DE102005011079B4 - Befestigungsschraube zum Einschrauben in Kunststoff - Google Patents

Abstract

Befestigungsschraube zum Einschrauben in Kunststoff mit einem selbst furchenden Gewinde und einem Flankenwinkel der Gewindezähne von 30°, wobei der Außendurchmesser Do und der Kerndurchmesser Dk des Gewindes einen ersten Quotienten Qa=Do/Dk zwischen 1,43 bis 1,5 bilden, wobei ferner der Axialabstand P benachbarter Gewindezähne mit der Höhe H der Gewindezähne einen Quotienten Qb=P/H mit Qb zwischen 1,95 und 2,18 bilden, und wobei schließlich der Gewindegrund konisch mit einem Öffnungwinkel von 150° ausgebildet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Befestigungsschraube mit einem selbstfurchenden Gewinde und einem Flankenwinkel der Gewindezähne von 30°, wobei der Außendurchmesser Do und der Kerndurchmesser Dk des Gewindes einen ersten Quotienten Qa=Do/Dk mit Qa zwischen 1,43 bis 1,5 bilden.
• Derartige Schrauben sind im Stand der Technik bekannt. Die WO 99/06719 A1 offenbart eine Befestigungsschraube für Kunststoffmaterialien, wobei das Gewinde eine relativ kleine Steigung aufweist, so dass eine große Zahl von Gewindegängen der Schraube in Eingriff mit dem Kunststoff ist. Die Dimensionierung ist ferner derart ausgelegt, dass die Schraube mit relativ geringer Eindringtiefe der Gewindezähne in den Kunststoff sitzt.
• Diese Ausgestaltung ist jedoch hinsichtlich eines möglichst festen Sitzes im Zusammenhang mit einer möglichst hohen Scher- und Biegefestigkeit der Schraube nachteilhaft. Es besteht daher die Aufgabe, eine Befestigungsschraube, insbesondere für das Einschrauben in Kunststoff, zu schaffen,welche nach Einschrauben in Kunststoffmaterial verbesserten Halt bei gleichzeitiger erhöhter Festigkeit, insbesondere gegen ein Ausreißen, aufweist.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Axialabstand P benachbarter Gewindezähne mit der Höhe H der Gewindezähne einen Quotienten Qb=P/H zwischen 1,9 und 2,18 bildet und dass der Gewindegrund konisch mit einem Öffnungsgrund von 150° ausgebildet ist.
• Zwar ist aus der DE 27 54 870 C3 auch eine Schraube bekannt, die einen konischen Gewindegrund aufweist; die Verhältnisse zwischen Außendurchmesser und axialem Abstand der Gewindegänge liegen jedoch außerhalb des durch diese Erfindung beanspruchten Bereichs. Die bekannte Schraube dient denn auch in erster Linie als Blechschraube.
• Darüber hinaus sind zum Stand der Technik die DE 198 15 670 C2 , DE 103 59 679 B3 , DE 42 31 546 A1 und DE 32 07 975 A1 bekannt.
• Durch die vorliegende Erfindung wird eine Schraube geschaffen, die für das Einschrauben in Kunststoffmaterial besonders geeignet ist. Der Zweck der Befestigung stellt deutlich abweichende Anforderungen an die Schraube als bspw. bei einer Verstellschraube erforderlich. Insbesondere zur Auslegung zwecks Befestigung an Kunststoffen sind besondere Maßnahmen notwendig, da beim Einschrauben das von den Gewindezähnen verdrängte Material abgeführt oder aufgenommen werden muss.
• Die Höhe H der Gewindezähne ist hierzu erfindungsgemäß derart bemessen, dass die Gewindezähne beim Eindringen in den Kunststoff eine möglichst breite Auflage in dem Kunststoff haben. Das verdrängte Material muss jedoch so in den Freiraum zwischen den Gewindezähnen aufgenommen werden, dass ein möglichst hoher Andruck der Gewindeflanken an das Kunststoffmaterial erzeugt wird, der für eine erhöhte Ausreißfestigkeit sorgt. Unter der Ausreißfestigkeit ist die Festigkeit der Befestigungsschraube im gefügten Zustand im Kunststoffmaterial gegen ein Herausziehen oder -reißen zu verstehen. Die erfindungsgemäße Schraube weist daher ein verbessertes Abmessungsverhältnis des Freiraums zwischen den Gewindezähnen zur Höhe der Gewindezähne auf.
• Der Gewindegrund ist ferner vorteilhaft konisch ausgeführt, wodurch verdrängtes Material besonders gut in den Gewindegrund geleitet und aufgenommen wird. Die konische Formung des Gewindegrunds sorgt weiterhin für eine erhöhte mechanische Stabilität der Schraube bei Biegebeanspruchung.
• Bedingt durch die Kombination der Höhe H und des Axialabstandes P der Gewindezähne, also der Wahl des Quotienten Qb zwischen 1,95 und 2,18 ergibt sich somit eine verbesserte Ausreißfestigkeit der Befestigungsschraube sowohl in axialer als auch in tangentialer Richtung im gefügten Zustand.
• Aufgrund der erfindungsgemäßen Dimensionierung der Befestigungsschraube weist diese einen relativ großen Kerndurchmesser auf, wodurch die Schraube große Drehmomente und Axialkräfte aufnehmen kann. Die erfindungsgemäße Schraubenausgestaltung ermöglicht daher vorteilhaft die Verwendung von nicht hochfesten, preiswerteren Werkstoffen.
• Die Ausgestaltung der Befestigungsschraube ermöglicht eine Herstellung unter Berücksichtiung des Umformverhaltens eines betreffenden Schraubenrohlings bei der Herstellung durch Kaltverformung, insbesondere durch Rollen. Gerade die erfindungsgemäße Höhe der Gewindezähne ist beim Rollen des Rohlings unter Druck leicht zu erzeugen. Die Bereiche zwischen den Gewindezähnen der Schraube werden in einem Arbeitsgang durch Verdrängen des Schraubenmaterials erzeugt.
• Bedingt durch die Herstellung der Befestigungsschraube durch Kaltwalzen entstehen Gewindezähne, die ein gutes Eindring- und Schneidverhalten in Kunststoffmaterial aufweisen. Die konischen, verrundeten Gewindegründe zwischen den Gewindezähnen verbessern das Eindring- und Schneidverhalten der Befestigungsschraube nochmals. Damit ein möglichst leichtes Eindrehen der Schraube ermöglicht ist, weisen die Gewindezähne einen Flankenwinkel α von ungefähr 30° auf. Der Flankenwinkel ist definiert als der Winkel, unter dem sich die Flanken des Gewindezahns an seiner Spitze schneiden. Hierbei können leichte Abweichungen, insbesondere auch durch die Herstellung auftreten, wobei diese Abweichung in positiver Richtung nicht größer als 5° sein sollte. Die 30° sollten als Untergrenze eingehalten sein. Bevorzugt ist der Flankenwinkel aller Gewindezähne des Gewindes gleich.
• Bevorzugt beträgt der ersten Quotient Qa 1,44 und der zweite Quotient Qb 2,17. Eine derart hergestellte Schraube hat sich in Hinblick auf ein verbessertes Eindring- und Schneidverhalten bei gleichzeitiger erhöhter Ausreißfestigkeit als vorteilhaft erwiesen.
• Weiterhin bevorzugt weisen die Gewindezähne gleich hohe Scheitel auf. Hierdurch wird eine gleichmäßige Belastung der Gewindezähne beim Einschrauben in Kunststoffmaterial erreicht. Zweckmäßig sind die Freiräume zwischen den einzelnen Gewindezähnen ebenfalls gleichartig, um ein gleichmäßiges Einschrauben zu ermöglichen.
• Nach einer vorteilhaften Weiterbildung weist der konische Gewindegrund einen Öffnungswinkel von 150° auf. Durch die Wahl eines Öffnungswinkels von 150° ergibt sich eine besonders gute Ausgestaltung des Gewindegrundes als Aufnahme für verdrängtes Material beim Einschrauben in Kunststoff einerseits und eine ausreichende Scherfestigkeit der Schraube bei Biegebeanspruchung andererseits.
• Bevorzugt ist die Befestigungsschraube durch Kalzwalzen hergestellt. Eine Kaltwalzenherstellung ermöglicht eine preisgünstige Herstellung der Befestigungsschraube bei hohen Stückzahlen. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Schraube aus borlegiertem Vergütungsstahl besteht. Dieses Material ist industriell verfügbar und insbesondere für die Herstellung durch Kaltwalzen gut geeignet.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.
• 1 zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform der Erfindung senkrecht zur Schraubenachse. Der Schraubenkern 1 weist eine zylindrische Grundform auf, wobei der Durchmesser des Schraubenkerns Dk im Verhältis zum Außendurchmesser Do relativ groß gewählt ist, um eine ausreichende Stabilität der Schraube gegen Scherkräfte bereitzustellen. Der Flankenwinkel α der Gewindezähne 2 beträgt bei der vorliegenden Ausführungsform 30°. Der Schraubenkopf 4 der Befestigungsschraube weist eine im Verhältnis zum Schraubenkern 1 relativ große Auflagefläche 5 auf, damit ein entsprechend hoher Anpressdruck beim Festziehen der Schraube, insbesondere in Kunststoffmaterial, erreicht werden kann.
• Eine Detailansicht der Ausführungsform gemäß 1 ist in einer vergrößerten Ansicht in 2 gezeigt. 2 verdeutlicht insbesondere die Abmessung des Schraubenkerns Dk gegenüber dem Außendurchmesser Do. Weiterhin ist in 2 die Bemessung des Axialabstandes P benachbarter Gewindezähne sowie die Höhe H der Gewindezähne verdeutlicht. Der Quotient Qa=Do/Dk beträgt bei der vorliegenden Ausführungsform 1,44, der Quotient Qb=P/H beträgt 2,17.
• Der Öffnungswinkel β des konischen Gewindegrunds 3 weist einen Winkel von 150° auf. Bedingt durch diese Wahl dringt die Schraube gut in das Kunststoffmaterial ein und nimmt das verschobene Material in dem Gewindegrund 3 derart auf, dass dieses den Halt der Schraube im Kunststoffmaterial weiter verbessert.

Claims (6)

1. Befestigungsschraube zum Einschrauben in Kunststoff mit einem selbst furchenden Gewinde und einem Flankenwinkel der Gewindezähne von 30°, wobei der Außendurchmesser Do und der Kerndurchmesser Dk des Gewindes einen ersten Quotienten Qa=Do/Dk zwischen 1,43 bis 1,5 bilden, wobei ferner der Axialabstand P benachbarter Gewindezähne mit der Höhe H der Gewindezähne einen Quotienten Qb=P/H mit Qb zwischen 1,95 und 2,18 bilden, und wobei schließlich der Gewindegrund konisch mit einem Öffnungwinkel von 150° ausgebildet ist.
2. Befestigungsschraube nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Quotient Qa=1,44 ist und der zweite Quotient Qb=2,17 ist.
3. Befestigungsschraube nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindezähne gleich hohe Scheitel aufweisen.
4. Befestigungsschraube nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Freiräume zwischen den einzelnen Gewindezähnen gleichartig sind.
5. Befestigungsschraube nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsschraube durch Kaltwalzen hergestellt ist.
6. Befestigungsschraube nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube aus einem borliegierten Vergütungsstahl besteht.

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