CN112654794B - 组合螺钉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺钉，所述螺钉具有螺钉头(1)并且具有螺纹(3)，所述螺纹具有螺纹直径d，其中，所述螺钉头具有高度k_s，所述高度不超过根据DIN EN ISO 4014的具有相同螺纹直径的标准化螺钉的头部高度k的标称尺寸，或者如果在标准中没有给出用于具有相同螺纹直径的螺钉的尺寸，则所述高度不超过具有下一个较小的螺纹直径的标准化螺钉的头部高度k的标称尺寸，并且所述螺钉头(1)具有内多边形部或内多角花形部以及外多边形部或外多角花形部，以用于施加转矩。为了提供这样的能够通用地使用的螺钉而提出，在螺钉头中的假定的最小承载面A_tF与在螺纹中的应力横截面A_S的面积比大于等于1。

Description

组合螺钉

技术领域

本发明涉及一种螺钉，所述螺钉具有螺钉头并且具有螺纹，所述螺纹具有螺纹直径d，其中，所述螺钉头具有高度k_s，所述高度不超过根据DIN EN ISO 4014的具有相同螺纹直径的标准化螺钉的头部高度k的标称尺寸，或者如果在标准中没有给出用于具有相同螺纹直径的螺钉的尺寸，则所述高度不超过具有下一个较小的螺纹直径的标准化螺钉的头部高度k的标称尺寸，并且所述螺钉头具有内多边形部或内多角花形部以及外多边形部或外多角花形部，以用于施加转矩。

背景技术

这样的螺钉已知为具有降低的承载能力的螺钉，也称为薄头螺钉。所述螺钉具有低的螺钉头，所述螺钉头具有内六角形部、内多齿形部或内六角花形部作为内驱动部，并且具有外六角形部作为外驱动部，从而能够借助于对应的工具——例如开口扳手——或借助于内多齿形扳手、内六角扳手或

扳手来拧紧所述螺钉。然而薄头螺钉具有如下缺点，即它们的螺钉头由于内六角形部、内多齿形部或内六角花形部而被削弱，并且在螺钉过载时，不是在螺纹中，而是在螺钉头的区域中发生断裂。因此，不应对这样的螺钉加载以如下相同的载荷，以所述相同的载荷允许对包括仅具有外六角形部的螺钉头的同类螺钉进行加载。根据DIN EN ISO 898-1:2013，可以通过在其强度等级(例如8.8、9.8、10.9...)前加0(亦即08.8、09.8、010.9...)来特别标记具有降低的承载能力的螺钉。

在工业生产中，为了组装例如机器或车辆需要许多不同的螺钉。这些螺钉必须满足不同的要求，例如在其强度、其大小、抗腐蚀性或(尤其是也在难以接近的部位处的)容易的手动可操作性方面满足不同的要求。这可能导致，根据要组装的机器或车辆，必须保留数百种不同的螺钉，其中，这些螺钉之中的一些仅需要极少的数量，而其他螺钉则需要大量。因此在组装时可能出现问题，例如将相同尺寸但不同强度的螺钉混淆，并且因此以错误的螺钉建立的螺纹连接不再可靠。由于不同螺钉的数量还增加用于存储的耗费并且因此提高相关的成本，因为必须为每种所需的螺钉类型保留足够的螺钉，并且尤其是仅少量使用的螺钉通常比那些被大量使用螺钉要明显更贵。

开头所述类型的薄头螺钉对于在工业生产中的应用虽然具有如下优点，即所述薄头螺钉既可以用在通常可利用工具接近的区域中(通过外驱动部)，也可以用在难以接近的区域中(通过内驱动部)，从而通过保留这样的薄头螺钉可以减少所需螺钉的不同类型的数量。然而所述薄头螺钉仅能够较低地承载能力并且不能够和传统的螺钉一样通用地使用。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种具有开头所述类型的特征的螺钉，所述螺钉可以比先前已知的薄头螺钉更通用地使用。

该任务利用根据本发明的螺钉来解决。所述螺钉具有螺钉头并且具有螺纹，所述螺纹具有螺纹直径d，其中，所述螺钉头具有高度k_s，所述高度不超过根据DIN EN ISO 4014的具有相同螺纹直径的标准化螺钉的头部高度k的标称尺寸，或者如果在标准中没有给出用于具有相同螺纹直径的螺钉的尺寸，则所述高度不超过具有下一个较小的螺纹直径的标准化螺钉的头部高度k的标称尺寸，并且所述螺钉头具有内多边形部或内多角花形部以及外多边形部或外多角花形部，以用于施加转矩，其中，在螺钉头中的假定的最小承载面A_tF与在螺纹中的应力横截面A_S的面积比大于等于1。

在这里和在下文中，外多边形部理解为螺钉头的外表面，所述外表面作为用于工具、尤其是用于开口扳手的作用面。通常，外多边形部可以具有四个或六个、但也可以具有其他数量的彼此相邻的外工具作用面，它们一起基本上形成一个多边形。外多齿形部也属于该定义。对应地，外多角花形部理解为具有圆角的大致星形的外轮廓。通常，这样的轮廓具有例如具有六个倒圆的尖角的大卫之星的外形(例如

外六角花形部)。

内多边形部理解为在螺钉头中的凹部，所述凹部具有多个彼此相邻的工具作用面，可将工具插入到所述凹部中，以便将扭矩施加于螺钉。在内多边形部中，由彼此相邻的工具作用面形成的棱边基本上平行于螺钉的纵轴线伸展。通常，所述凹部构造为内四边形部或内六角形部，但是在这里也可以设置其他数量的作用面。内多齿形部在这里也可理解成，狭槽和十字形狭槽凹部不属于术语内多边形部。对应地，这也适用于内多角花形部，所述内多角花形部是具有圆角的星状凹部，并且通常具有六个凸起(例如

内六角花形部)。

根据本发明的螺钉头的高度k_S被限制并且不高于根据DIN EN ISO 4014:2011的具有杆的六角螺钉的螺钉头的头部高度k的标准化的标称尺寸。对于具有直至头部的螺纹的六角螺钉，在DIN EN ISO4017:2015-05中也可以找到头部高度k的对应的标准化的标称尺寸。但是，在本发明的意义上，在DIN EN ISO 4014:2011中提到的头部高度k的标称尺寸是决定性的，即不仅对于根据本发明的具有无螺纹的杆的螺钉的最大k_S而且对于具有直至螺钉头的螺纹的螺钉都是决定性的。如果螺纹的外径在标准中找不到对应，则根据本发明的螺钉的最大头部高度小于或等于用于具有下一个较小的外径的标准化螺钉的头部高度k的标称尺寸。如果外螺纹直径为例如25.5mm，而对此在标准中没有尺寸说明，则为了确定最大头部高度，可以使用用于具有下一个较小的螺纹直径(亦即M24)的标准化的螺钉的标称尺寸。用于M24螺钉的头部高度k的标称尺寸为15mm，根据本发明的螺钉的螺钉头的高度k_s于是不应高于15mm。

根据本发明的螺钉的特征在于，在螺钉头中所假定的最小承载面与在螺纹中的应力横截面的面积比大于等于1。

所假定的最小承载面在这里和在下文中理解为截锥体的周面，所述最小承载面伸展经过距离s，所述距离通过在螺钉材料之内的在螺钉头中的凹部与螺钉的在从螺钉头至螺钉杆或者说螺纹的过渡部处的外表面之间的最短间距来限定，其中，截锥体的中轴线对应于螺钉的纵轴线。周面A_tF由A_tF＝(D_M+d_M)/2*π*s计算得出，其中，d_M和D_M是截锥体的最小和最大直径。

螺纹的应力横截面理解为如下那个圆面的直径，所述圆面在螺钉的螺纹中作为实际剖面的代替而被假定为对于计算机械应力是决定性的。对于标准螺纹(根据DIN 13的公制ISO螺纹)，借助于公式A_S＝((d_k+d_fl)/4)²*π来计算所述应力横截面，其中，d_k是螺纹的芯径，并且d_fl是螺纹的中径。只要不涉及标准螺纹，在标准系列DIN 13ff中的说明就适用于确定应力横截面。

可以出乎意料地表明的是，可以在从螺钉头至螺钉的杆或者说螺纹的过渡部的区域中增大最小承载面，使得螺钉在过载时不再在头部中断裂，而是在自由承载的螺纹中断裂。与传统的薄头螺钉相比，最小承载面的增大通过如下方式实现，即与先前已知的螺钉不同，内多边形部或内多角花形部没有被如此深地压入到螺钉头中，和/或内多边形部或内多角花形部以比通常更小的量压入到螺钉头中。

因此，根据本发明的螺钉——所述螺钉可以选择性地构造有或不构造有无螺纹的杆——可不再被表征为低承载能力的螺钉，并且因此其使用范围被明显扩大。由此能够实现降低在工业生产中所需的不同螺钉类型的数量。这具有的结果是更容易的存储、更低的成本和制造中的简化。

已证明为有利的是，在螺纹直径d，亦即其外径≤5mm时，所述面积比大于等于1.2或较好地还大于等于1.25。在螺纹直径d＞5mm时，优选的面积比可以力争大于等于1.3，优选大于等于1.35。对于从12mm起的螺纹直径d，所述面积比优选大于等于1.4或1.45。

优选地，根据本发明的螺钉具有内六角形部、内多齿形部或内六角花形部作为内多边形部或内多角花形部。根据本发明的螺钉优选由用于螺钉强度等级为8.8的螺钉的材料制成，因为该材料对于制造螺钉具有足够的流动性并且同时具有良好的强度特性。按照用于根据本发明的螺钉的要求轮廓，也可以考虑用于较低或较高螺钉强度等级的材料。

为了进一步提高根据本发明的螺钉的功能性，所述螺钉可以配备有不可丢失的垫圈。这样的垫圈可以设计成不同的尺寸，尤其是也可以设计成适合于将螺钉用在长孔上的尺寸。为了确保可靠的组装，有利的是，这样配备的螺钉具有涂层，所述涂层具有限定的摩擦系数范围，尤其地，根据DIN EN ISO 16047:2013-01，总摩擦系数μ_tot在0.09至0.14或0.12至0.18的范围中。

作为不可丢失的垫圈的替代性方案或补充方案，根据本发明的螺钉可以设有这样的螺钉头，所述螺钉头的特征在于在其下侧处的法兰区段，从而实现螺钉头的较大的压贴面。

为了简化到螺纹孔中的插入，根据本发明的螺钉可以在螺纹的自由端部处设有凸出尖部。

此外，已证实在制造根据本发明的螺钉时有利的是，利用抛光的工具来挤压螺钉头。由此螺钉头不仅获得视觉上吸引人的光滑表面，而且还实现在工具与螺钉材料之间的界面处的材料流动被优化，这导致螺钉头中的较低的应力，并且因此导致提高的强度。

附图说明

在下文中根据示出本发明的优选实施例的附图更详细地阐述本发明，在附图中：

图1示出根据本发明的螺钉的侧视图；

图2示出根据本发明的螺钉沿剖切线A-A的剖面；

图3示出在图1和图2中所示的螺钉的作为截锥体的周面的假定的最小承载面；并且

图4示出在图1和图2中所示的螺钉的螺钉头的俯视图。

具体实施方式

在图1至图4中示出的螺钉包括以外六角形部形式的具有头部高度k_s的螺钉头1、与所述螺钉头1相邻的无螺纹的杆区段2并且包括与所述杆区段相邻的螺纹3，所述螺纹具有外径d。在螺纹的在图1和图2中的下端部处设有凸出尖部4。在无螺纹的杆区段2的区域中配合有不可丢失的垫圈5。

螺钉头1具有内六角花形部6。通过铣削到螺钉头中的内六角花形部6，在螺钉头1中的能承载力的材料明显减少。为了计算在螺钉头1中的假定的最小承载面，在用于内六角花形部6的凹部与螺钉的在螺钉头1与杆区段2之间的过渡部中的外表面之间来确定螺钉材料的最短距离s。该距离s是截锥体7(参见图3)的周面的组成部分，所述周面同中心地围绕螺钉的纵轴线a延伸。该周面是在螺钉1中假定的最小承载面。面积由A_tF＝(D_M+d_M)/2*π*s计算得出，其中，d_M是截锥体在图3中示出的最小直径，并且D_M是截锥体在图3中示出的最大直径。

对于在这里示出的标准螺纹，在螺纹3中的应力横截面由A_S＝((d_k+d_fl)/4)²*π计算得出。

为了将这样的组合螺钉设计成能够完全承载的，面积比A_tF/A_G必须≥1，并且优选对于所有螺钉尺寸，面积比A_tF/A_G≥1.2或1.25。

Claims (15)

1.螺钉，其具有螺钉头(1)并且具有螺纹(3)，所述螺纹具有螺纹直径d，其中，所述螺钉头具有高度k_s，所述高度不超过根据DIN EN ISO 4014的具有相同螺纹直径的标准化螺钉的头部高度k的标称尺寸，或者如果在标准中没有给出用于具有相同螺纹直径的螺钉的尺寸，则所述高度不超过具有下一个较小的螺纹直径的标准化螺钉的头部高度k的标称尺寸，并且所述螺钉头(1)具有内多边形部或内多角花形部以及外多边形部或外多角花形部，以用于施加转矩，其特征在于，在螺钉头中的假定的最小承载面A_tF与在螺纹中的应力横截面A_S的面积比大于等于1。

2.根据权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述螺纹(3)具有≤5mm的外径，并且所述面积比大于等于1.2。

3.根据权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述螺纹(3)具有≤5mm的外径，并且所述面积比大于等于1.25。

4.根据权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述螺纹(3)具有>5mm的外径，并且所述面积比大于等于1.3。

5.根据权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述螺纹(3)具有>5mm的外径，并且所述面积比大于等于1.35。

6.根据权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述螺纹(3)具有≥12mm的外径，并且所述面积比大于等于1.4。

7.根据权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述螺纹(3)具有≥12mm的外径，并且所述面积比大于等于1.45。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的螺钉，其特征在于，所述螺钉包括内作用面，所述内作用面是内六角形部、内多齿形部或内六角花形部(6)。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的螺钉，其特征在于，所述螺钉由根据DIN EN ISO898-1:2013的螺钉强度等级为8.8的材料制成。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的螺钉，其特征在于，所述螺钉包括不可丢失的垫圈(5)。

11.根据权利要求1至7中任一项所述的螺钉，其特征在于，所述螺钉包括在所述螺钉头(1)的下侧处的法兰区段。

12.根据权利要求1至7中任一项所述的螺钉，其特征在于，所述螺钉包括在螺纹(3)的自由端部处的凸出尖部(4)。

13.根据权利要求1至7中任一项所述的螺钉，其特征在于，所述螺纹(3)是公制ISO螺纹。

14.根据权利要求1至7中任一项所述的螺钉，其特征在于，所述螺钉是组合螺钉。

15.用于制造根据权利要求1至14中任一项所述的螺钉的方法，其特征在于，所述螺钉头(1)利用抛光的工具挤压。

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