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Die
Erfindung betrifft eine Befestigungsschraube mit einem Schraubenkopf
und einem Schraubenschaft nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Gattungsgemäße Befestigungsschrauben werden
zur Erfüllung
unterschiedlichster Befestigungsfunktionen in einem weiten Feld
eingesetzt. Der Schraubenschaft der bekannten Befestigungsschrauben
ist mit einem Befestigungsgewinde ausgestattet und kann dadurch
in ein form- und funktionskomplementäres Innengewinde eingeschraubt werden.
Der Schraubenkopf der Befestigungsschraube erfüllt zwei Funktionen, wozu ein
Montageteil und ein Befestigungsteil vorgesehen sind. Der Befestigungsteil
ist am Ende des Schraubenschafts angeordnet und weist einen größeren Durchmesser als
der Schraubenschaft auf. Auf diese Weise kann der Befestigungsteil
unter Aufbringung einer Befestigungskraft an einem Werkstück zur Anlage
gebracht werden, weil die Höhe
der Befestigungskraft durch das Anzugsmoment und die daraus resultierende Einschraubtiefe
variiert werden kann. Das Montageteil des Schraubenkopfs ist mit
Werkzeugeingriffsflächen,
beispielsweise einem Außensechskant,
ausgestattet, um die bei der Montage der Befestigungsschraube notwendigen
Anzugsmomente mit einem Werkzeug an der Befestigungsschraube aufbringen zu
können.
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Bei
der Verbindung von mechanisch sensiblen Teilen müssen vielfach Toleranzen hinsichtlich der
vom Befestigungsteil aufgebrachten Befestigungskraft eingehalten
werden. Dabei darf die Befestigungskraft einerseits nicht zu klein
sein, um ein ungewolltes Lösen
der Schraubverbindung auszuschließen. Umgekehrt darf die Befestigungskraft aber
auch nicht zu groß sein,
um eine Beschädigung der
mit der Schaubverbindung miteinander verbundenen Werkstücke auszuschließen.
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Zur
Herstellung solcher hinsichtlich der Befestigungskraft tolerierten
Qualitätsschraubverbindungen
werden üblicherweise
konventionelle Befestigungsschrauben verwendet, die mit einem entsprechend
geeigneten Werkzeug, beispielsweise einem Drehmomentschlüssel, angezogen
werden. Nachteilig daran ist es, dass zur Herstellung solcher Qualitätsschraubverbindungen
kalibrierte Werkzeuge eingesetzt werden müssen, die vielfach nicht ohne
weiteres vorhanden sind. Außerdem
muss das Montagepersonal entsprechend in der Handhabung der Montagewerkzeuge
geschult sein.
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Weiterhin
nachteilig sind die bekannten Schraubverbindungen unter dem Aspekt
der Nachkontrolle. Nach Aufbringung des notwendigen Anzugsmoments
zur Herstellung der Schraubverbindung mit der tolerierten Befestigungskraft
kann die Schraubverbindung selbst nicht in einfacher Weise angesehen
oder auf sonstige Weise kontrolliert werden, ob die Toleranzen eingehalten
wurden. Nur durch aufwendige Kontrollverfahren kann die Einhaltung
der notwendigen Toleranzen bei der Herstellung der Schraubverbindung
nachkontrolliert werden. Aufgrund dieser ungenügenden Kontrollierbarkeit der bekannten
Schraubverbindungen ist auch eine einfache Dokumentation der toleranzrichtigen
Schraubverbindung vielfach nicht möglich.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es deshalb Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine neue Befestigungsschraube vorzuschlagen, mit der in
einfacher Weise ohne Verwendung von Spezialwerkzeug und mit ungeschultem
Personal hinsichtlich der aufgebrachten Kräfte tole rierbare Qualitätsschraubverbindungen
herstellbar sind, die zugleich mit einfachen Mitteln hinsichtlich
der Einhaltung der Toleranzen kontrolliert und dokumentiert werden
können.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Befestigungsschraube nach der Lehre des
Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß dem ersten
Grundgedanken der Erfindung ist zwischen dem Befestigungsteil und
dem Montageteil des Schraubenkopfs eine Sollbruchstelle vorgesehen,
wobei die Sollbruchstelle bei Überschreiten
einer Grenzlast aufbricht und den Montageteil vom Befestigungsteil
trennt. Bei der Montage der Befestigungsschraube ist es somit möglich, die
zur Montage erforderlichen Anzugsmomente an den Werkzeugeingriffsflächen des
Montageteils aufzubringen und das Anzugsmoment solange zu erhöhen, bis
die Sollbruchstelle aufbricht. Die Dimensionierung der Sollbruchstelle
kann dabei so gestaltet werden, dass zum einen die untere Toleranzschwelle hinsichtlich
des aufgebrachten Anzugsmoments in jedem Fall überschritten wird und eine
sichere Verbindung zwischen den Werkstücken hergestellt wird. Zugleich
wird durch das Aufbrechen der Sollbruchstelle zuverlässig gewährleistet,
dass die obere Toleranzschwelle nicht überschritten wird und damit
eine Beschädigung
der Werkstücke
durch die Schraubverbindung ausgeschlossen ist.
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Gemäß dem zweiten
Erfindungsgedanken ist außerdem
vorgesehen, dass am Befestigungsteil des Schraubenkopfs zusätzlich Werkzeugeingriffsflächen vorgesehen
sind. An diesen zusätzlichen
Werkzeugeingriffsflächen
können
die zur Demontage der Befestigungsschraube notwendigen Lösemomente auch
nach Abreißen
des Montageteils vom Schraubenkopf mit einem Werkzeug problemlos
aufgebracht werden. Im Ergebnis ist damit die problemlose Demontage
auch nach Abreißen
des Montageteils ohne weiteres möglich.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
der Schraubenkopf einen Farbüberzug
auf. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Signalfarbe, z. B.
gelb, handeln. Nach Abreißen
des Montageteils zeichnet sich die Bruchfläche der Sollbruchstelle sehr
deutlich gegenüber
der Farbe des Farbüberzugs,
der beispielsweise aus einer Lackschicht bestehen kann, ab, so dass
die Kontrolle und/oder Dokumentation der toleranzrichtigen Schraubverbindung
entsprechend erleichtert wird.
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Um
die Montage und die Demontage der Befestigungsschraube mit dem gleichen
einfachen Werkzeug durchführen
zu können,
ist es besonders vorteilhaft, wenn die Werkzeugeingriffsflächen am Befestigungsteil
und die Werkzeugeingriffsflächen am
Montageteil identisch, insbesondere in der Art eines Außensechskants
mit gleichem Durchmesser, ausgebildet sind.
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In
der einfachsten Ausführungsform
der Erfindung wird der Schraubenkopf mit dem Befestigungsteil und
dem Montageteil und der dazwischen vorgesehenen Sollbruchstelle
einstückig
hergestellt.
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Die
Herstellung einer Befestigungsschraube mit einem Befestigungsteil
und einem Montageteil und einer dazwischen angeordneten Sollbruchstelle erfordert
bei einstückiger
Herstellung des Werkstücks
relativ aufwendige Fertigungsverfahren. Um die Herstellungskosten
zur Herstellung der Befestigungsschraube senken zu können, ist
es deshalb besonders vorteilhaft, wenn der Schraubenkopf zweiteilig
aus einem Montagemodul und einem Befestigungsmodul zusammengesetzt
ist. Das Montagemodul weist dabei den Montageteil des Schraubenkopfs,
die Sollbruchstelle und ein erstes Kopplungselement auf, wohingegen
das Befestigungsmodul den Befestigungsteil des Schraubenkopfs und
ein zweites Kopplungselement enthält. Der Montageteil dient dabei
zur Übertragung
des Drehmoments bei der Montage der Befestigungsschraube. Die Sollbruchstelle
kann wiederum bei Überschreiten
einer entsprechenden Grenzlast aufbrechen, so dass der Montageteil
des Schraubenkopfs vom Befestigungsteil des Schraubenkopfs abgetrennt
wird. Das Befesti gungsmodul seinerseits umfasst den Befestigungsteil
des Schraubenkopfs und ein zweites Kopplungselement. Die beiden
Kopplungselemente können
dabei kraft- und/oder stoff- und/oder formschlüssig miteinander verbunden
werden, um auf diese Weise das Montagemodul mit dem Befestigungsmodul
zu verbinden und die am Montagemodul aufgebrachten Anzugsmomente
auf das Befestigungsmodul zu übertragen.
Mit anderen Worten bedeutet dies, dass der Schraubenkopf aufgrund
seiner zweiteiligen Zusammensetzung aus Montagemodul und Befestigungsmodul
in zwei voneinander getrennten Herstellungspfaden hergestellt werden
kann. Dadurch ist es insbesondere möglich, dass Standardbauteile
bei der Herstellung der Befestigungsschraube zumindest teilweise
eingesetzt werden. Durch Kombination entsprechend darauf abgestimmter
und funktionsspezifischer Bauteile unter Einbeziehung der Standardbauteile
kann dann die erfindungsgemäße Befestigungsschraube
kostengünstig
hergestellt werden.
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Um
eine Korrosion der Befestigungsschraube zu verhindern, ist es besonders
vorteilhaft, wenn Befestigungsmodul und Montagemodul aus Edelstahl
hergestellt sind.
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Ob
und welche Art von Standardbauteilen zur Realisierung der erfindungsgemäßen Befestigungsschraube
eingesetzt werden, ist grundsätzlich beliebig.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist
das Montagemodul aus einem Drahtabschnitt mit einem prismatischen,
insbesondere sechseckigen, Querschnitt hergestellt. Dieser prismatische
Drahtabschnitt weist dabei einen ersten Teil, der als Werkzeugeingriffsfläche dient,
und einen zweiten Teil, der als Kopplungselement dient, auf. Die
Sollbruchstelle ist zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil des
prismatischen Drahtabschnitts angeordnet. Wird ein derartiger prismatischer
Drahtabschnitt zu einer konventionellen Befestigungsschraube kombiniert, an
deren Schraubenkopf ein Innensechskant mit entsprechendem Durchmesser
vorhanden ist, so entsteht in der Kombination eine erfindungsgemäße Befestigungsschraube
mit sehr einfachem Aufbau und entsprechend niedrigen Herstellungskosten.
Bei dem prismatischen Drahtabschnitt kann es sich wiederum um ein
preisgünstiges
Halbfertigzeug handeln, das durch Ablängen in der entsprechenden
Länge einfach
als Montagemodul Verwendung finden kann.
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Die
Sollbruchstelle an dem Drahtabschnitt wird bevorzugt durch spanende
Bearbeitung hergestellt, um die Verwendung von Halbfertigzeugen
zu ermöglichen.
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Um
Fehlmontagen des Montagemoduls am Befestigungsmodul der Befestigungsschraube
in einfacher Weise auszuschließen,
ist es besonders vorteilhaft, wenn der erste Teil und der zweite
Teil des prismatischen Drahtabschnitts spiegelsymmetrisch zur Mittelebene
der Sollbruchstelle ausgebildet sind. Auf diese Weise können der
erste Teile bzw. der zweite Teil jeweils funktionskomplementär als Werkzeugeingriffsfläche bzw.
als Kopplungselement dienen.
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In
welcher Weise das Montagemodul und das Befestigungsmodul miteinander
verbunden werden, ist grundsätzlich
beliebig. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das erste Kopplungselement
des Montagemoduls formschlüssig
in das zweite Kopplungselement des Befestigungsmoduls eingesteckt
werden kann, um aufgrund dieses Formschlusses große Drehmomente übertragen
zu können.
Um eine ungewollte Trennung des Montagemoduls vom Befestigungsmodul
vor der eigentlichen Montage zu verhindern, sollte eine Klebeverbindung
zwischen Werkzeugeingriffsmodul und Befestigungsmodul vorgesehen
sein. Nach dem Aufbrechen der Sollbruchstelle während der Montage werden die
Werkzeugeingriffsflächen
des Montagemoduls abgetrennt und nur das mit der Klebeverbindung
gesicherte erste Kopplungselement verbleibt im zweiten Kopplungselement
des Befestigungsmoduls. Die beschriebene Befestigungslösung kann
beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der zweite Teil des
sechseckigen Drahtabschnitts formschlüssig in den sechseckigen Innenquerschnitt
des Schraubenkopfs eingesteckt und mit einer Klebeverbindung, Schweißverbindung oder
Lötverbindung
gesichert wird.
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Die
Sollbruchstelle sollte nach dem Einstecken in das zweite Kopplungselement
auf der Höhe der
Oberseite des Befestigungsmoduls verlaufen. Reißt die Sollbruchstelle dann
bei den Montagearbeiten ab, so bilden die Oberseite des Befestigungsmoduls
und die Oberseite der Sollbruchstelle eine im Wesentlichen durchgehende
Fläche,
so dass Verletzungen durch überstehende
Kanten weitgehend ausgeschlossen sind.
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Verschiedene
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Befestigungsschraube
sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden nachfolgend
beispielhaft erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
einer Befestigungsschraube in perspektivischer Ansicht;
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2 die
Befestigungsschraube gemäß 1 in
seitlicher Ansicht;
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3 eine
zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Befestigungsschraube
in seitlicher Ansicht;
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4 die
Befestigungsschraube gemäß 3 ohne
das am Schraubenkopf anzubringende Montagemodul in seitlicher Ansicht;
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5 das
Montagemodul der Befestigungsschraube gemäß 3 in Ansicht
von oben;
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6 das
Montagemodul gemäß 3 im Querschnitt.
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform 01 einer
erfindungsgemäßen Befestigungsschraube
mit einem Schraubenkopf 02 und einem Schraubenschaft 03.
Die Befestigungsschraube 01 ist aus korrosionsfestem Edelstahl
hergestellt.
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Wie
aus 2 vergrößert erkennbar,
ist am Außenumfang
des Schraubenschafts 03 ein Befestigungsgewinde 04 zum
Einschrauben der Befes tigungsschraube 01 in ein Gegengewinde
vorgesehen. Der Schraubenkopf 02 besteht aus einem Befestigungsteil 05 und
einem Montageteil 06, wobei zwischen Befestigungsteil 05 und
Montageteil 06 eine Sollbruchstelle 07 vorgesehen
ist.
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Sowohl
das Befestigungsteil 05 als auch das Montageteil 06 sind
jeweils mit Werkzeugeingriffsflächen 08 und 09,
nämlich
mit identisch ausgebildeten Außensechskantflächen, ausgestattet.
Bei der Montage der Befestigungsschraube 01 wird das verwendete
Montagewerkzeug an der Werkzeugeingriffsfläche 09 des Montageteils 06 zum
Eingriff gebracht und das Anzugsmoment solange erhöht, bis
die Sollbruchstelle 07 aufbricht. Damit ist eine Qualitätsschraubverbindung
unter Einhaltung der oberen und unteren Toleranzschwelle hinsichtlich
der aufzubringenden Befestigungskraft hergestellt. Soll die Befestigungsschraube 01 später demontiert
werden, kann das entsprechende Werkzeug an der Werkzeugeingriffsfläche 08 des
Befestigungsteils 05 zum Eingriff gebracht werden. Der
Montageteil 06, der Befestigungsteil 05 und der
Schraubenschaft 03 sind einstückig aus einem Stück Metall
hergestellt.
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3 zeigt
eine zweite Ausführungsform 10 einer
erfindungsgemäßen Befestigungsschraube,
die wiederum einen Schraubenkopf 11 und einen Schraubenschaft 12 umfasst.
Der Schraubenkopf 11 ist dabei zweiteilig aus einem Montagemodul 13 und einem
Befestigungsmodul 14 zusammengesetzt. Das Befestigungsmodul 14 ist
dabei einstückig
mit dem Schraubenschaft 12 verbunden. Die Kombination aus
Schraubenschaft 12 und Befestigungsmodul 14 kann
von einer Standardbefestigungsschraube mit an der Oberseite angeordnetem
Innensechskant gebildet werden.
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4 zeigt
die Befestigungsschraube 10 nach Entfernen des Montagemoduls 13.
Man erkennt, dass es sich bei der Kombination des Schraubenschafts 12 und
des Befestigungsmoduls 14 um eine Standardbefestigungsschraube
handelt, in die das Montagemodul 13 von oben eingesteckt
wird. Das Befestigungsmodul 14 zeichnet sich dabei jedoch
dadurch aus, dass der Innensechskant als Kopplungselement 15 dient,
in den das Montagemodul 13 von oben eingesteckt werden
kann. Am Außenumfang
des Befestigungsmoduls 14 ist wiederum eine als Außensechskant
ausgebildete Werkzeugeingriffsfläche 16 vorgesehen,
um ein Werkzeug bei der Demontage der Befestigungsschraube am Befestigungsmodul 14 in
Eingriff bringen zu können.
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5 und 6 zeigen
das Montagemodul 13 in Ansicht von oben bzw. im Querschnitt.
Das Montagemodul 13 wird aus einem prismatischen Drahtmaterial
mit sechseckigem Außenquerschnitt durch
Ablängen
von Drahtabschnitten und spanender Anbringung einer Sollbruchstelle 17 in
einer Mittelebene 18, die zugleich eine Symmetrieebene
des Montagemoduls 13 bildet, hergestellt. Da das Montagemodul 13 eine
sehr einfache Geometrie aufweist, kann es kostengünstig aus
einfachen Halbzeugen hergestellt werden.
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Aufgrund
der symmetrischen Ausbildung des Montagemoduls 13 kann
sowohl der obere Teil 19 als auch der untere Teil 20 des
Werkzeugeingriffsmoduls 13 als Werkzeugeingriffsfläche zur Übertragung
der Drehmomente durch ein Werkzeug eingesetzt werden. Gegengleich
können
auch beide Teile 19 und 20 jeweils als Kopplungselement 21 zur
Kraftübertragung
vom Montagemodul 13 auf das Befestigungsmodul 14 durch
formschlüssiges
Einstecken in das Kopplungselement 15 dienen. Dies bedeutet
mit anderen Worten, dass das Montagemodul 13 in beiden Richtungen
entlang seiner Längsachse
von oben in das Kopplungselement 15 des Befestigungsmoduls 14 eingesteckt
werden kann, um die erfindungsgemäße Befestigungsschraube 10 zu
bilden. Der obere Teil 19 des Montagemoduls 13 dient
zugleich als Werkzeugeingriffsfläche 22.
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- 01
- Befestigungsschraube
- 02
- Schraubenkopf
- 03
- Schraubenschaft
- 04
- Befestigungsgewinde
- 05
- Befestigungsteil
- 06
- Montageteil
- 07
- Sollbruchstelle
- 08
- Werkzeugeingriffsfläche
- 09
- Werkzeugeingriffsfläche
- 10
- Befestigungsschraube
- 11
- Schraubenkopf
- 12
- Schraubenschaft
- 13
- Montagemodul
- 14
- Befestigungsmodul
- 15
- Kopplungselement
- 16
- Werkzeugeingriffsfläche
- 17
- Sollbruchstelle
- 18
- Mittelebene
- 19
- Oberer
Teil
- 20
- Unterer
Teil
- 21
- Kopplungselement
- 22
- Werkzeugeingriffsfläche