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Die vorliegende Erfindung betrifft eine gewindefurchende Schraube, insbesondere für den Einsatz in Leichtmetallwerkstoffen, anderen Nichteisenmetallen wie Zink, Kupfer und Messing, oder technischen Kunststoffen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren für solche gewindefurchende Schrauben.
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Gewindefurchende Schrauben ermöglichen im Vergleich zu herkömmlichen Schrauben erhebliche Kosteneinsparungen. Insbesondere, da zum Beispiel das Vorbohren von Löchern, das Schneiden von Gewinden und die Reinigung entfallen, können bis zu 40% der Bearbeitungskosten eingespart werden. Zudem ist eine durch gewindefurchende Schrauben hergestellte Gewindegeometrie unempfindlicher gegenüber Gussfehlern in einem Bauteil, in das eine Schraube eingeschraubt werden soll. Außerdem können höhere Belastbarkeiten mit gewindefurchenden Schrauben erreicht werden.
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Aus der
EP 0589398 B1 ist zum Beispiel eine selbstfurchende Schraube insbesondere für Duroplaste und Druckgussmaterialen bekannt, die eine sehr hohe Belastbarkeit nach dem Einschrauben aufweist. Die Schraube weist Gewindegänge mit asymmetrischen Gewindeflanken auf, wobei der Flankenwinkel der Gewindeflanken immer kleiner als 48° ist. Zwischen den Gewindegängen sind die Kernabschnitte der selbstfurchenden Schraube derart gestaltet, dass sie sich von der Fußlinie einer Gewindeflanke bis zur Fußlinie einer anderen Gewindeflanke in Richtung des Schraubenkopfes verjüngen. Durch die sich verjüngenden Kernabschnitte sammelt sich beim Einschrauben der Schraube verdrängte Materialspäne in dem Bereich des kleinsten Durchmessers der Kernabschnitte an, wodurch die effektive Tragtiefe und damit auch die effektive Belastbarkeit erhöht werden kann.
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Durch die asymmetrischen Gewindeflanken wird zudem eine hohe axiale und eine geringe radiale Kraftkomponente sowie eine geringe Reibung an den Gewindeflanken erzielt. Dies erleichtert das Einschrauben der Schraube in das Material.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, den oben beschriebenen Stand der Technik vorteilhaft weiterzuentwickeln. Insbesondere soll eine gewindefurchende Schraube hergestellt werden, die noch höhere Festigkeitswerte erreicht und ein noch leichteres Einschrauben ermöglicht. Zudem soll die Schraube kleiner gestaltet werden und dadurch kostengünstiger hergestellt werden können. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, eine flexibler einsetzbare und leichter ersetzbare gewindefurchende Schraube zu entwickeln.
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Diese Aufgabe wird durch eine gewindefurchende Schraube für Leichtmetalle gelöst, die mehrere Gewindegänge aufweist, mit einer einem Schraubenkopf zugewandten Gewindeflanke und einer dem Schraubenkopf abgewandten Gewindeflanke, wobei zwischen den Gewindegängen jeweils konische Kernabschnitte angeordnet sind, die sich über ihre Gesamtlänge in Richtung Schraubenkopf verjüngen, wobei die Gewindeflanken einen Flankenwinkel im Bereich von etwa 27° bis 36°, vorzugsweise etwa 33° einschließen, und wobei die Schraube ein metrisches Gewinde aufweist.
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Durch das metrische Gewinde der gewindefurchenden Schraube wird im Vergleich zum Stand der Technik die Steigung verringert. Als Steigung wird der parallel zur Achse gemessene Abstand zweier benachbarter Gewindeflanken bezeichnet, und der Wert der Steigung gibt zudem an, um welche Distanz sich die gewindefurchende Schraube mit einer ganzen Umdrehung in das Material hinein bewegt. Verglichen mit dem oben beschriebenen Stand der Technik verringert sich zum Beispiel für eine M4-Schraube, das heißt eine Schraube mit einem Gewinde-Außendurchmesser von 4 mm, die Steigung von etwa 1,05 mm auf 0,7 mm. Durch die verringerte Steigung des metrischen Gewindes wird die Gewindeüberdeckung größer. Die Gewindeüberdeckung gibt an, wie viele Gewindegänge auf einer gewissen Schraubenlänge auftreten. So weist zum Beispiel eine 10 mm lange Schraube bei einer Steigung von 1 mm 10 Gewindegänge auf, während sie bei einer Steigung von 0,5 mm 20 Gewindegänge aufweist. Dadurch erhält die Schraube die doppelte Tragkraft. Die höhere Gewindeüberdeckung, die mit dem metrischen Gewinde der gewindefurchenden Schraube einhergeht, bedingt also eine erhöhte Festigkeit, das heißt auch eine höhere Belastbarkeit, der Schraube im Material.
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Des Weiteren kann die Schraube bei gleicher Belastbarkeit aufgrund der höheren Gewindeüberdeckung kleiner als eine Schraube gemäß dem Stand der Technik hergestellt werden. Dadurch werden deren Herstellungskosten reduziert. Außerdem folgen daraus niedrigere notwendige Bauhöhen an Bauteilen, in welche die Schraube eingeschraubt werden soll, was zu weiteren Kosteneinsparungen führt.
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Durch die konischen Kernabschnitte wird, wie oben beschrieben, eine erhöhte Festigkeit gegenüber herkömmlichen gewindefurchenden Schrauben erzielt. Durch den optimierten Flankenwinkel werden geringere Einschraubmomente und Einschraubkräfte im Vergleich mit gewindefurchenden Schrauben ohne konische Kernabschnitte benötigt.
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Im Vergleich zu herkömmlichen metrischen Schrauben wiederum werden durch die gewindefurchenden Eigenschaften die Prozesskosten, wie oben beschrieben, um mehr als 40% gesenkt, das Anbringen der Schrauben ist unproblematisch gegenüber Gussfehlern, und die Schrauben sind belastbarer im Material. Das metrische Gewinde der Schraube gemäß der vorliegenden Erfindung ist außerdem vorteilhaft, da bei Verlust oder Beschädigung der Schraube jederzeit eine metrische Standardschraube als Ersatz verwendet werden kann. Metrische Standardschrauben sind einfach erhältlich und kostengünstig. Durch die metrische Kompatibilität kann die gewindefurchende Schraube auch vielfältiger eingesetzt werden, da vielerorts Normschrauben verwendet werden müssen.
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Vorteilhafterweise schließt die dem Schraubenkopf zugewandte Gewindeflanke mit einer Achse senkrecht zur Schraubenlängsachse einen Winkel im Bereich von etwa 27° ein und die dem Schraubenkopf abgewandte Gewindeflanke mit einer Achse senkrecht zur Schraubenlängsachse einen Winkel im Bereich von etwa 6° ein.
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Durch die asymmetrische Aufteilung der Gewindeflanke wird eine optimale Flankengeometrie erreich, die eine verbesserte Materialverdrängung während des Einschraubens gewährleistet. Daher sind niedrigere Einschraubmomente nötig, während aber hohe Überdrehmomente erzielt werden. Durch die vergrößerte Gewindereibungskraft werden zudem große Anzieh- und Lösemomente der Schraube erreicht. Vorteilhafterweise liegt der Neigungswinkel der konischen Kernabschnitte bezüglich der Schraubenlängsachse im Bereich von etwa 5° bis 15° und ist vorzugsweise etwa 8°.
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Durch diese Kerngeometrie wird eine optimale Materialaufnahme während des Einschraubens ermöglicht, wodurch die notwendigen Einschraubmomente weiter verringert werden. Durch den konischen Kern wird außerdem eine verbesserte Überdrehsicherung erzielt. Zudem besteht durch die Kerngeometrie keine Verklemmungsgefahr der Schraube. Beim Eindrehen der Schraube fließt verdrängtes Material immer in Richtung des kleinsten Durchmessers des konischen Kernabschnitts, um sich in diesem Bereich anzusammeln. Dadurch wird Material vom Bereich der die Vorspannung der Schraube aufnehmenden Gewindeflanken fern gehalten, so dass die für die Vorspannungskräfte maßgebende Tragtiefe nicht reduziert wird. Deshalb kann die Schraube sowie ihr Schraubenkopf am Material anliegt, durch weitere Drehung vorgespannt werden. Durch das Fließen der verdrängten Materialspäne in lediglich eine Richtung während des Einschraubens sind geringe Einschraubmomente erforderlich.
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Vorteilhafterweise liegt ein Verhältnis zwischen dem Gewinde-Außendurchmesser und dem kleinsten Kerndurchmesser der gewindefurchenden Schraube zwischen 1,1 bis 1,5 und ist vorzugsweise etwas 1,3.
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Dadurch wird die optimale Tragtiefe für beide Gewindeflanken jedes Gewindegangs erreicht.
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Vorteilhafterweise weist die gewindefurchende Schraube auf beiden Seiten eines jeden Gewindegangs je einen abgerundeten Übergang zu einem entsprechenden konischen Kernabschnitt auf, wobei jeder Übergang einen Krümmungsradius aufweist, der zum Gewinde-Außendurchmesser der Schraube ein Verhältnis in einem Bereich von etwa 26 bis 32, vorzugsweise 29 aufweist.
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Der genannte Krümmungsradius stellt den optimalen Wert dar, um eine Schraube gemäß der vorliegenden Erfindung mit konischen Kernabschnitten, insbesondere Kernabschnitten, die sich mit einem Neigungswinkel im Bereich von etwa 5° bis 15° zum Schraubenkopf hin verjüngen, herzustellen. Ein größerer Krümmungsradius würde die Gesamtlänge des sich verjüngenden konischen Kernabschnitts zu klein werden lassen, während ein kleinerer Krümmungsradius schwieriger herzustellen wäre. Die gewindefurchende Schraube kann somit günstig hergestellt werden, während aber keine nennenswerten Abstriche von den Vorteilen des sich verjüngenden konischen Kernabschnitts gemacht werden müssen.
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Vorteilhafterweise weist die dem Schraubenkopf abgewandte Gewindeflanke einen Krümmungsradius auf, der zum Gewinde-Außendurchmesser der Schraube ein Verhältnis in einem Bereich von etwa 2 bis 3, vorzugsweise 2,7 aufweist.
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Ein solcher Radius begünstigt die Herstellung der gewindefurchenden Schraube, insbesondere falls die Schraube die oben genannten Übergänge mit Krümmungsradius aufweist, und kann dadurch einfacher und billiger hergestellt werden.
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Vorteilhafterweise weist eine Zahnbreite der Gewindegänge zum Gewinde-Außendurchmesser ein Verhältnis von etwa 45 bis 55, vorzugsweise 50 auf.
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Die Ausgestaltung der Zahnbreite der Gewindegänge ist wichtig, um beim Einschrauben der Schraube einen besseren Materialfluss zu erzielen. Die Schraube kann mit weniger Kraft in das Material eingeschraubt werden. Eine dünnere Zahnbreite würde allerdings ein Ausbrechen der Gewindegänge nach sich ziehen, während eine dickere Zahnbreite höhere Einschraubmomente mit sich bringen würde.
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Vorteilhafterweise weist wenigstens der dem Schraubenkopf entfernteste Gewindegang wenigstens eine Furchfläche auf, wobei eine Furchfläche eine Abflachung eines Gewindegangs ist.
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Die Furchfläche erleichtert das anfängliche Einfurchen in das Material, in das die Schraube eingeschraubt werden soll. Dadurch muss die Schraube zum Beispiel nicht trilobolar gestaltet werden, sondern kann mit einem runden Kernquerschnitt versehen werden, was die Herstellung der Schraube kostengünstiger macht.
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Insgesamt ermöglichen die oben genannten Ausführungsformen der gewindefurchenden Schraube eine Verbesserung im Vergleich zum Stand der Technik. Die Schraube kann kleiner und daher günstiger hergestellt werden. Des Weiteren wird eine höhere Festigkeit der Schraube im Material erzielt. Die Festigkeit erreicht dabei Festigkeitswerte, die vergleichbar mit einer metrischen 10.9-Verschraubung sind.
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Die obige Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Herstellen gewindefurchender Schrauben für Leichtmetalle gelöst, das die folgenden Schritte aufweist. Bilden eines Gewindes und eines Schraubenkopfes, wobei beim Schritt des Bildens des Gewindes mehrere Gewindegänge ausgebildet werden, die je eine dem Schraubenkopf zugewandte Gewindeflanke und eine dem Schraubenkopf abgewandte Gewindeflanke aufweisen, konische Kernabschnitte zwischen je zwei Gewindegängen ausgebildet werden, die sich über ihre Gesamtlänge in Richtung des Schraubenkopfes verjüngen, die Gewindeflanken so gebildet werden, dass sie einen Flankenwinkel von etwa 27° bis etwa 36°, vorzugsweise etwa 33° einschließen, und das Gewinde als ein metrisches Gewinde gebildet wird.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenende anhand der beigefügten Figuren im Detail erläutert.
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1 zeigt die Struktur des Gewindes der gewindefurchenden Schraube gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt eine gewindefurchende Schraube gemäß der vorliegenden Erfindung in Seitenansicht.
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3a und 3b zeigen eine gewindefurchende Schraube gemäß der vorliegenden Erfindung in Seitenansicht und eine Querschnittansicht der gewindefurchenden Schraube.
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In der 2 ist die gewindefurchende Schraube 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Schraube 1 ist insbesondere für Leichtmetalle und andere Nichteisenmetalle, wie Zink, Kupfer und Messing, aber auch für technische Kunststoffe, Duroplaste, Druckgussmaterialien oder Materialien mit ähnlichen Eigenschaften vorgesehen. Die gewindefurchende Schraube 1 umfasst einen Schraubenkopf 1a, der mit einem Kreuzschlitz- oder einer anderen beliebigen Antriebsform auf seiner Oberseite versehen ist. Ferner umfasst die gewindefurchende Schraube ein Gewinde 1b. Das Gewinde 1b besteht aus mehreren Gewindegängen 2 und Kernabschnitten 3, die zwischen den Gewindegängen 2 angeordnet sind. Die Schraube 1 weist im Wesentlichen einen zylindrischen Schraubenschaft oder Kern 3 auf. Die Gewindegänge 2 bilden ein eingängiges Spitzgewinde. Die Schraube 1 besitzt eine Symmetrieachse, die als die Schraubenlängsachse y in 2 angedeutet ist.
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In 1 ist das Gewinde 1b der Schraube 1 im Detail abgebildet. Jeder Gewindegang 2 besteht aus einer dem Schraubenkopf zugewandten Gewindeflanke 2a und einer dem Schraubenkopf abgewandten Gewindeflanke 2b. Die beiden Gewindeflanken 2a und 2b schließen dabei einen Winkel θ ein. Der Winkel θ liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 27° bis 36°, bevorzugt zwischen 32° und 34° und am besten bei etwa 33°. Die dem Schraubenkopf 1a abgewandte Gewindeflanke 2b schließt dabei mit der senkrechten x auf die Schraubenlängsachse y einen Winkel θ2 von etwa 6° ein. Die dem Schraubenkopf 1a zugewandte Gewindeflanke 2 schließt mit der senkrechten x in etwa einen Winkel θ1 von 27° ein. Die Gewindeflanke 2b geht dabei langsam in einen Übergang 3a über, der eine Rundung mit einem Krümmungsradius Ri aufweist, auf dem im Detail weiter unten eingegangen wird. Die asymmetrische Gestaltung der Gewindegänge 2 bedingt beim Eindrehen der Schraube 1 in das Material hohe axiale und geringe radiale Kraftkomponenten, sowie eine geringe Reibung. Dadurch sind die notwendigen Eindrehmomente gering, was das Eindrehen der Schraube 1 erleichtert. Zudem wird durch die asymmetrische Gestaltung, wie oben beschrieben, eine hohe Anzugsfestigkeit der komplett eingeschraubten Schraube 1 begünstigt.
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Die Gewindegänge 2 laufen bei der gewindefurchenden Schraube 1 nicht im spitzen Winkel zusammen, sondern bilden dazwischen eine Zahnbreite s aus, die parallel zur Schraubenlängsachse y verläuft, jedoch auch in einem beliebigen Winkel dazu verlaufen kann. Die Dicke der Zahnbreite s ist je nach Steigung P unterschiedlich, und wird unten näher erläutert werden. An den Enden der Gewindegänge 2 wird ein Gewinde-Außendurchmesser A definiert.
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Zwischen jeweils zwei Gewindegängen 2 befinden sich Kernabschnitte 3. An den Gewindeflanken 2a oder 2b sind abgerundete Übergänge 3a zu den dazwischen liegenden Kernabschnitten 3, die eine Länge k aufweisen, vorhanden. Über ihre Gesamtlänge k verlaufen die Kernabschnitte 3 geneigt zur Schraubenlängsachse y, so dass sie sich zum Schraubenkopf 1a hin verjüngen. Die Kernabschnitte 3 sind bevorzugt konisch ausgebildet und verjüngen sich in Richtung des Schraubenkopfes 1a. Die Verjüngung kann jedoch auch einen bogenförmigen Verlauf nehmen. Die konischen Kernabschnitte 3 verjüngen sich mit einem Neigungswinkel Φ bezüglich der Schraubenlängsachse y. Der Neigungswinkel Φ liegt dabei bevorzugt in einem Bereich von etwa 5° bis 15°, vorzugsweise ist er etwa 8°. An den dünnsten Stellen der Kernabschnitte 3 wird der Kerndurchmesser K definiert.
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Durch die sich verjüngenden Kernabschnitte 3 sammelt sich verdrängtes Material, das beim Eindrehen der Schraube 1 losgelöst wird, in den Bereichen des geringsten Kerndurchmessers K an. Dadurch wird verdrängte Materialspäne von der Gewindeflanke 2a, welche die Vorspannung der Schraube 1 aufnimmt, ferngehalten. Die effektive Tragtiefe der Gewindeflanke 2a ist somit gleich der maximal erreichbaren Tragtiefe, wodurch die bestmögliche Belastbarkeit der eingedrehten Schraube 1 erreicht wird. Dadurch, dass das Material beim Eindrehen innerhalb der Kernabschnitte 3 lediglich in die Richtung des kleinsten Durchmessers, wo der Kerndurchmesser K definiert ist, fließt, sind verringerte Einschraubmomente der Schraube 1 beim Eindrehen notwendig. Durch die konischen, sich verjüngenden Kernabschnitte 3 wird auch eine verbesserte Überdrehsicherung der Schraube 1 gewährleistet.
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Die Gewindeflanke 2b, die dem Schraubenkopf 1a abgewandt ist, geht von ihrer Neigung zur Senkrechten x auf die Schraubenlängsachse y in einen gerundeten Übergang 3a über. Dabei weist auch schon die Gewindeflanke 2b selbst einen Krümmungsradius R auf. Der Krümmungsradius R der Gewindeflanke 2b geht dann in den Krümmungsradius Ri des Übergangs 3a zwischen dem konischen Kernabschnitt 3 und der dem Schraubenkopf 1a abgewandten Gewindeflanke 2b über. Zwischen dem Kernabschnitt 3 und der dem Schraubenkopf 1a zugewandten Gewindeflanke 2a befindet sich ebenfalls ein Übergang 3a mit einem äquivalenten Krümmungsradius Ri.
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Im Gegensatz zu der oben beschriebenen Gewindeflanke 2b ist die dem Schraubenkopf 1a zugewandte Gewindeflanke 2a nicht gekrümmt, ist aber nicht darauf beschränkt.
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Für die Herstellung der Kernabschnitte 3 und der Gewindegänge 2, ist es vorteilhaft, dass das Verhältnis des Gewinde-Außendurchmessers A zu den Krümmungsradien der Übergänge 3a vorzugsweise zwischen 26 bis 32 liegt, noch mehr bevorzugt 29 ist. Dies ermöglicht optimale Übergänge 3a zwischen Kernabschnitten 3 und Gewindeflanken 2a bzw. 2b. Der Übergang ist nicht so schwierig herzustellen, wie es ein exakter, nicht gerundeter Übergang wäre. Dadurch kann das Herstellungsverfahren einfach ausgeführt werden und kostengünstiger sein. Andererseits würde ein zu großer Krümmungsradius Ri den Vorteilen der sich verjüngenden konischen Kernabschnitte 3 entgegenwirken. Daher wurde der Wert des Krümmungsradius Ri bewusst so gewählt, dass keine Verminderung der Vorteile, das heißt des Materialflusses während des Einschraubens, der konischen Kernabschnitte 3 stattfindet, während gleichzeitig das Herstellungsverfahren einfach durchgeführt werden kann. Diesbezüglich ist es auch vorteilhaft den Krümmungsradius R der dem Schraubenkopf 1a abgewandten Gewindeflanke 2b zu optimieren. Dabei wurde festgestellt, dass optimaler Weise ein Verhältnis zum Gewinde-Außendurchmesser A der Schraube 1 und dem Krümmungsradius R der Gewindeflanke 2b in einem Bereich von etwa 2 bis 3 liegt, dabei vorzugsweise 2,7 ist.
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Der Gewinde-Außendurchmesser A der Schraube 1 steht zum Kerndurchmesser K in einem bevorzugten Verhältnis von 1,1 bis 1,5, dabei besonders bevorzugt in einem Verhältnis von etwa 1,3. Dadurch wird eine hohe effektive Belastbarkeit der eingeschraubten Schraube 1 erzielt. Gleichzeitig werden geringe Reibungskräfte beim Einschrauben der Schraube und dadurch geringe Einschraubmomente und Einschraubkräfte der Schraube 1 benötigt. Auf die Kraft, die beim Einschrauben der Schraube 1 notwendig ist, wirkt sich auch die Zahnbreite s der Gewindegänge 2 aus. Um geringe Einschraubmomente zu ermöglichen, sollte die Zahnbreite s so dünn wie möglich gestaltet werden. Um aber gleichzeitig ein Ausbrechen der Gewindegänge 2 während des Einschraubens oder bei späterer Belastung der Schraube 1 zu verhindern, muss die Zahnbreite s tendenziell dicker gemacht werden. Ein optimaler Kompromiss wird bei einer Zahnbreite s erreicht, die so gewählt wird, dass der Gewinde-Außendurchmesser A im Verhältnis zu der Zahnbreite s in einem Bereich von etwa 45 bis 55 liegt, dabei vorzugsweise 50 ist.
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Der Gewinde-Außendurchmesser A der Schraube 1 ist erfindungsgemäß zwischen 2 mm und 8 mm vorgesehen. Die Steigung P der Schraube 1, das heißt der Abstand zwischen zwei Gewindegängen 2, wird dabei erfindungsgemäß so gewählt, dass er einer Metrik entspricht, wobei das Gewinde 1b der Schraube 1 zum Beispiel ein metrisches ISO-Gewinde ist, bei dem jedem Gewinde-Außendurchmesser A eine Steigung P standardmäßig zugeordnet ist. Je nach Bedarf können aber auch andere Metriken, das heißt Schraubenstandards, wie sie zum Beispiel in anderen Ländern üblich sind, verwendet werden. Dürch das metrische Gewinde 1b wird ermöglicht, dass die Schraube 1 jederzeit bei Verlust oder Beschädigung durch eine metrische Standardschraube ausgetauscht werden kann. Dies ist vorteilhaft, da metrische Standardschranben kostengünstig und einfach erhältlich sind. Eine metrische Kompatibilität ist oftmals bevorzugt, um flexibel in verschiedenen Arbeitsbereichen einsetzbar zu sein.
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Durch die metrische Gestaltung des Gewindes 1b, wird im Vergleich zum Stand der Technik die Steigung P effektiv verringert. Für eine Schraube 1 mit einem Durchmesser von 4 mm wird in etwa die Steigung P von ungefähr 1,05 mm auf 0,7 mm reduziert. Durch die reduzierte Steigung P ist eine größere Festigkeit der Schraube erreichbar. Die Festigkeit der gewindefurchenden Schraube 1 gemäß der vorliegenden Erfindung kann dabei der Festigkeit einer metrischen 10.9-Verschraubung entsprechen. Die Verringerung der Steigung P zieht auch eine höhere Gewindeüberdeckung nach sich. Für eine Schraube 1 mit gleicher Festigkeit wie eine Schraube gemäß dem Stand der Technik, kann die Schraubenlänge deshalb effektiv verringert werden, wodurch die Schraube 1 kleiner und kostengünstiger hergestellt werden kann.
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Auch das Bauteil, in welches die Schraube 1 eingeschraubt wird, kann kostengünstiger gestaltet werden, da niedrigere Bauhöhen nötig sind, um die Schraube 1 aufzunehmen. Durch das metrische Gewinde 1b fällt für Schrauben 1 mit einem Gewinde-Außendurchmessers A von 2 mm bis 8 mm das Verhältnis zwischen Gewinde-Außendurchmesser A und der Steigung P in einen Bereich von etwa 5 bis 7.
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In der folgenden Tabelle sind für verschiedene Gewinde-Außendurchmesser A die gemäß der oben aufgeführten Ausführungsformen der Schraube
1 resultierenden bevorzugten Größen für den Kerndurchmesser K, die Steigung P, den Krümmungsradius Ri der Übergänge
3a, den Krümmungsradius R der dem Schraubenkopf
1a abgewandten Gewindeflanken
2b und der Zahnbreite s angegeben. Dabei sind alle Angaben in den Einheiten Millimeter zu verstehen.
| A | K | P | Ri | R | s |
| 2 | 1,57 | 0,4 | 0,07 | 0,75 | 0,04 |
| 2,5 | 1,95 | 0,45 | 0,09 | 0,93 | 0,05 |
| 3 | 2,33 | 0,5 | 0,1 | 1,11 | 0,06 |
| 3,5 | 2,71 | 0,6 | 0,12 | 1,29 | 0,07 |
| 4 | 3,10 | 0,7 | 0,14 | 1,48 | 0,08 |
| 5 | 3,86 | 0,8 | 0,17 | 1,84 | 0,10 |
| 6 | 4,62 | 1 | 0,21 | 2,21 | 0,12 |
| 7 | 5,38 | 1 | 0,24 | 2,57 | 0,14 |
| 8 | 6,15 | 1,25 | 0,28 | 2,93 | 0,16 |
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In 3a ist eine erfindungsgemäße Schraube 1 inklusive Schraubenkopf 1a und Schraubengewinde 1b abgebildet. Der Gewinde-Außendurchmesser A, der Kerndurchmesser K und die Steigung P sind eingezeichnet. Die gewindefurchende Schraube 1 weist dabei im Bereich des Schraubengewindes 1b wenigstens auf dem dem Schraubenkopf 1a entferntesten Gewindegang 2 wenigstens eine Furchfläche 4 auf. Die Furchfläche 4 ist eine Abflachung des Gewindegangs 2. In der 3 sind jeweils an den untersten drei Gewindegängen 2 Furchflächen 4 angedeutet. Die Furchflächen 4 können dabei in Richtung des Schraubenkopfes 1a, wie eingezeichnet, breiter werden. Durch die Furchflächen 4 wird das Einfurchen der Schraube 1 in zum Beispiel das Leichtmetallmaterial erleichtert. Deshalb kann auf einen trilobular gestalteten Durchmesser K bzw. A der Schraube 1 verzichtet werden. Dies macht die Schraube 1 kostengünstiger in der Herstellung. Die Schraube 1 ist, wie in 3b unten im Querschnittbild zu sehen, rund gestaltet. Das heißt die Gewinde-Außendurchmesser A sind im Wesentlichen zylindrisch und auch die Bereiche des geringsten Kerndurchmessers, dort wo der Kerndurchmesser K definiert wird, sind im Wesentlichen zylindrisch.
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Innerhalb der Kernabschnitte 3 ist der oben beschriebene konische Verlauf vorhanden. In 3b ist auch die Antriebsform der Schraube 1 angedeutet, hier als Innensechsrund dargestellt. Es kann allerdings jede beliebige andere Antriebsform, wie zum Beispiel ein Kreuzschlitz, verwendet werden. Der Schraubenkopf 1a kann, da die vorliegende Erfindung in erster Linie auf dem Gewinde 1b beruht, beliebig gestaltet werden. Er kann zum Beispiel als ein Senkkopf, ein Rundkopf, ein Linsenkopf, ein Zylinderkopf oder ein Sechskantkopf gestaltet werden. In 3a ist zum Beispiel ein Rundkopf mit einem zusätzlichen Abstand D zwischen Gewinde 1b und dem Schraubenkopf 1a abgebildet. Der Abstand D zwischen Gewinde 1b und Schraubenkopf 1a sollte dabei maximal 2 mm betragen, um eine hohe Anzugsfestigkeit der Schraube 1 sicherzustellen.
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Die vorliegende Erfindung schließt weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer gewindefurchenden Schraube 1 für Leichtmetalle ein, das die folgenden Schritte aufweist. Herstellen eines Gewindes 1b und eines Schraubenkopfes 1a, wobei beim Herstellen des Gewindes 1b mehrere Gewindegänge 2 ausgebildet werden, die eine einem Schraubenkopf 1a zugewandte Gewindeflanke und eine dem Schraubenkopf 1a abgewandte Gewindeflanke 2b aufweisen. Des Weiteren werden in dem Herstellungsverfahren zwischen je zwei Gewindegängen 2 konische Kernabschnitte 3 hergestellt, dermaßen, dass sie sich über ihre Gesamtlänge k in Richtung des Schraubenkopfes 1a verjüngen. Die Gewindeflanken 2a und 2b der Gewindegänge 2 werden so hergestellt, dass sie einen Flankenwinkel von etwa 27° bis etwa 36°, vorzugsweise etwa 33° einschließen. Insbesondere wird beim Herstellen des Gewindes 1b ein metrisches Gewinde gebildet.
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Zusammenfassend offenbart die vorliegende Erfindung eine gewindefurchende Schraube 1 und ein Herstellungsverfahren einer gewindefurchenden Schraube 1, deren Gewindegänge 2 aus einer dem Schraubenkopf 1a zugewandten und einer dem Schraubenkopf 1a abgewandten Gewindeflanke 2a bzw. 2b bestehen. Durch Gewindeflanken, die einen Flankenwinkel θ von etwa 33° einschließen, werden niedrige Einschraubmomente und eine geringe Reibung beim Einschrauben der Schraube 1 gewährleistet. Zwischen den Gewindegängen 2 sind konische Kernabschnitte 3 angeordnet, die sich über ihre Gesamtlänge k in Richtung des Schraubenkopfes 1a verjüngen. Durch diese Kerngeometrie wird eine optimale Materialaufnahme während des Einschraubens ermöglicht. Dadurch besitzt die Schraube 1 im Material eine erhöhte Festigkeit und das Einschrauben wird leichter. Des Weiteren ermöglichen konische Kernabschnitte 3 eine verbesserte Überdrehsicherung und verringern die Verklemmungsgefahr der Schraube 1 im Material während des Einschrauben.
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Durch den Flankenwinkel θ werden höhere Anzugsfestigkeiten der Schraube 1 und größere Auszugskräfte hervorgerufen. Die Schraube 1 der vorliegenden Erfindung besitzt ein metrisches Gewinde 1b. Dadurch wird die Gewindeüberdeckung der Schraube 1 erhöht, was eine höhere Belastbarkeit und Festigkeit im Material nach sich zieht. Ferner ist die Schraube 1 mit metrischen Standardschrauben kompatibel, kann leicht durch solche ersetzt werden und ist vielfältiger einsetzbar. Durch die höhere Gewindeüberdeckung kann die Schraube 1 kleiner und dadurch kostengünstiger gestaltet werden, ohne einen Verlust an Belastbarkeit bzw. Festigkeit im Material in Kauf zu nehmen. Die Schraube 1 ist für den Einsatz in Leichtmetallwerkstoffen und anderen Nichteisenmetallen wie Zink, Kupfer und Messing bis zu einer Härte von 145 HB entwickelt worden. Weitere Vorteile der gewindefurchenden Schraube 1 sind eine problemlose Mehrfachmontage und ein leichtes Einschrauben, das unproblematisch gegenüber Gussfehlern ist. Im Gegensatz zu nichtfurchenden Schrauben werden die Prozesskosten um bis zu 40% gesenkt, da Schritte wie Vorbohren von Löchern, Gewindeschneiden und Reinigen entfallen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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