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Die Erfindung betrifft eine Schraube und ein Verfahren zu deren Herstellung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus der Druckschrift
EP 2 501 944 B1 ist eine Betonschraube bekannt, also eine Schraube, die in ein vorgebohrtes Loch in Beton als Verankerungsgrund eingeschraubt werden kann und sich dabei ein Gegengewinde in den Beton furcht. Insbesondere, wenn derartige Betonschrauben aus einem korrosionsbeständigen Stahl hergestellt werden sollen, besteht die Herausforderung, den Teil der Schraube, der das Gegengewinde furcht, ausreichend hart und stabil zu gestalten. Die Druckschrift schlägt hierzu vor, dass auf ein Schaftteil aus einem korrosionsbeständigen Stahl eine spiralförmige, drahtartige Wicklung angebracht wird, die ein schneidendes Gewinde der Schraube bildet. Die Wicklung ist aus einem kohlenstoffhaltigen Stahl, der vor oder nach dem Anbringen gehärtet wird.
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Aufgabe der Erfindung ist, eine Schraube zu schaffen, insbesondere für Beton als Verankerungsgrund, die einfacher herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Schraube dient der Verankerung in einem Verankerungsgrund insbesondere aus Beton. Es handelt sich also insbesondere um eine Betonschraube. Betonschrauben zeichnen sich durch einen kräftigen Kern und ein relativ niedriges Gewinde aus. So liegt bei Betonschrauben das Verhältnis von Gewindeaußendurchmesser zum Kerndurchmesser bei 1,1 bis 1,5, insbesondere bei 1,2 bis 1,4.
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Die Schraube weist ein Schaftteil mit einem Werkzeugangriffsmittel, beispielsweise ein Sechskantkopf, ein Schraubenkopf mit Innenstern oder dergleichen, sowie ein Gewinde auf. Die Schraube muss keinen Kopf aufweisen, sondern kann beispielsweise auch als Gewindehülse ausgeführt sein.
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Die Schraube weist erfindungsgemäß ein Stanz-Biege-Teil mit einem ringartigen Grundkörper und mit einem, insbesondere mehreren, Schneidelementen zum Furchen eines Gegengewindes im Verankerungsgrund für das Gewinde auf. Soweit im Folgenden von „Schneidelementen“ im Plural die Rede ist, soll dies auch ein einziges Schneidelement umfassen, soweit sich nichts anderes aus dem Zusammenhang ergibt.
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Als „Stanz-Biege-Teile“ werden hier Teile aus Blech verstanden, die durch Stanzen und Biegen in eine dreidimensionale Form gebracht sind. Stanz-Biege-Teile können hochautomatisiert in großen Mengen hergestellt werden und sind schon durch das Umformen typischerweise verfestigt und stabil. Sie sichern damit nicht nur eine für das Gewindefurchen robuste Schraube, sondern können auch sehr gut während der Herstellung der Schraube gehandhabt werden, wodurch die Herstellung gegenüber dem genannten Stand der Technik vereinfacht ist.
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Der Grundkörper ist ringförmig und umgreift einen Umfang des Schaftteils, wobei „ringförmig“ hier runde, eckige, geschlossene und nicht-geschlossene Ringe meint und wobei die Ringe nicht flach sein müssen, sondern sich hülsenartig in axialer Richtung erstrecken können.
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Das Stanz-Biege-Teil kann beispielsweise durch Schweißen, Klemmen oder Kleben an dem Schaftteil angebracht sein.
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Die Schneidelemente stehen radial über den Grundkörper nach außen über. Dadurch kann gewährleistet werden, dass im Wesentlichen nur die Schneidelemente, und nicht der Grundkörper, in Kontakt mit der Bohrlochwand kommt.
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Die Schneidelemente sind beispielsweise als nach außen gebogene Spitzen, Zähne oder dergleichen ausgebildet, die insbesondere scharfe, harte Kanten zum Furchen eines Gegengewindes aufweisen. Sind mehrere Schneidelemente angeordnet, so können diese ein Gegengewinde auch stufenweise furchen, also ein in Einbringrichtung der Schraube vorn angeordnetes Schneidelement zunächst mit geringer Tiefe und dahinter angeordnete Schneidelemente mit zunehmender Tiefe. Hierzu können die einzelnen Schneidelemente unterschiedlich weit radial über den Grundkörper überstehen. Mehrere Schneidelemente können auch mehrere Gegengewinde ausformen, insbesondere wenn das Gewinde der Schraube als Doppelgewinde ausgebildet ist.
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Die Schneidelemente sind dabei so angeordnet und geformt, dass sie geometrisch mit dem Gewinde der Schraube korrespondieren, das Gewinde also den Schneidelementen so wendelförmig folgt, dass es in das gefurchte Gegengewinde eingreift. Dabei kann das Gewinde selbst auch noch das Gegengewinde weiter furchen, es kann aber auch mit etwas Spiel im Gegengewinde Platz finden. Die Schneidelemente können auch das Gewinde ergänzen in dem Sinn, dass sie im eingeschraubten Zustand wie das Gewinde Tragkräfte zwischen dem Schaftteil und dem Verankerungsgrund übertragen.
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Vorzugsweise ist das Stanz-Biege-Teil aus einem Blech aus einem härtbaren Stahl hergestellt. Zwar mag es Bleche geben, die nach dem Stanz-Biege-Vorgang eine ausreichende Härte aufweisen, um ein Gewinde selbst in Beton zu furchen, doch hat ein härtbarer Stahl den Vorteil, dass das Blech zunächst mit moderaten Kräften gestanzt und gebogen werden kann und erst anschließend seine erhöhte Härte erhält. Als „härtbarer Stahl“ sind hier insbesondere Stähle gemeint, die sich durch Umwandlungshärten härten lassen, die also durch Wärmebehandlung und anschließendes Abschrecken Martensit bilden.
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Zwar könnte das Härten des Stanz-Biege-Teils grundsätzlich auch erst dann erfolgen, wenn das Stanz-Biege-Teil bereits mit dem Schaftteil verbunden ist, beispielsweise durch induktives Härten. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren sieht jedoch vor, dass das Stanz-Biege-Teil separat vom Schaftteil aus einem Blech durch Stanzen und Biegen geformt, gehärtet und erst anschließend mit dem Schaftteil verbunden wird. Dies ermöglicht insbesondere, die Stanz-Biege-Teile mehrerer Schauben mit geringem Aufwand gemeinsam als Schüttgut zu härten. Unabhängig vom Zeitpunkt und der Art des Härtens kann der Härtevorgang selbstverständlich einen Vergütungsvorgang umfassen. Auch können weitere Vorgänge, wie Beschichtungen, vom Herstellungsverfahren umfasst sein.
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Ein Stanz-Biege-Teil aus einem gehärteten Stahl wird vorzugsweise mit einem Schaftteil aus einem Edelstahl kombiniert. Als „Edelstähle“ werden hier nichtrostende Stähle verstanden, also Stähle mit einem Anteil von mehr als 10,5% Chrom und einem Kohlenstoff-Gehalt von maximal 1,2%. Durch die genannte Werkstoffkombination kann eine Schraube geschaffen werden, die selbst in Beton als Verankerungsgrund ein tiefes und damit tragfähiges Gewinde furchen kann und die gleichzeitig für Befestigungen im Außenbereich geeignet ist. In Abhängigkeit von den Korrosionseigenschaften des Stanz-Biege-Teils, den chemischen Verhältnissen im Verankerungsgrund und der Verbindung des Schaftteils mit dem Stanz-Biege-Teil, kann auch das Stanz-Biegeteil wie oben beschrieben Kräfte auf den Verankerungsgrund übertragen. Jedenfalls aber kann das Gewinde als Teil eines Schraubenschafts aus Edelstahl dauerhaft diese Aufgabe übernehmen.
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Beim Furchen eines Gewindes wirken erhebliche Kräfte. Um diese vom Stanz-Biege-Teil mit den Schneidelementen auf das Schaftteil zu übertragen, schlägt die Erfindung in einer Ausführung vor, dass das Stanz-Biege-Teil bezüglich einer Drehung um die Längsachse der Schraube formschlüssig mit dem Schaftteil verbunden ist. Die wirkenden Kräfte können auch als Drehmoment aufgefasst werden, das vom Stanz-Biege-Teil auf das Schaftteil übertragen wird. Zusätzlich zur Formschlüssigkeit kann die Verbindung stoffschlüssig und/oder reibschlüssig gestaltet sein. Auch kann das Stanz-Biege-Teil gegenüber einer Bewegung in Richtung der Längsachse formschlüssig verbunden sein.
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Die formschlüssige Verbindung bezüglich einer Drehung um die Längsachse erfolgt vorzugsweise dadurch, dass das Schaftteil im Bereich des Stanz-Biege-Teils einen polygonalen, insbesondere dreieckigen oder viereckigen, Querschnitt aufweist, um den herum das Stanz-Biege-Teil angeordnet ist. Das Stanz-Biege-Teil korrespondiert in seiner Form derart mit dem genannten Querschnitt, dass eine formschlüssige Verbindung besteht. Der Querschnitt kann ein regelmäßiges Polygon, also insbesondere ein Quadrat oder ein gleichseitiges Dreieck, sein, was sich positiv auf die Herstellbarkeit und die Vermeidung von Spannungsspitzen auswirkt. Es kann aber auch gezielt ein unregelmäßiges Polygon oder eine andere Form gewählt werden, damit das Stanz-Biege-Teil, wie bevorzugt, nur in genau einer Ausrichtung mit dem Schaftteil fügbar ist. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die Schneidelemente wie oben beschrieben geometrisch mit dem Gewinde der Schraube korrespondieren.
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Vorzugsweise ist das Stanz-Biege-Teil in einem bezüglich der Einbringrichtung vorderen Drittel der Schraube angeordnet. Damit ist gemeint, dass es ausschließlich in diesem vorderen Drittel angeordnet ist. Soweit das Schaftteil im Bereich des Stanz-Biege-Teils gegenüber den restlichen Bereichen durch die Anordnung des Stanz-Biege-Teils einen schwächeren Querschnitt aufweist, ist dies hierdurch auf den vorderen Bereich beschränkt. Insbesondere erstreckt sich das Stanz-Biege-Teil bis zu einem vorderen Ende der Schraube.
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Neben den Kräften in Umfangsrichtung, bezogen auf die Längsachse der Schraube, können beim Einschrauben auch erhebliche axiale Kräfte auftreten. Die Erfindung schlägt daher vor, dass der Grundkörper des Stanz-Biege-Teils sich an einer Schulter des Schaftteils in Richtung parallel zur Längsachse der Schraube abstützt.
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Vorzugsweise stehen von dem Grundkörper Zungen in Richtung von der Schulter weg ab, an denen jeweils ein Schneidelement angeordnet ist. Dies ermöglicht einen einfach herstellbaren Aufbau des Stanz-Biege-Teils.
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Die Erfindung schlägt außerdem vor, dass die Schneidelemente am in Einbringrichtung der Schraube vorderen Ende der Zungen angeordnet sind. Vorzugsweise ragen außerdem die Zungen derart unterschiedlich weit von der Schulter, dass die Schneidelemente wendelartig angeordnet sind. Wie oben beschrieben, wird dadurch erreicht, dass die Schneidelemente gemeinsam das Gegengewinde furchen.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, Ausführungen und Ausgestaltungen der Erfindung, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in einer Figur gezeichneten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen oder gezeichneten Kombination, sondern auch in grundsätzlich beliebigen anderen Kombinationen oder aber einzeln verwendbar. Es sind Ausführungen der Erfindung möglich, die nicht alle Merkmale eines abhängigen Anspruchs aufweisen. Auch können einzelne Merkmale eines Anspruchs durch andere offenbarte Merkmale oder Merkmalskombinationen ersetzt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Varianten bezüglich des Schaftteils und des Stanz-Biege-Teils dargestellt.
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Es zeigen:
- 1 das Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Darstellung;
- 2 eine Variante des Schaftteils in einer perspektivischen Darstellung; und
- 3 eine Variante des Stanz-Biege-Teils.
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Die erfindungsgemäße Schraube 1 des Ausführungsbeispiels ist eine Betonschraube zum Einschrauben in ein vorgebohrtes Loch in einem Verankerungsgrund aus Beton (nicht dargestellt). Die Schraube 1 erstreckt sich entlang einer Längsachse L und weist ein Schaftteil 2 aus Edelstahl mit einem Außensechskant 3 als Werkzeugangriffsmittel 4 an einem in Einbringrichtung E hinteren Ende 5 auf. „Vorne“ und „hinten“ beziehen sich im Folgenden stets auf die Einbringrichtung E, in die die Schraube 1 planmäßig in ein Bohrloch eingebracht wird. Einstückig angeformt an den Außensechskant 3 ist eine zylindrische Scheibe 6, die als Widerlager für ein zu befestigendes Bauteil (nicht dargestellt) dient. An die Scheibe 6 schließt sich vorne ein gewindeloser Schaftabschnitt 7 und hieran ein Gewindeabschnitt 8 mit einem Gewinde 9 an. Wie bei Betonschrauben üblich, ist die Flankenhöhe des Gewindes 9 relativ klein im Vergleich zum Kerndurchmesser DK der Schraube 1. So liegt das Verhältnis von Gewindeaußendurchmesser DA zu Kerndurchmesser DK bei 1,35. Das Gewinde 9 erstreckt sich bis zu einer Schulter 10, an der sich das Schaftteil 2 sprungartig gegenüber dem Kerndurchmesser DK verjüngt. Im vorderen Teil des Gewindes 9 erstrecken sich über etwa eine Windung Kerben 11 zur Ausbildung von Schneidzähnen 12. Vor der Schulter 10 bildet das Schaftteil 2 eine zapfenartige Aufnahme 13 für ein Stanz-Biege-Teil 14. Die Aufnahme 13 weist einen quadratischen Querschnitt und eine Länge auf, die etwa dem 1,0- bis 1,5-fachen der Steigung des Gewindes 9 entspricht. Das Stanz-Biege-Teil 14 ist aus einem Blech geformt und weist einen ringartigen Grundkörper 15 auf, der den Umfang des Schaftteils 2 im Bereich der Aufnahme 13 fast vollständig umgreift, und auf allen vier Seiten des quadratischen Querschnitts anliegt. Damit ist das Stanz-Biege-Teil 14 formschlüssig mit dem Schaftteil 2 gegenüber einer Drehung um die Längsachse L verbunden. An seinem hinteren Ende stützt sich das Stanz-Biege-Teil 14 mit seiner Stirnseite 19 an der Schulter 10 ab, so dass Kräfte, die entgegen der Einbringrichtung E wirken, vom Stanz-Biege-Teil 14 auf das Schaftteil 2 übertragen werden können.
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Das Stanz-Biege-Teil 14 erstreckt sich in Einbringrichtung E etwa genauso weit von der Schulter 10 wie die Aufnahme 13 und erstreckt sich somit bis zu einem vorderen Ende 16 der Schraube 1. Das Stanz-Biege-Teil 14 ist im vorderen Drittel der Schraube 1 angeordnet und erstreckt sich über etwa 10 Prozent der Gesamtlänge der Schraube 1.
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Entsprechend dem quadratischen Querschnitt der Aufnahme 13 weist der Grundkörper 15 des Stanz-Biege-Teils 14 vier flache Seitenabschnitte 17 auf, die jeweils in einem rechten Winkel zueinander stehen. Die Seitenabschnitte 17 sind an drei Ecken des quadratischen Querschnitts des Grundkörpers 15 über Biegekanten 18 verbunden, so dass der Grundkörper 15 insgesamt die Form eines an einer Ecke offenen, eckigen Rings aufweist. Die Seitenabschnitte 17 bilden gemeinsam an ihrem hinteren Ende eine Stirnseite 19 zur Anlage an die Schulter 10. Von der Stirnseite 19 erstrecken sich die Seitenabschnitte 17 unterschiedlich weit in Einbringrichtung E, also nach vorne. An ihrem vorderen Ende gehen die Seitenabschnitte 17 in Zungen 20 über, die sich jeweils schräg nach vorne und radial nach außen erstrecken und dreiecksförmig zu einer Spitze 21 zulaufen. Die hinteren Spitzen 21 ragen dabei etwas weiter radial nach außen als die vorderen Spitzen 21. Die Spitze 21 bildet jeweils ein Schneidelement 22. Durch die unterschiedlich langen Seitenabschnitte 17 sind die vier Schneidelemente 22 wendelartig angeordnet und stehen radial über den Grundkörper 15 nach außen über. Das Stanz-Biege-Teil 14 ist aus einem Blech aus härtbarem Stahl durch Stanzen und anschließendes Biegen hergestellt. Nach dieser Formgebung wurde das Stanz-Biege-Teil 14 durch Umwandlungshärten und Anlassen auf eine Härte von mindestens 60 HRC gebracht. Diese Schritte erfolgen separat von der Herstellung des Schaftteils 2, die durch Kaltmassiv-Umformung aus einem Draht erfolgt. Das Stanz-Biege-Teil 14 wird abschließend mit dem Schaftteil 2 gefügt. Dies erfolgt durch Aufstecken auf die Aufnahme 13, wobei die richtige Ausrichtung des Stanz-Biege-Teils 14 zum Schaftteil 2 beachtet werden muss. Das Stanz-Biege-Teil 14 kann so geformt sein, dass es allein klemmend auf dem Schaftteil 2 hält. Zusätzlich oder alternativ kann eine Verklebung und/oder Verrastung vorgesehen sein.
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Zur Befestigung eines Bauteils an einem Verankerungsgrund wird zunächst ein Bohrloch im Verankerungsgrund erstellt (nicht dargestellt). Das Bohrloch hat einen Durchmesser, der zwischen dem Gewindeaußendurchmesser DA und dem Kerndurchmesser DK des Gewindes 9 liegt. Bei Eindrehen der Schraube 1 in dieses Bohrloch furchen die Schneidelemente 22 ein Gegengewinde für das Gewinde 9. Die Schneidelemente 22 sind dabei so wendelartig in gedachter Verlängerung des Gewindes 9 angeordnet, dass das Gewinde 9 automatisch in das Gegengewinde greift. Da die Spitzen 21 unterschiedlich weit radial nach außen ragen, wird das Gegengewinde stufenartig gefurcht. Dabei wird bei diesem Ausführungsbeispiel das Gegengewinde nicht vollständig von den Schneidelementen 22 geformt, sondern auch die Schneidzähne 12 übernehmen noch einen geringen Teil des Furchens. Das Gegengewinde ist dabei so groß, dass das Gewinde 9 mit geringem Spiel eingreift.
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2 zeigt eine Variante des Schaftteils 2a, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen nur auf die Unterschiede zum Schaftteil 2 aus 1 eingegangen und ansonsten auf die Ausführungen und Bezugsziffern von 1 verwiesen wird. Das Schaftteil 2a unterscheidet sich nur in der Form der Aufnahme 13a für das Stanz-Biege-Teil, das zu dieser Variante des Schaftteils 2a nicht dargestellt ist. Die Aufnahme 13a weist einen dreieckigen Querschnitt auf, wobei das Dreieck gleichschenklig, aber nicht gleichseitig ist. Entsprechend weist auch das Stanz-Biege-Teil (nicht dargestellt) drei Seitenabschnitte auf, die im Dreieck angeordnet sind und formschlüssig über die Aufnahme 13a mit dem Schaftteil 2a verbunden sind. Durch die Form des Querschnitts kann das Stanz-Biege-Teil nur in einer einzigen Ausrichtung gefügt werden. Hierdurch ist gegenüber der in 1 dargestellten Schraube 1 sichergestellt, dass die Schneidelemente tatsächlich in gedachter Verlängerung des Gewindes 9 angeordnet sind.
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3 zeigt eine Variante des Stanz-Biegeteils 14a, das sich zwar etwas von dem Stanz-Biegeteil 14 aus 1 unterscheidet, jedoch ebenfalls zu dem Schaftteil 2 aus 1 passt. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird wiederum nur auf die Unterschiede eingegangen. Diese liegen lediglich in der Form der Zungen 20, die nicht dreieckig, sondern rechteckig geformt sind. Hierdurch bilden die Zungen 20a jeweils eine gerade Schneidkante 23, die das Schneidelement 22a bildet. Das Gegengewinde wird hierdurch von den Schneidkanten 23 geschnitten, wodurch es gegenüber den Spitzen 21 aus 1 zu einer größeren und gleichmäßigeren Anlage des Stanz-Biegeteils 14a im Bohrloch kommt. Dies bewirkt eine bessere Führung und somit zu einer gleichmäßigeren und genaueren Ausbildung des Gegengewindes.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schraube
- 2, 2a
- Schaftteil
- 3
- Außensechskant
- 4
- Werkzeugangriffsmittel
- 5
- hinteres Ende der Schraube 1
- 6
- zylindrische Scheibe
- 7
- gewindeloser Schaftabschnitt
- 8
- Gewindeabschnitt
- 9
- Gewinde
- 10
- Schulter
- 11
- Kerbe
- 12
- Schneidzahn
- 13, 13a
- Aufnahme
- 14, 14a
- Stanz-Biege-Teil
- 15, 15a
- Grundkörper
- 16
- vorderes Ende der Schraube 1
- 17, 17a
- Seitenabschnitt des Stanz-Biege-Teils 14, 14a
- 18, 18a
- Biegekante des Stanz-Biege-Teils 14, 14a
- 19, 19a
- Stirnseite des Stanz-Biege-Teils 14, 14a
- 20,20a
- Zunge
- 21
- Spitze
- 22, 22a
- Schneidelement
- 23
- Schneidkante
- DA
- Gewindeaußendurchmesser
- DK
- Kerndurchmesser des Gewindes 9
- E
- Einbringrichtung
- L
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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