DE102016105021A1

DE102016105021A1 - Abscherschraube und Verfahren zum Herstellen einer Abscherschraube

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Publication number: DE102016105021A1
Application number: DE102016105021.0A
Authority: DE
Inventors: Peter Amann; Gerd Ordner
Original assignee: Arcus Elektrotechnik Alois Schiffmann GmbH
Current assignee: Arcus Elektrotechnik Alois Schiffmann GmbH
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2017-09-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abscherschraube (1) mit einem zylindrischen Körper (2), der zumindest bereichsweise mit einem Außengewinde versehen ist. An einem proximalen Endbereich des zylindrischen Körpers (2) ist ein Kopfbereich mit Angriffsflächen (4) für ein Eintreib- bzw. Antriebswerkzeug vorgesehen. Der zylindrische Körper (2) weist mindestens eine Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) auf, die eine Scherebene bildet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die mindestens eine Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) derart in dem zylindrischen Körper (2) der Abscherschraube (1) ausgebildet ist, dass der zylindrische Körper (2) im Bereich der mindestens einen Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) eine mehrkantförmige Querschnittsfläche aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abscherschraube nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer solchen Abscherschraube.
Demgemäß betrifft die Erfindung insbesondere eine Abscherschraube mit einem zylindrischen Körper, der zumindest bereichsweise mit einem Außengewinde versehen ist, wobei an einem proximalen Endbereich des zylindrischen Körpers ein Kopfbereich mit Angriffsflächen für ein Eintreib- bzw. Antriebswerkzeug vorgesehen ist, und wobei der zylindrische Körper in axialer Richtung mindestens eine solche Bruchstelle aufweist, die eine Scherebene bildet.
Eine derartige Abscherschraube ist zumindest dem Prinzip nach aus dem Stand der Technik bekannt und wird beispielsweise bei Schraubverbindern oder Kabelverbindungsklemmen verwendet, um elektrische Kabelleiter anzuschließen. In diesem Zusammenhang kommt es darauf an, die Leiterenden mit einem vorgegebenen Anpressdruck zu kontaktieren, um eine einwandfreie mechanische und elektrische Verbindung zu gewährleisten.
In diesem Zusammenhang sind Abscherschrauben gut geeignet, da sie sich auf vorgegebene Abscher- und Drehmomente einstellen lassen. Das Abreißen des proximalen Endbereiches der Abscherschraube gewährleistet dann, dass die Abscherschraube mit dem vorgegebenen Drehmoment angezogen worden ist und damit den gewünschten Kontaktdruck erzeugt. Zugleich wird dabei zuverlässig vermieden, dass eine solche Abscherschraube zu stark angezogen wird und möglicherweise das Leiterende eines Kabelleiters zerquetscht oder beschädigt.
Eine solche herkömmliche Bauform einer Abscherschraube ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 41 13 242 C2 bekannt und weist einen Gewindekörper mit einem Außengewinde sowie einem Abreißkopf mit Angriffsflächen für ein Werkzeug auf, wobei zwischen dem Gewindekörper und dem Abreißkopf ein Übergangsbereich vorgesehen ist, dessen Außendurchmesser sich vom Abreißkopf zum Gewindekörper hin verjüngt und eine Sollbruchstelle aufweist. Im Gebrauch wird eine derartige Abscherschraube in das Innengewinde eines Werkstücks, beispielsweise eines Schraubverbinders, eingesetzt, um darin einen elektrischen Leiter festzuklemmen.
Wenn dann die Schraube angezogen und das vorgegebene maximale Drehmoment überschritten wird, reißt der Abreißkopf der Abscherschraube ab, während der übrige Teil der Abscherschraube in dem Schraubverbinder verbleibt und den Leiter mit der vorgegebenen Anpresskraft festklemmt.
Eine derartige Abscherschraube ist somit recht wirkungsvoll im praktischen Einsatz, denn ein Monteur kann unabhängig von langjähriger Erfahrung und der Wahl des verwendeten Werkzeugs sicherstellen, dass die Abscherschraube ordnungsgemäß angezogen wird. Er braucht lediglich mit dem entsprechenden Werkzeug, welches zum Kopf der Abscherschraube passt, die Abscherschraube anziehen, bis der Abreißkopf abgeschert ist.
Um bei den herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Abscherschrauben das Abreiß- bzw. Abschermoment der Abscherschraube vorab möglichst genau festlegen zu können, sind beim Ausbilden der Sollbruchstelle in dem zylindrischen Körper der Abscherschraube nur relativ geringe Fertigungstoleranzen hinnehmbar. Dies wiederum führt zu einem relativen hohen Fertigungsaufwand der Abscherschrauben.
Des Weiteren hat es sich als nachteilig erwiesen, dass herkömmliche Abscherschrauben beim Anziehen der Schraube zu einem Abknicken neigen, da an den in dem zylindrischen Körper der Abscherschrauben ausgebildeten Sollbruchstellen die Schraube nur eine relativ geringe vertikale Widerstandskraft aufweist.
Schließlich ist als weiterer Nachteil zu nennen, dass bei den herkömmlichen Abscherschrauben der zylindrische Körper der Schrauben im Bereich der Sollbruchstelle eine relativ geringe effektive Querschnittsfläche aufweist, was dazu führt, dass in diesem Bereich die Abscherschraube einen relativ hohen elektrischen Widerstand aufweist, was in manchen Anwendungsbereichen unter Umständen von Nachteil ist.
Demnach liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Abscherschraube der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass auch bei größeren Fertigungstoleranzen das kritische Abreiß- bzw. Abschermoment der Abscherschraube möglichst genau vorab festlegbar ist, wobei gleichzeitig die Abscherschraube eine höhere horizontale Stabilität aufweist, so dass das Risiko eines vertikalen Wegknickens der Abscherschraube bei deren Anziehen minimiert oder zumindest reduziert ist.
Des Weiteren soll ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer solchen Abscherschraube angegeben werden, wobei mit einem derartigen Verfahren die erfindungsgemäße Abscherschraube mit einem relativ geringen Fertigungsaufwand herstellbar ist.
Im Hinblick auf die Abscherschraube wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruches 1 und im Hinblick auf das Herstellungsverfahren durch den Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruches 17 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Abscherschraube sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 16 und des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens in den abhängigen Patentansprüchen 18 bis 21 angegeben.
Demnach wird erfindungsgemäß eine Abscherschraube angegeben, die einen zylindrischen Körper aufweist, der zumindest bereichsweise mit einem Außengewinde versehen ist. An einem proximalen Endbereich des zylindrischen Körpers ist ein Kopfbereich vorgesehen bzw. ausgebildet, wobei dieser Kopfbereich mit Angriffsflächen für ein Eintreib- bzw. Antriebswerkzeug versehen ist.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass der zylindrische Körper der Abscherschraube mindestens eine Sollbruchstelle aufweist, die eine Scherebene bildet.
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die mindestens eine Sollbruchstelle derart insbesondere in Form eines radialen Einstiches in dem zylindrischen Körper der Abscherschraube ausgebildet ist, dass der zylindrische Körper im Bereich der mindestens einen Sollbruchstelle eine mehrkantförmige Querschnittsfläche aufweist.
Unter dem hier verwendeten Begriff „mehrkantförmige Querschnittsfläche“ ist eine Querschnittsfläche zu verstehen, welche sich insbesondere von einer kreisförmigen Querschnittsfläche dadurch unterscheidet, dass die mehrkantförmige Querschnittsfläche mindestens zwei Eckpunkte aufweist. Ein „Eckpunkt“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein ausgezeichneter Punkt, an dem zwei die Querschnittsfläche begrenzende Grenzlinien aufeinandertreffen und dort insbesondere eine Unstetigkeit aufweisen.
Hierbei ist zu berücksichtigen, dass bei den aus dem Stand der Technik bekannten, herkömmlichen Abscherschrauben die Sollbruchstelle derart in dem zylindrischen Körper der Schraube ausgebildet ist, dass der zylindrische Körper im Bereich dieser Sollbruchstelle eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweist. Im grundsätzlichen Unterschied hierzu wird erfindungsgemäß nun eine mehrkantförmige Querschnittsfläche für den zylindrischen Körper im Bereich der Sollbruchstelle gefordert.
Bei der mehrkantförmigen Querschnittsfläche des zylindrischen Körpers im Bereich der Sollbruchstelle kann es sich beispielsweise um eine mehreckförmige Querschnittsfläche, insbesondere eine quadratische oder rechteckige und vorzugsweise eine dreieckige Querschnittsfläche handeln.
Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es denkbar, wenn der zylindrische Körper im Bereich der mindestens einen Sollbruchstelle eine mehrkantförmige Querschnittsfläche aufweist, wobei mindestens eine Seite der mehrkantförmigen Querschnittsfläche zumindest bereichsweise gekrümmt, insbesondere konkav oder konvex gekrümmt ist. In diesem Zusammenhang ist es beispielsweise denkbar, wenn der zylindrische Körper im Bereich der mindestens einen Sollbruchstelle eine Querschnittsfläche mit einer Flächengeometrie aufweist, welche zumindest im Wesentlichen der Flächengeometrie eines sphärischen Mehrecks, insbesondere sphärischen Vierecks, und vorzugsweise sphärischen Dreiecks übereinstimmt.
Mit der mehrkantförmigen Querschnittsflächengeometrie des zylindrischen Körpers im Bereich der mindestens einen Sollbruchstelle wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass – im Vergleich zu herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Abscherschrauben, deren zylindrischer Körper im Bereich der Sollbruchstelle eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweist – auch bei größeren Fertigungstoleranzen das kritische Abreiß- bzw. Abschermoment der Abscherschraube vorab genau festlegbar ist.
Demnach lässt sich die erfindungsgemäße Abscherschraube mit einem relativ geringen Fertigungsaufwand fertigen, wobei gleichzeitig das Ansprechverhalten der Abscherschraube bei Überschreiten des vorab festgelegten oder festlegbaren kritischen Abreiß- bzw. Abschermoments vorab genau festlegbar ist.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass das Abscheren bzw. Abreißen einer Abscherschraube nicht nur von dem aufgebrachten Drehmoment und dem Material der Abscherschraube bzw. des zylindrischen Körpers der Abscherschraube, in welchem die Sollbruchstelle ausgebildet ist,, sondern auch wesentlich von der Geometrie des zylindrischen Körpers im Bereich der Sollbruchstelle abhängt.
Diese Geometrie der Querschnittsfläche des zylindrischen Körpers im Bereich der Sollbruchstelle bestimmt dabei den Torsionswiderstandsmoment der Abscherschraube im Bereich der Sollbruchstelle. Das Torsionswiderstandsmoment wird im Einzelnen aus der Geometrie (Form und Abmessung) der Querschnittsfläche des zylindrischen Körpers im Bereich der Sollbruchstelle abgeleitet und ist das Maß, welchen Widerstand die Geometrie als innere Spannung entgegensetzt.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass bei gleichem Torsionsmoment in Abhängigkeit von der Geometrie der Querschnittsfläche des zylindrischen Körpers im Bereich der Sollbruchstelle eine unterschiedliche Fläche benötigt wird, um den gleichen Torsionswiderstand (innere Spannung) des Materials aufzubringen. Untersuchungen haben dabei gezeigt, dass im Gegensatz zu einer kreisförmigen Querschnittsfläche eine mehrkantförmige Querschnittsfläche, insbesondere eine dreieckförmige Querschnittsfläche des zylindrischen Körpers der Abscherschraube im Bereich der Sollbruchstelle diejenige Geometrie darstellt, bei welcher das kritische Abreißmoment der Abscherschraube trotz größerer Fertigungstoleranzen in einer engen Toleranz erfolgt.
Aber auch eine andere mehrkantförmige Querschnittsfläche des zylindrischen Körpers im Bereich der Sollbruchstelle erlaubt es, dass das kritische Abreiß- bzw. Abschermoment der Abscherschraube genauer einstellbar ist, und zwar im Vergleich zu einer kreisförmigen Querschnittsfläche des zylindrischen Körpers im Bereich der Sollbruchstelle.
Die mehrkantförmige Querschnittsgeometrie der Querschnittsfläche des zylindrischen Körpers im Bereich der Sollbruchstelle liefert nicht nur den Vorteil, dass die Fertigungstoleranzen der Sollbruchstelle größer als bei kreisförmigen Geometrien sein können, ohne dass darunter die Genauigkeit der Einstellbarkeit des kritischen Abreiß- bzw. Abscherelements leidet, sondern auch den weiteren Vorteil, dass bei einer mehrkantförmigen Geometrie der Querschnittsfläche des zylindrischen Körpers im Bereich der Sollbruchstelle über die entsprechenden Eckpunkte die horizontale Stabilität der Abscherschraube im Bereich der Sollbruchstelle verbessert ist, so dass das Risiko eines vertikalen Wegknickens der Abscherschraube im Bereich der mindestens einen Sollbruchstelle beim Anziehen der Schraube reduziert ist. Ferner besitzt die Abscherschraube vergleichsweise günstige elektrische Widerstandswerte.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Abscherschraube ist vorgesehen, dass zum Ausbilden der mindestens einen Sollbruchstelle der radiale Einstich vorzugsweise mit Hilfe eines Sägeblattes oder eines ähnlichen Schneidwerkzeuges von außen in den zylindrischen Körper der Abscherschraube eingebracht wird.
Mit anderen Worten, zur Herstellung der erfindungsgemäßen Abscherschraube ist es möglich, in einen als Vollkörper ausgebildeten Schraubenrohling den mindestens einen radialen Einstich für die mindestens eine Sollbruchstelle beispielsweise mit Hilfe eines Sägeblattes oder eines ähnlichen Schneidwerkzeuges von außen in den Schraubenrohling einzubringen, wobei anschließend das Außengewinde der Abscherschraube über die mindestens eine in Form eines radialen Einstiches in dem zylindrischen Körper der Schraube eingebrachte Sollbruchstelle ausgebildet wird.
Diese Vorgehensweise vereinfacht die Herstellung der erfindungsgemäßen Abscherschraube erheblich, da bei aus dem Stand der Technik bekannten, herkömmlichen Abscherschrauben der mindestens eine radiale Einstich zunächst in einen Zapfen der Abscherschraube eingearbeitet werden musste, wobei anschließend Scheiben auf den Zapfen zur Bildung eines zylindrischen Körpers aufgesteckt wurden, und dann erst das Gewinde an der Außenseite des zylindrischen Körpers eingearbeitet werden konnte.
Um zu erreichen, dass die erfindungsgemäße Abscherschraube auch in Schraubverbindern mit unterschiedlichen Querschnitten einsetzbar ist, um in diesen Schraubverbindern elektrische Leiter zu verklemmen, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Abscherschraube nach dem Abreißen in unerwünschter Weise aus dem Schraubverbinder hervorsteht, ist in einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, dass die Abscherschraube als Mehrfach-Abscherschraube ausgebildet ist und mindestens zwei Sollbruchstellen aufweist, die axial voneinander getrennt jeweils derart insbesondere in Form eines radialen Einstiches in dem zylindrischen Körper der Abscherschraube ausgebildet sind, dass der zylindrische Körper im Bereich vorzugsweise einer jeden Sollbruchstelle eine mehrkantförmige Querschnittsfläche aufweist.
Mit dieser Ausführungsform passt sich die Abscherschraube automatisch den jeweiligen Gegebenheiten, nämlich der Länge des verfügbaren Innengewindes in dem Werkstück (wie beispielsweise einen Schraubverbinder) an, in welches die Abscherschraube hineingeschraubt wird. Wenn nämlich die Abscherschraube in ein entsprechendes Werkstück hineingeschraubt wird, um beispielsweise einen Leiter in einem Schraubverbinder festzuklemmen, so lässt sich die Abscherschraube so weit hineindrehen, bis ihre Basis, das heißt der distale Endbereich der Abscherschraube, gegen den Leiter zur Anlage kommt.
Die Abscherschraube wird dann weiter angezogen, bis das durch die mindestens eine Sollbruchstelle vorgegebene maximale Drehmoment überschritten wird.
Wenn diese Situation erreicht ist, wird der obere Teil der Abscherschraube mit dem Kopf abgeschert und lässt sich aus dem Werkstück herausnehmen.
In diesem Zusammenhang ist jedoch zu betonen, dass die Erfindung nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt ist, bei denen bei einer als Mehrfach-Abscherschraube ausgebildeten Abscherschraube alle Sollbruchstellen derart ausgebildet sein müssen, dass im Bereich jeder dieser Sollbruchstellen der zylindrische Körper stets eine mehrkantförmige Querschnittsfläche aufweist.
Vielmehr sind selbstverständlich auch solche Ausführungsformen denkbar, bei denen nur eine einzige Sollbruchstelle der als Mehrfach-Abscherschraube ausgebildeten Schraube derart in dem zylindrischen Körper der Schraube ausgebildet ist, dass der zylindrische Körper im Bereich dieser Sollbruchstelle eine mehrkantförmige Querschnittsfläche aufweist, wobei die übrigen Sollbruchstellen der Schraube so in dem zylindrischen Körper ausgebildet sind, dass im Bereich dieser übrigen Sollbruchstellen der zylindrische Körper beispielsweise eine abgerundete, insbesondere runde oder ovale, Querschnittsfläche aufweist.
Bei einer bevorzugten Realisierung der erfindungsgemäßen Abscherschraube weist diese eine erste Sollbruchstelle auf, die derart insbesondere in Form eines radialen Einstiches in dem zylindrischen Körper der Abscherschraube ausgebildet ist, dass der zylindrische Körper im Bereich der ersten Sollbruchstelle eine erste mehrkantförmige Querschnittsfläche aufweist, wobei die Abscherschraube ferner eine axial von der ersten Sollbruchstelle beabstandete zweite Sollbruchstelle aufweist, die derart insbesondere in Form eines radialen Einstiches in dem zylindrischen Körper der Schraube ausgebildet ist, dass der zylindrische Körper im Bereich der zweiten Sollbruchstelle eine zweite mehrkantförmige Querschnittsfläche aufweist. Vorzugsweise weisen dabei die erste und zweite mehrkantförmige Querschnittsfläche unterschiedliche Flächengeometrien und/oder unterschiedliche Größen auf.
Denkbar in diesem Zusammenhang wäre es beispielsweise, wenn die erste und zweite mehrkantförmige Querschnittsfläche eine zumindest im Wesentlichen übereinstimmende Flächengeometrie, aber unterschiedliche Größen aufweisen. Vorzugsweise ist bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abscherschraube vorgesehen, dass die zweite Sollbruchstelle in distaler Richtung der Abscherschraube axial von der ersten Sollbruchstelle beabstandet ist, wobei die zweite mehrkantförmige Querschnittsfläche kleiner als die erste mehrkantförmige Querschnittsfläche ist.
Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf Mehrfach-Abscherschrauben beschränkt, welche lediglich zwei axial voneinander beabstandete Sollbruchstellen aufweist. Vielmehr betrifft die Erfindung auch Ausführungsformen von Mehrfach-Abscherschrauben, welche zusätzlich mindestens eine weitere axial von der zweiten Sollbruchstelle beabstandete dritte Sollbruchstelle aufweist, die derart insbesondere in Form eines radialen Einstiches in dem zylindrischen Körper der Abscherschraube ausgebildet ist, dass der zylindrische Körper der Abscherschraube im Bereich der dritten Sollbruchstelle eine dritte mehrkantförmige Querschnittsfläche aufweist.
Vorzugsweise weisen in diesem Zusammenhang die erste, zweite und mindestens eine dritte mehrkantförmige Querschnittsfläche eine zumindest im Wesentlichen übereinstimmende Flächengeometrie auf, wobei ferner die mindestens eine dritte Sollbruchstelle in distaler Richtung der Abscherschraube axial von der zweiten Sollbruchstelle beabstandet ist und wobei die mindestens eine dritte mehrkantförmige Querschnittsfläche kleiner als die zweite mehrkantförmige Querschnittsfläche ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind bei einer als Mehrfach-Abscherschraube ausgeführten Abscherschraube die jeweiligen Sollbruchstellen derart in dem zylindrischen Körper der Schraube ausgebildet, dass die Abscherschraube an den von den Sollbruchstellen gebildeten Scherebenen bei Drehmomenten abreißt, die von dem distalen Ende der Abscherschraube zu ihrem proximalen Ende hin schrittweise zunehmen oder abnehmen. Auf diese Weise kann eine besonders feine Regulierung erfolgen, so dass – wenn überhaupt – jeweils nur ein geringfügiger Überstand über dem Schraubverbinder auftreten kann, nachdem die Abscherschraube abgeschert worden ist.
Bei einer speziellen Bauform der erfindungsgemäßen Abscherschraube ist die Basis der Abscherschraube, das heißt der distale Endbereich des zylindrischen Körpers der Abscherschraube, als vorzugsweise ballige Schraubenkuppe ausgebildet. Eine derartige Bauform ist besonders geeignet, wenn elektrische Leiter in Schraubverbindern festgeklemmt werden, um die jeweils fest zu klemmenden Leiter nicht in unerwünschter Weise zu beschädigen. Dieser distale Endbereich kann aber auch als Fräskopf ausgebildet sein, sodass sich die Abscherschraube großflächig an einen entsprechenden Leiter anlegen kann.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der proximale Endbereich der Abscherschraube, das heißt der Kopfbereich der Abscherschraube, für ein Eintreib- bzw. Antriebswerkzeug ausgebildet ist und entsprechende Angriffsflächen aufweist, mit denen das Werkzeug in Eingriff bringbar ist. Beispielsweise ist es in diesem Zusammenhang denkbar, dass der Kopfbereich der Abscherschraube einen Außenkant aufweist. Insbesondere kann es sich dabei um einen Außensechskant handeln, so dass herkömmliche Werkzeuge zur Anwendung gelangen können.
Alternativ oder zusätzlich hierzu ist vorgesehen, dass der Kopfbereich der Abscherschraube einen axial eingearbeiteten, zentralen Innenkant aufweist, insbesondere einen Innensechskant, so dass herkömmliche Werkzeuge zum Betätigen der Schraube verwendet werden können. Ein derartiger Innenkant kann zusätzlich oder alternativ zu dem Außenkant vorgesehen sein, um dem Monteur die Wahl des Werkzeugs zu überlassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abscherschraube aus einem Vollkörper, insbesondere aus einem Vollkörper aus Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium, gefertigt ist. Auf diese Weise können die Fertigungskosten der Abscherschraube und insbesondere der Fertigungsaufwand im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten, herkömmlichen Verfahren und Materialien erheblich reduziert werden.
Die Erfindung betrifft nicht nur eine Abscherschraube der zuvor beschriebenen Art, sondern insbesondere auch ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Abscherschraube, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

– Bereitstellen eines Schraubenrohlings;
– Einarbeiten von mindestens einer Sollbruchstelle in den Schraubenrohling; und
– Einarbeiten eines durchgehenden Gewindes an der Außenseite des Schraubenrohlings,

Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren vorgesehen, dass die mindestens eine Sollbruchstelle insbesondere als radialer Einstich in den Schraubenrohling eingebracht wird, und zwar vorzugsweise mit Hilfe eines Sägeblattes oder eines ähnlichen Schneidwerkzeuges, und insbesondere von außen.
Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Die Zeichnungen zeigen in
1 eine isometrische Ansicht einer exemplarischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abscherschraube;
2 schematisch eine Seitenansicht der in 1 gezeigten exemplarischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abscherschraube;
3a schematisch eine Schnittansicht der Abscherschraube gemäß 2 entlang der Linie A-A;
3b schematisch eine Schnittansicht der Abscherschraube gemäß 2 entlang der Linie B-B;
3c schematisch eine Schnittansicht der Abscherschraube gemäß 2 entlang der Linie C-C;
3d schematisch eine Schnittansicht der Abscherschraube gemäß 2 entlang der Linie D-D;
4a schematisch eine Schnittansicht einer exemplarischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abscherschraube im Bereich einer Sollbruchstelle;
4b schematisch eine Schnittansicht einer anderen exemplarischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abscherschraube im Bereich einer Sollbruchstelle;
4c schematisch eine Schnittansicht einer weiteren exemplarischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abscherschraube im Bereich einer Sollbruchstelle;
5a schematisch das Einarbeiten von einer Sollbruchstelle in einen Schraubenrohling gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens;
5b schematisch das Einarbeiten einer Sollbruchstelle in einen Schraubenrohling gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Abscherschraube; und
5c schematisch das Einarbeiten einer Sollbruchstelle in einen Schraubenrohling bei einer weiteren exemplarischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
1 zeigt schematisch in einer isometrischen Darstellung eine erste exemplarische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abscherschraube 1. In 2 ist die exemplarische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abscherschraube 1 schematisch in einer Seitenansicht dargestellt.
Anhand der Darstellungen in den 1 und 2 ist erkennbar, dass die exemplarische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abscherschraube 1 einen zylindrischen Körper 2 aufweist, wobei an einem proximalen Endbereich des zylindrischen Körpers 2 ein entsprechender Kopfbereich 3 der Abscherschraube 1 ausgebildet ist. Obwohl in den Zeichnungen nicht eigens dargestellt, ist der zylindrische Körper 2 der erfindungsgemäßen Abscherschraube 1 zumindest bereichsweise mit einem Außengewinde versehen.
Wie es insbesondere den Darstellungen in den 1 und 2 entnehmbar ist, weist der Kopfbereich 3 der Abscherschraube 1 einen Außenkant mit Angriffsflächen 4 auf, wobei der Außenkant bzw. die Angriffsflächen 4 des Kopfbereiches 3 ausgebildet sind, um von einem entsprechend komplementär hierzu ausgebildeten Eintreib- bzw. Antriebswerkzeug (in den Zeichnungen nicht dargestellt) aufgenommen zu werden.
Die in den 1 und 2 schematisch dargestellte exemplarische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abscherschraube 1 weist ferner mindestens eine Sollbruchstelle (hier: eine Mehrzahl von insgesamt vier Sollbruchstellen 5a, 5b, 5c, 5d) auf, die jeweils eine Scherebene bilden. Insofern ist die in den 1 und 2 schematisch dargestellte Abscherschraube 1 als Mehrfach-Abscherschraube ausgebildet.
Der Darstellung in 2 ist insbesondere zu entnehmen, dass an einem distalen Endbereich des zylindrischen Körpers 2 der exemplarischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abscherschraube 1 eine ballige Schraubenkuppe 6 ausgebildet ist.
Die in dem zylindrischen Körper 2 der Abscherschraube 1 ausgebildeten Sollbruchstellen 5a, 5b, 5c, 5d sind bei der in den Zeichnungen dargestellten exemplarischen Ausführungsform insbesondere in Form eines radialen Einstiches in dem zylindrischen Körper 2 ausgebildet. Im Einzelnen sind bei der exemplarischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abscherschraube 1 die Sollbruchstellen 5a, 5b, 5c, 5d derart in dem zylindrischen Körper 2 ausgebildet, dass der zylindrische Körper 2 im Bereich dieser Sollbruchstellen 5a, 5b, 5c, 5d eine mehrkantförmige Querschnittsfläche aufweist.
Im Einzelnen, und wie es den Darstellungen in den 3a bis 3d entnommen werden kann, welche jeweils schematisch eine Querschnittsansicht der exemplarischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abscherschraube 1 gemäß 2 entlang der Linien A-A, B-B, C-C bzw. D-D in 2 darstellen, sind die jeweiligen Sollbruchstellen 5a, 5b, 5c, 5d jeweils derart in dem zylindrischen Körper 2 ausgebildet, dass der zylindrische Körper 2 im Bereich der jeweiligen Sollbruchstellen 5a, 5b, 5c, 5d eine dreieckige Querschnittsfläche aufweist.
Der Gegenüberstellung in den 3a bis 3d ist ferner zu entnehmen, dass bei der in den Zeichnungen dargestellten exemplarischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abscherschraube 1 die jeweiligen Sollbruchstellen 5a, 5b, 5c, 5d jeweils derart in dem zylindrischen Körper 2 ausgebildet sind, dass der zylindrische Körper 2 im Bereich der jeweiligen Sollbruchstellen 5a, 5b, 5c, 5d jeweils eine übereinstimmende, dreieckförmige Querschnittsflächengeometrie aufweist, wobei jedoch unterschiedliche Größen der jeweiligen dreieckförmigen Querschnittsflächen vorgesehen sind.
Im Einzelnen ist hierbei vorgesehen, dass die Sollbruchstellen 5a, 5b, 5c und 5d derart in dem zylindrischen Körper 2 ausgebildet sind, dass die Abscherschraube 1 an den von den entsprechenden Sollbruchstellen 5a, 5b, 5c, 5d gebildeten Scherebenen bei Drehmomenten abreißt, die von dem distalen Ende der Abscherschraube 1 zu ihrem proximalen Ende hin schrittweise zunehmen.
Daher weist die Querschnittsfläche des zylindrischen Körpers 2 im Bereich der Sollbruchstelle 5d (vergleiche 3d) eine geringere Fläche auf, als die Querschnittsfläche des zylindrischen Körpers 2 im Bereich der Sollbruchstelle 5c (vergleiche 3c). Dieses setzt sich weiter fort im Hinblick auf die Querschnittsflächen der Sollbruchstellen 5b (vergleiche 3b) und im Hinblick der Sollbruchstelle 5a (vergleiche 3a).
Die Erfindung ist nicht auf Abscherschrauben 1 beschränkt, bei denen der zylindrische Körper 2 der Abscherschraube 1 im Bereich der Sollbruchstelle eine dreieckförmige Querschnittsfläche aufweist. Vielmehr ist es beispielsweise auch denkbar, dass die Querschnittsfläche rechteckig oder mehreckig ausgeführt ist. Auch kommen Ausführungsformen infrage, in denen mindestens eine Seite der mehrkantförmigen Querschnittsfläche zumindest bereichsweise gekrümmt, insbesondere konkav oder konvex gekrümmt ist.
In diesem Zusammenhang wird auf die schematischen Darstellungen in den 4a bis 4c verwiesen. Im Einzelnen sind in diesen Figuren unterschiedliche Ausführungsformen für die Querschnittsfläche des zylindrischen Körpers 2 im Bereich einer Sollbruchstelle angedeutet.
Während in 4b die Querschnittsfläche eine dreiecksförmige Flächengeometrie aufweist, sind bei der in 4a schematisch dargestellten Querschnittsfläche die entsprechenden Seiten der dreiecksförmigen Querschnittsfläche konvex ausgebildet. In 4c ist hingegen eine Ausführungsform schematisch dargestellt, bei welcher die Seiten der dreieckförmigen Querschnittsfläche konkav ausgebildet sind.
In den 5a bis 5c sind jeweils schematisch Möglichkeiten angegeben, wie die in den 4a bis 4c gezeigten mehrkantförmigen Querschnittsflächen in dem zylindrischen Körper 2 einer Abscherschraube 1 ausgebildet werden können.
Um beispielsweise die in 4b schematisch dargestellte dreieckförmige Querschnittsfläche in dem zylindrischen Körper 2 einer Abscherschraube 1 auszubilden, ist es – wie in 5b schematisch dargestellt – denkbar, dass ein rotierendes Sägeblatt tangential an einem Schraubenrohling bzw. dem zylindrischen Körper 2 der Abscherschraube 1 vorbeigeführt wird.
Um hingegen die konvexe Seitengeometrie der dreieckförmigen Querschnittsfläche gemäß 4a auszubilden, ist es – wie schematisch in 5a dargestellt – denkbar, wenn ein rotierendes kreisförmiges Sägeblatt in radialer Richtung zu dem zylindrischen Körper 2 der Abscherschraube 1 eingestochen wird.
In 5c ist hingegen schematisch dargestellt, wie beispielsweise die in 4c gezeigte konkave Seite der dreiecksförmigen Querschnittsfläche ausgebildet wird. Im Einzelnen kann dies beispielsweise erfolgen, indem ein kreisförmiges Sägeblatt entsprechend tangential längs des zylindrischen Körpers 2 der Abscherschraube 1 geführt wird.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungen beschriebenen exemplarischen Ausführungsformen beschränkt, sondern ergibt sich aus einer Zusammenschau sämtlicher hier offenbarter Merkmale.
Bezugszeichenliste

1: Abscherschraube
2: zylindrischer Körper
3: Kopfbereich der Abscherschraube
4: Angriffsflächen des Kopfbereiches der Abscherschraube
5a bis 5d: Sollbruchstellen
6: ballige Schraubenkuppe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4113242 C2 [0005]

Claims

Abscherschraube (1) mit einem zylindrischen Körper (2), der zumindest bereichsweise mit einem Außengewinde versehen ist, wobei an einem proximalen Endbereich des zylindrischen Körpers (2) ein Kopfbereich (3) mit Angriffsflächen (4) für ein Eintreib- oder Antriebswerkzeug vorgesehen ist, wobei der zylindrische Körper (2) mindestens eine Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) aufweist, die eine Scherebene bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) insbesondere in Form eines radialen Einstiches in dem zylindrischen Körper (2) derart ausgebildet ist, dass der zylindrische Körper (2) im Bereich der mindestens einen Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) eine mehrkantförmige Querschnittsfläche aufweist.
Abscherschraube (1) nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) derart in dem zylindrischen Körper (2) ausgebildet ist, dass der zylindrische Körper (2) im Bereich der mindestens einen Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) eine mehreckförmige Querschnittsfläche, insbesondere eine quadratische oder rechteckige und vorzugsweise eine dreieckige Querschnittsfläche aufweist.
Abscherschraube (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) derart in dem zylindrischen Körper (2) ausgebildet ist, dass der zylindrische Körper (2) im Bereich der mindestens einen Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) eine mehrkantförmige Querschnittsfläche aufweist, wobei mindestens eine Seite der mehrkantförmigen Querschnittsfläche zumindest bereichsweise gekrümmt, insbesondere konkav oder konvex gekrümmt ist.
Abscherschraube (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, insbesondere nach Anspruch 3, wobei die mindestens eine Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) derart in dem zylindrischen Körper (2) ausgebildet ist, dass der zylindrische Körper (2) im Bereich der mindestens einen Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) eine Querschnittsfläche mit einer Flächengeometrie aufweist, welche zumindest im Wesentlichen mit der Flächengeometrie eines sphärischen Mehreckes, insbesondere sphärischen Viereckes und vorzugsweise sphärischen Dreieckes übereinstimmt.
Abscherschraube (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zum Ausbilden der mindestens einen Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) ein radialer Einstich vorzugsweise mit Hilfe eines Sägeblattes oder dergleichen Schneidwerkzeug von außen in den zylindrischen Körper (2) eingebracht ist.
Abscherschraube (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welche als Mehrfach-Abscherschraube (1) ausgebildet ist und mindestens zwei Sollbruchstellen (5a, 5b, 5c, 5d) aufweist, die axial voneinander getrennt jeweils derart in dem zylindrischen Körper (2) ausgebildet sind, dass der zylindrische Körper (2) im Bereich vorzugsweise einer jeden Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) eine mehrkantförmige Querschnittsfläche aufweist.
Abscherschraube (1) nach Anspruch 6, wobei mindestens eine Sollbruchstelle derart in dem zylindrischen Körper (2) ausgebildet ist, dass der zylindrische Körper (2) im Bereich der mindestens einen Sollbruchstelle eine abgerundete, insbesondere runde oder ovale Querschnittsfläche aufweist.
Abscherschraube (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welche eine erste Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) aufweist, die derart in dem zylindrischen Körper (2) ausgebildet, dass der zylindrische Körper (2) im Bereich der ersten Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) eine erste mehrkantförmige Querschnittsfläche aufweist, wobei die Abscherschraube (1) ferner eine axial von der ersten Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) beabstandete zweite Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) aufweist, die derart in dem zylindrischen Körper (2) ausgebildet ist, dass der zylindrische Körper (2) im Bereich der zweiten Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) eine zweite mehrkantförmige Querschnittsfläche aufweist, wobei die erste und zweite mehrkantförmige Querschnittsfläche unterschiedliche Flächengeometrien und/oder unterschiedliche Größen aufweisen.
Abscherschraube (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welche eine erste Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) aufweist, die derart in dem zylindrischen Körper (2) ausgebildet ist, dass der zylindrische Körper (2) im Bereich der ersten Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) eine erste mehrkantförmige Querschnittsfläche aufweist, wobei die Abscherschraube (1) ferner eine axial von der ersten Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) beabstandete zweite Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) aufweist, die derart in dem zylindrischen Körper (2) ausgebildet ist, dass der zylindrische Körper (2) im Bereich der zweiten Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) eine zweite mehrkantförmige Querschnittsfläche aufweist, wobei die erste und zweite mehrkantförmige Querschnittsfläche eine zumindest im Wesentlichen übereinstimmende Flächengeometrie aber unterschiedliche Größen aufweisen.
Abscherschraube (1) nach Anspruch 9, wobei die zweite Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) in distaler Richtung der Abscherschraube (1) axial von der ersten Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) beabstandet ist, und wobei die zweite mehrkantförmige Querschnittsfläche kleiner als die erste mehrkantförmige Querschnittsfläche ist.
Abscherschraube (1) nach Anspruch 9 oder 10, welche ferner mindestens eine axial von der zweiten Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) beabstandete dritte Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) aufweist, die derart in dem zylindrischen Körper (2) ausgebildet ist, dass der zylindrische Körper (2) im Bereich der dritten Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) eine dritte mehrkantförmige Querschnittsfläche aufweist, wobei die erste, zweite und dritte mehrkantförmige Querschnittsfläche eine zumindest im Wesentlichen übereinstimmende Flächengeometrie aufweisen, und wobei die mindestens eine dritte Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) in distaler Richtung der Abscherschraube (1) axial von der zweiten Sollbruchstelle (5a, 5b, 5c, 5d) beabstandet ist, und wobei die mindestens eine dritte mehrkantförmige Querschnittsfläche kleiner als die zweite mehrkantförmige Querschnittsfläche ist.
Abscherschraube (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei die Einstiche derart ausgebildet sind, dass die Abscherschraube (1) an den von ihnen gebildeten Scherebenen bei Drehmomenten abreißt, die von dem distalen Ende der Abscherschraube (1) zu ihrem proximalen Ende hin schrittweise zunehmen oder abnehmen.
Abscherschraube (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei an einem distalen Endbereich des zylindrischen Körpers (2) eine vorzugsweise ballige Schraubenkuppe (6) ausgebildet ist.
Abscherschraube (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Kopfbereich (3) der Abscherschraube (1) einen Außenkant aufweist.
Abscherschraube (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Kopfbereich (3) der Abscherschraube (1) einen axial eingearbeiteten zentralen Innenkant aufweist.
Abscherschraube (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Abscherschraube (1) aus einem Vollkörper, insbesondere aus einem Vollkörper aus Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium, gefertigt ist.
Verfahren zum Herstellen einer Abscherschraube (1), insbesondere einer Abscherschraube (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: – Bereitstellen eines Schraubenrohlings; – Einarbeiten von mindestens einem radialen Einstich in den Schraubenrohling; und – Einarbeiten eines durchgehenden Gewindes an der Außenseite des Schraubenrohlings, wobei der mindestens eine radiale Einstich derart in den Schraubenrohling eingearbeitet wird, dass der Schraubenrohling im Bereich des mindestens einen radialen Einstiches eine mehrkantförmige Querschnittsfläche aufweist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der mindestens eine radiale Einstich vorzugsweise mit Hilfe eines Sägeblattes oder eines ähnlichen Schneidwerkzeuges von außen in den Schraubenrohling eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei der Schraubenrohling ein Vollkörper, insbesondere zylinderförmiger Vollkörper vorzugsweise aus Leichtmetall, insbesondere Aluminium, ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei an einem proximalen Endbereich des Schraubenrohlings ein Kopfbereich (3) mit Angriffsflächen (4) für ein Eintreib- oder Antriebswerkzeug ausgebildet ist oder ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei eine Mehrzahl von axial voneinander beabstandeten radialen Einstichen in den Schraubenrohling eingebracht wird.