaft 22 der Schraube 16 mit einem Außengewinde 24 versehen. Erfindungsgemäß erstreckt sich dieses Außengewinde 24 jedoch nicht bis zu dem Schraubenkopf 18. Vielmehr ist unter dem Schraubenkopf 18 eine wendelförmig umlaufende Erhebung 26 vorgesehen, deren Steigung größer ist, als die Gewindesteigung des Außengewindes 24. Des weiteren weist die Erhebung 26 einen abgerundeten Querschnitt auf, der sich über den Außendurchmesser des Außengewindes 24 hinaus erstreckt, und der so bemessen ist, dass er etwas größer ist, als der Innendurchmesser der Bohrung 14. Durch diese Gestaltung der Erhebungen 26 wird erreicht, dass sich diese Erhebungen beim Anziehen der Schraube 16 in die Innenwand der Bohrung 14 ein wenig eingraben, beziehungsweise eine Passivierungsschicht, die sich auf der Innenwand der Bohrung 14 gebildet haben könnte, da das Gehäuseteil 10 aus Aluminium besteht, abkratzen und/oder durchstoßen. Auf diese Weise stellen die Erhebungen 26 einen niederohmigen elektrischen Kontakt zwischen dem Gehäuseteil 10 und der Schraube 16 her.
  • Wenn das äußere Teil 12 mit einer Lackierung oder Beschichtung, beispielsweise mit einer kataphoretischen Lackierung (kataphoretische Tauchlackierung – KTL) versehen ist, muss erfindungsgemäß nun noch ein niederohmiger Kontakt zwischen diesem äußeren Teil 12 und der Schraube 18 hergestellt werden. Erfindungsgemäß kann dies durch auf der werkstückseitigen Oberfläche des Schraubenkopfes 18 angebrachte Zähne 27 erfolgen, die in 3 und 4 näher erläutert werden.
  • Im vorliegenden Fall ist die Schraube mittels einer Gegenmutter 28 und einer Beilagscheibe 30 verschraubt. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Beilagscheibe 30 noch mit Ausstanzungen 32 versehen, die einen durch den Ausstanzprozess entstandenen in Richtung auf das Werkstück 12 überstehenden Rand aufweisen, und dadurch auch auf dieser Seite einen guten, niederohmigen Kontakt zwischen der Beilagscheibe und dem äußeren Teil 12 herstellen.
  • Alternativ hätte man auf die Beilagscheibe 30 verzichten und die Mutter 28 ebenfalls mit entsprechenden Zähnen versehen können, und auf diese Weise einen elektrischen Kontakt zwischen der Mutter 28 und dem äußeren Teil 12 trotz einer Lackierung oder Beschichtung dieses Teiles 12 herstellen können.
  • Erfindungsgemäß besteht also sowohl die Möglichkeit, die Zähne 27 unter dem Schraubenkopf 18 für die elektrische Verbindung zwischen der Schraube 16 und dem äußeren Teil 12 zu nutzen, alternativ oder zusätzlich dazu kann eine mit entsprechenden Zähnen oder Erhebungen versehene Beilagscheibe 30 vorgesehen sein, oder man kann diese Beilagscheibe weglassen und die Mutter 28 mit entsprechenden Zähnen versehen und direkt auf dem äußeren Teil 12 verschrauben.
  • In den meisten Fällen genügt es erfindungsgemäß jedoch, die elektrische Verbindung zwischen Schraube und äußerem Teil 12 über die Zähne 27 an der Unterseite des Schraubenkopfes 18 herzustellen.
  • 2 zeigt eine erfindungsgemäße Spezialschraube, wie sie für die Schraubverbindung gemäß 1 Verwendung gefunden hat, von der Seite. Hier wird die Anordnung von Außengewinde 24, wendelförmig umlaufen de Aufwölbungen 26 und Schraubenkopf 18 nochmals verdeutlicht. Die Aufwölbungen 26 und die Zähne 27 sind in 4 und in dem Detail X (dargestellt in 5) noch näher erläutert.
  • 3 zeigt eine Draufsicht auf die werkstückseitige Oberfläche, das heißt die schaftseitige Oberfläche des Schraubenkopfes 18 der erfindungsgemäßen Schraube 16. In der Mitte ist der Schaft 22 mit dem Außengewinde 24 erkennbar. An dieses schließen sich die radial umlaufenden sägezahnförmig ausgebildeten Zähne 27 nach außen hin an. Die Zähne 27 sind in 4 detaillierter dargestellt.
  • Außerhalb der Zähne 27 befindet sich ein auf das Werkstück hin vorspringender Ring 34, der eine Abdichtung der Schraubverbindung nach außen und damit auch einen Korrosionsschutz für die von den Zähnen 27 aufgerissene Werkstückoberfläche des äußeren Teils 12 bildet.
  • 4 zeigt eine Detaildarstellung der Zähne 27 im Schnitt. Es ist deutlich erkennbar, dass die Zähne 27 in Anziehrichtung, die durch den Pfeil 36 dargestellt ist, außerordentlich flach verlaufende Flanken 38 aufweisen, während sie in Gegenrichtung ganz kurze sehr steile und nahezu senkrecht zu der Werkstückoberfläche verlaufende Flanken 40 besitzen.
  • 5 zeigt das Detail X der 2. Hier ist links im Bild nochmal ein Teil des Schraubenkopfes 18 dargestellt, insbesondere die entsprechende werkstückseitige Oberfläche mit dem außen umlaufenden Ring 34 und den Zähnen 27.
  • In 5 wird die Form der wendelförmig umlaufenden Aufwölbungen 26 besonders deutlich erkennbar.
  • Diese weisen schräg verlaufende Flanken 42, 44 auf, die jeweils in einem Winkel von etwa 60° aufeinander stoßen, und die durch Kreisbogenabschnit te 46, 48 miteinander verbunden sind. Dabei weist der äußere Kreisbogen 46 einen größeren Radius auf als der innere Kreisbogen 48.
  • Erfindungsgemäß kann der Bereich der Aufwölbungen 26 der Spezialschraube 16 vor der erfindungsgemäßen Verschraubung mit einem Dicht- oder Schmierstoff, beispielsweise Fett oder Wachs versehen werden. Dieser Dicht- oder Schmierstoff kann gegebenenfalls auch schon vor dem Verschrauben der Schraube 16 bei der Herstellung auf diese aufgebracht sein, und inzwischen grifftrocken sein. Dadurch wird zum Einen die zum Verschrauben erforderliche Kraft vermindert, da sich die Reibung zwischen den Aufwölbungen 26 und der Innenwand der Bohrung 14 vermindert, zum Anderen wird dadurch das Eindringen von Wasser in diesen Bereich der Verschraubung, und dadurch Korrosionseffekte vermieden.
  • Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Masseverbindung zwischen verschiedenen Kraftfahrzeugteilen ohne zusätzliche Massekabel sichergestellt werden kann, auch wenn die entsprechenden Teile bereits vor der Verschraubung mit einer Lackierung, einer Beschichtung oder einer Passivierungsschicht überzogen sind. Zusätzlich weist die vorliegende Erfindung gegenüber dem bisher üblichen Massekabel den Vorteil auf, dass auch Hochfrequenzeinstreuungen sehr gut abgeleitet werden. Dies ist bei Massekabeln durch deren unvermeidliche Induktivität nicht unbedingt gegeben.
  • Erfindungsgemäß wird demgegenüber durch die Zähne 27 unter dem Schraubenkopf 18, die sich durch die Lackschicht auf dem äußeren Teil 12 schneiden, ein entsprechender Kontakt zwischen der Schraube 16 und dem äußeren Teil 12 hergestellt. Alternativ oder zusätzlich kann dies durch entsprechende Zähne oder andere hervorstehende Grate auf einer Beilagscheibe erfolgen, wobei die Beilagscheibe sowohl unter dem Schraubenkopf als auch unter einer Mutter angeordnet werden kann. Darüber hinaus kann die Mutter auch mit entsprechenden Zähnen versehen sein, wenn keine Beilagscheiben Verwendung finden.
  • Der Schraubenkopf, die Beilagscheibe oder die Mutter können dabei noch mit einem außen umlaufenden Ring versehen sein, um die Verschraubung, aber insbesondere die Kontaktstellen mit der zerstörten Lackierung auf dem äußeren Teil 12 vor dem Eindringen von Wasser und damit vor Korrosion zu bewahren.
  • Die weitere elektrische Verbindung zwischen der Schraube 16 und dem inneren Teil 10 wird über die Aufwölbungen 26 hergestellt. Diese weisen einen etwas größeren Durchmesser auf, als die Bohrung 14. Dadurch durchbrechen sie die Passivierungsschicht auf der Innenwand der Bohrung 14 und stellen somit einen niederohmigen elektrischen Kontakt zwischen der Schraube 16 und dem inneren Teil 10 her. Durch Beschichtung der Aufwölbungen 26 mit einem Fett oder Wachs kann die erforderliche Einschraubkraft vermindert werden (diese ist ja erhöht, da die Aufwölbungen sich in die Innenwand der Bohrung 14 eindrücken müssen) und gleichzeitig wird durch eine solche Fett- oder Wachsschicht die Bildung einer neuen Passivierungsschicht und/oder Korrosionserscheinungen, insbesondere elektrochemische Korrosion, verhindert. Die Aufwölbungen haben dabei vorzugsweise eine Steigung, die etwas größer ist als die Steigung des Außengewindes 24, wodurch sich die wendelförmige Aufwölbung beim Einschrauben der Schraube 18 gegenüber der Innenwand der Bohrung 14 kontinuierlich verschiebt und damit zusätzlich die Passivierungsschicht an der Innenwand der Bohrung 14 abträgt. Dies gilt insbesondere für Fälle, bei denen die Schraube in eine Innengewindebohrung eines anderen Werkstückes eingesetzt werden soll.
  • Zusätzlich kann bei einer Verbindung mit Schraube und Mutter auf der werkstückseitigen Oberfläche der Mutter ebenfalls eine Zähnung oder andere Vorsprünge vorgesehen sein. Bei Verwendung einer Verbindung mit Mutter und Beilagscheibe kann die Beilagscheibe entsprechend mit Zähnen oder anderen hervorstehenden Elementen versehen sein, um auch am anderen Ende der Schraube einen guten Kontakt zwischen Schraube und dem äußerten Teil 12 herzustellen.

Claims (12)

  1. Elektrisch leitende Schraubverbindung zwischen zwei durch eine Schraube (16) mit einem Schraubenkopf (18) und einem Schaft (22) und eine Mutter (28) miteinander verschraubten Teilen (10, 12), wobei das eine äußere Teil (12) das andere, innere Teil (10) umgreift, und die Schraube (16) durch eine Bohrung (14) in den inneren Teil (10) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontakt zwischen dem äußeren Teil (12) und der Schraube (16) durch Zähne (27) auf der werkstückseitigen Oberfläche des Schraubenkopfes (18) und/oder der Mutter (28) oder einer zwischen Mutter (28) und dem äußeren Teil (12) angeordneten Beilagscheibe (30) hergestellt ist, während der Kontakt zwischen der Schraube (16) und dem inneren Teil (10) durch Erhebungen (26) auf dem Schaft (22) der Schraube (16) hergestellt ist, deren Außendurchmesser geringfügig größer ist, als der Innendurchmesser der Bohrung (14) und zwischen dem Außengewinde (24) und dem Schraubenkopf (18) angeordnet sind.
  2. Elektrisch leitende Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (26) als wendelförmig auf der Oberfläche des Schaftes (22) umlaufende Aufwölbungen ausgebildet sind.
  3. Elektrisch leitende Schraubverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufwölbungen (26) eine andere Steigung aufweisen als das Außengewinde (24).
  4. Elektrisch leitende Schraubverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Aufwölbungen (26) größer ist als die Steigung des Außengewindes (24).
  5. Elektrisch leitende Schraubverbindung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (26) mit einem Dicht- oder Schmierstoff, beispielsweise Fett oder Wachs versehen sind.
  6. Elektrisch leitende Schraubverbindung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (27) auf der werkstückseitigen Oberfläche des Schraubenkopfes (18) von einem Ring (34) umgeben sind.
  7. Spezialschraube (16) für elektrisch leitende Verschraubungen mit einem Kopf (18) und einem Schaft (22) mit einem Außengewinde (24), dadurch gekennzeichnet, dass – die werkstückseitige Oberfläche des Schraubenkopfes (18) mit Zähnen (27) versehen ist und – Erhebungen (26) auf dem Schaft (22) zwischen dem Schraubenkopf (18) und dem Außengewinde (24) angeordnet sind, die den Außendurchmesser des Außengewindes (24) auf dem Schaft (22) der Spezialschraube (16) überragen.
  8. Spezialschraube (16) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (26) als wendelförmig auf der Oberfläche des Schaftes (22) umlaufende Aufwölbungen ausgebildet sind.
  9. Spezialschraube (16) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufwölbungen (26) eine andere Steigung aufweisen als das Außengewinde (24).
  10. Spezialschraube (16) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Aufwölbungen (26) größer ist, als die Steigung des Außengewindes (24).
  11. Spezialschraube (16) nach Anspruch 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (26) mit einem Dicht- oder Schmierstoff, vorzugsweise Fett oder Wachs versehen sind.
  12. Spezialschraube (16) nach Anspruch 7, 8, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (27) auf der werkstückseitigen Oberfläche des Schraubenkopfes (18) von einem Ring (34) umgeben sind.
DE202010007769U 2010-06-09 2010-06-09 Elektrisch leitende Schraubverbindung und Spezialschraube für eine solche Schraubverbindung Expired - Lifetime DE202010007769U1 (de)

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