-
Die Erfindung betrifft eine Mehrfach-Abscherschraube,
mit einem zylindrischen Körper,
der an seiner Außenseite
ein Gewinde besitzt, und mit einem Kopf an dem einen Ende des Körpers, der
Angriffsflächen
für ein
Antriebswerkzeug und einen zentralen Zapfen mit unrundem Querschnitt
aufweist, wobei die Schraube mehrere axial getrennte Sollbruchstellen
aufweist, die eine Reihe von Scherebenen bilden.
-
Eine derartige Abscherschraube ist
beispielsweise aus der WO 02/18 803 A1 bekannt. Solche Abscherschrauben
werden beispielsweise bei Schraubverbindern 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 solche
Abscherschrauben gut geeignet, da sie sich auf vorgegebene Abscher-Drehmomente
einstellen lassen. Das Abreißen
des Kopfes gewährleistet
dann, daß die
Schraube 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.
-
Es darf daran erinnert werden, daß die moderne
Technik von Schraubverbindern üblicherweise verlangt,
daß nach
der Montage der entsprechenden Kontaktschrauben kein oder nur ein
sehr geringer Schraubenüberstand
außerhalb
des Schraubverbinders vorhanden ist. Mehrfach-Abscherschrauben können diese
Forderung bei entsprechender Auslegung ohne weiteres erfüllen.
-
Die herkömmliche Abscherschraube gemäß der WO
02/18 803 A1 ist so ausgebildet, daß der Schaft einer Reihe von
Gewindebereichen aufweist, die durch Einschnitte voneinander getrennt
sind, welche Sollbruchstellen bilden, um entsprechende Scherebenen
vorzugeben.
-
Weiterhin ist die herkömmliche
Abscherschraube so ausgebildet, daß sie einen zentralen Zapfen
mit unrundem Querschnitt aufweist, der eine ganz spezielle Funktion
besitzt und als elastisches Bremselement dient. Mit diesem zentralen
Zapfen mit unrundem Querschnitt, der aus einem zähen, elastomeren oder weichen
metallischen Material besteht, soll nämlich erreicht werden, daß der Kopf
der Abscherschraube nicht schlagartig abspringt, wenn das Abschermoment überschritten
wird. Vielmehr soll die Abscherschraube weich abreißen, wenn
das Abschermoment überschritten
wird, um auf diese Weise eine Verletzungsgefahr für einen
Monteur zu verringern.
-
Eine ähnliche Mehrfach-Abscherschraube
ist auch aus der
EP
0 692 943 A1 bekannt. Diese herkömmliche Abscherschraube weist
einen zylindrischen Körper,
der an seiner Außenseite
ein Gewinde besitzt, und einen Kopf an dem einen Ende des Körpers auf,
der Angriffsflächen
für ein
Antriebswerkzeug besitzt, wobei die Schraube mehrere axial getrennte
Sollbruchstellen aufweist, die eine Reihe von Scherebenen bilden.
-
Solche herkömmlichen Abscherschrauben sind
aber in der Praxis nicht immer zufriedenstellend, da sie separate,
axial beabstandete Gewindebereiche aufweisen, die an den Anschlußstellen
leicht beschädigt
werden können,
so daß das
Hineindrehen der Abscherschraube in ein Werkstück beeinträchtigt werden kann. Außerdem ist
bei herkömmlichen
Abscherschrauben die mechanische Belastbarkeit durch Einschnitte
im Gewinde stark reduziert.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine Abscherschraube der eingangs genannten Art anzugeben,
die eine robuste Konstruktion hat und eine zuverlässige Funktion
in der Praxis gewährleistet.
-
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, eine Mehrfach-Abscherschraube
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß in dem zentralen Zapfen axial
beabstandete radiale Einstiche eingearbeitet sind, daß der Körper eine
oder mehrere Scheiben aufweist, die auf den Zapfen aufgesteckt sind, und
daß der
Körper
an seiner Außenseite
ein durchgehendes Gewinde aufweist.
-
Mit der erfindungsgemäßen Schraube
wird die Aufgabe in zufriedenstellender Weise gelöst. In vorteilhafter
Weise können
die Einstiche zur Herstellung der Sollbruchstellen völlig unabhängig von
dem Gewinde an der Außenseite
des Körpers
eingearbeitet sein. Damit sind keine zusätzlichen „Kanten" an irgendwelchen
Gewindeabschnitten vorhanden, die bei der Handhabung beschädigt werden
können.
Mit einem durchgehenden, einstöckigen
Gewinde wird außerdem
sichergestellt, daß die
Schraube auch unter hohen mechanischen Belastungen zuverlässig funktioniert.
-
Die Anzahl der axial beabstandeten
radialen Einstiche und der entsprechenden aufgesteckten Scheiben
kann in Abhängigkeit
von den Gegebenheiten der Praxis gewählt werden, um eine beliebige
Anzahl von Scherebenen an den Sollbruchstellen vorzugeben, welche
von den Einstichen gebildet sind.
-
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schraube
ist vorgesehen, daß die
Einstiche als umlaufende Ringnuten ausgebildet sind. Auf diese Weise
wird ein gleichmäßiges Abscheren
der Schraube begünstigt,
wenn diese im Betrieb angezogen und ein vorgegebenes Drehmoment überschritten
wird.
-
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schraube
ist vorgesehen, daß sich
die Einstiche im Längsschnitt
der Schraube in radialer Richtung keilförmig verjüngen. Die jeweilige Scherebene
läßt sich damit
exakt vorgeben, an der die Schraube im Betrieb abreißen soll.
-
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schraube
ist vorgesehen, daß die
Einstiche in radialer Richtung unterschiedlich tief in das Material
des Zapfens eindringen. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Schraube
an den jeweiligen Einstichen erst dann abreißt, wenn das dort vorgegebene
Drehmoment an der jeweiligen Stelle überschritten wird. Insbesondere
läßt sich
vorgeben, an welcher Stelle die Schraube am leichtesten abreißt, und
welche Sollbruchstelle als letzte abreißt.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn
die Einstiche bei der erfindungsgemäßen Schraube einen ebenen Boden
aufweisen, der sich im wesentlichen senkrecht zur Mittelachse der
Schraube erstreckt. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Schraube
eine möglichst
glatte Bruchfläche
bildet, wenn die Schraube beim Überschreiten
eines vorgegebenen Drehmomentes an der Scherebene abreißt.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn
die Einstiche derart ausgebildet sind, daß die Schraube an den von ihnen
gebildeten Scherebenen bei Drehmomenten abreißt, die von dem vorderen Ende
der Schraube zu ihrem Kopf hin schrittweise zunehmen. Wird eine
solche Schraube im Betrieb verwendet und gegen ein Werkstück, beispielsweise
einen Leiter in einem Schraubverbinder angezogen, so wird erreicht, daß die Schraube
stets an der geeigneten Stelle abreißt.
-
Bei einer anderen Ausführungsform
ist vorgesehen, daß die
Abreiß-Drehmomente
von dem vorderen Ende der Schraube zu ihrem Kopf hin schrittweise
abnehmen. Dies hängt
von den jeweiligen Gegebenheiten ab.
-
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schraube
ist vorgesehen, daß die
Scheiben eine axiale Höhe
haben, die gleich dem axialen Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten
radialen Einstichen ist. Damit wird erreicht, daß die Schraube nach dem Abreißen eine
besonders glatte Bruchebene bildet.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn
die Scheiben eine glatte Oberseite haben, die plan oder einseitig
konvex oder einseitig konkav ausgebildet sein kann. Wenn die Oberseite
einseitig konkav ausgebildet ist, so kann man erreichen, daß die Sollbruchstelle
im Bereich des Zapfens gegenüber
dem äußeren Scheibenrand
leicht versenkt ist.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn
die Oberseite der jeweiligen Scheibe am Außenrand angefast ist. Auf diese
Weise ergeben sich nach dem Abreißen des Oberteiles der Schraube
keine unnötig
scharfen Kanten an dem verbleibenden Teil der Schraube.
-
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schraube
ist vorgesehen, daß die
Schraube an ihrem vorderen Ende einen ringförmigen Teller aufweist, der
einen Träger
für die
aufgesteckten Scheiben bildet. Der Teller bildet dabei einerseits
einen Anschlag für
die jeweiligen Scheiben und bildet andererseits den vorderen Kontaktbereich
der Schraube.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn
der Teller den gleichen Durchmesser wie die Scheiben aufweist. Dann
bilden der Teller und die aufgesetzten Scheiben eine homogene Einheit,
nämlich
einen zylindrischen Körper,
der an seiner Außenseite
das durchgehende Gewinde besitzt.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn
der Teller mit einer balligen Schraubenkuppe oder einer anderen
Kontaktgeometrie ausgebildet ist. Derartige Schrauben sind für elektrische
Schraubverbinder gut geeignet. Die Schraubenkuppe kann beispielsweise die
Form einer Kugelkalotte, eines sich verjüngenden Kegels oder einer flachen
Stirnseite einer Kontaktschraube haben.
-
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schraube
ist vorgesehen, daß die
Scheiben eine zum Zapfen komplementäre Innenausnehmung haben und
mit Preßsitz direkt
aufeinander auf den Zapfen aufgesteckt sind. Damit wird eine kompakte
Bauform der Schraube erreicht.
-
Im Prinzip kann für den Zapfen und die komplementäre Innenausnehmung
der Scheiben jede Kontur mit unrundem Querschnitt verwendet werden. In
der Praxis erweist es sich jedoch als zweckmäßig, wenn als unrunder Querschnitt
ein Vierkant oder insbesondere ein Sechskant verwendet wird, so
daß der Zapfen
und die Scheiben in formschlüssigen
Eingriff miteinander kommen.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn
das obere Ende des Zapfens den Kopf der Schraube für das Antriebswerkzeug
bildet. Dann ist keine weitere Bearbeitung des Zapfens erforderlich,
der die Aufnahme für
die jeweiligen Scheiben bildet.
-
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schraube
ist vorgesehen, daß der
Zapfen an seinem oberen Ende einen Außenkant aufweist. Insbesondere
kann es sich dabei um einen Außensechskant
handeln, so daß herkömmliche
Werkzeuge zur Anwendung gelangen können.
-
Bei einer anderen Ausführungsform
der Schraube ist vorgesehen, daß der
Zapfen an seinem oberen Ende 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.
-
Des weiteren wird gemäß der Erfindung
ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrfach-Abscherschraube angegeben,
das folgende Schritte aufweist:
-
- – Bereitstellen
eines Zapfens mit unrundem Querschnitt,
- – Einarbeiten
von axial beabstandeten radialen Einstichen in den Zapfen in vorgegebenen
Abständen,
- – Aufstecken
einer Anzahl von Scheiben auf den Zapfen zur Bildung eines zylindrischen
Körpers,
und
- – Einarbeiten
eines durchgehenden Gewindes an der Außenseite des zylindrischen
Körpers.
-
Auf diese Weise werden radiale Einstiche der
Schraube, welche axial beabstandete Sollbruchstellen an gewünschten
Scherebenen bilden, in geschützter
Form im Inneren der Schraube untergebracht, während die Schraube selbst an
ihrer Außenseite
ein durchgehendes Gewinde besitzt.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn
ein Zapfen mit einem radial vorstehenden Teller verwendet wird, der
einen Träger
für die
Scheiben bildet. Der Teller läßt sich
mit gewünschter
Form und Dimension vorgeben und bildet zugleich ein Auflager für die aufzusteckenden
Scheiben.
-
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, daß die
Scheiben mit formschlüssigem
Eingriff auf den Zapfen aufgesteckt und vor dem Einarbeiten des
Gewindes darauf fixiert werden. Damit wird eine besonders kompakte
und homogene Anordnung der Schraube erzielt.
-
Die Erfindung wird nachstehend, auch
hinsichtlich weiterer Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die
Zeichnungen zeigen in
-
1 eine
Seitenansicht eines Zapfens für eine
neuerungsgemäße Schraube;
-
2 eine
perspektivische Seitenansicht, schräg von oben, auf den Zapfen
gemäß 1;
-
3 eine
schematische perspektivische Darstellung der neuerungsgemäßen Schraube:
mit einem Zapfen und aufgesteckten Scheiben;
-
4 eine
schematische Draufsicht auf eine Scheibe für die neuerungsgemäße Schraube;
-
5 eine
perspektivische Seitenansicht einer Scheibe gemäß 4; und in
-
6 eine
schematische Seitenansicht einer neuerungsgemäßen Schraube.
-
In den 1 und 2 der Zeichnungen erkennt man
einen Zapfen 12 als Grundkörper für eine neuerungsgemäße Mehrfach-Abscherschraube.
Der Zapfen 12 hat zweckmäßigerweise einen symmetrischen Aufbau
bezüglich
der Mittelachse 38. Am vorderen Ende 14 des Zapfens 12 erkennt
man einen kreisförmigen
Teller 16, der an seiner Außenseite eine ballige Schraubenkuppe 18 besitzt,
die beispielsweise als Kugelkalotte ausgebildet sein kann und die
Angriffsfläche
einer Kontaktschraube bilden kann.
-
Zwischen einem Kopf 20 an
der Oberseite des Zapfens 12 und dem Teller 16 erkennt
man mehrere radiale Einstiche 22, die zweckmäßigerweise
einen ebenen Boden 24 haben, um Sollbruchstellen in gewünschten
Scherebenen vorzugeben.
-
3 zeigt
in schematischer Darstellung die gesamte Schraube 10 schräg von oben,
wobei kreisförmige
Scheiben 26 auf den Zapfen 12 aufgesteckt sind.
In den 4 und 5 sind derartige Scheiben 26 schematisch
dargestellt. Man erkennt, daß diese Scheiben 26 jeweils
eine Innenausnehmung 28 haben, die einen unrunden Querschnitt
besitzt und an den unrunden Querschnitt des Zapfens 12 angepaßt ist.
-
Die Höhe der Scheiben 26 ist
zweckmäßigerweise
so bemessen, daß sie
dem Abstand zwischen jeweils zwei axial beabstandeten Einstichen 22 entspricht.
Zweckmäßigerweise
sind diese Abmessungen, also die axialen Abstände der Einstiche und damit
die Höhe
der Scheiben gleichmäßig vorgegeben, so
daß derartige
Scheiben 26 in beliebiger Reihenfolge auf den Zapfen 12 aufgesteckt
werden können.
-
Bei der Anordnung gemäß 1 und 2 sind zwar nur drei derartige Einstiche 22 vorgesehen,
so daß dafür zwei Scheiben 26 verwendet
werden. Diese Anzahl kann aber selbstverständlich auch größer oder
kleiner sein, um eine gewünschte
Anzahl von Sollbruchstellen an den jeweiligen Scherebenen vorzugeben.
-
Es ist zwar auch möglich, zwischen
jeweils zwei Einstichen 22 zwei oder mehr Scheiben 26 zu verwenden,
jedoch ist es in der Praxis zweckmäßig, wenn die Anzahl der Scheiben 26 nicht
unnötig
groß ist,
um eine gute Stabilität
der Schraube 10 zu erzielen.
-
Bei der dargestellten Ausführungsform
hat der Zapfen 12 die Form eines gleichmäßigen Außensechskantes,
der die Scheiben 26 mit einer entsprechenden komplementären sechseckigen
Innenausnehmung 28 aufnimmt, wobei diese mit Preßsitz auf den
Zapfen 12 aufgesteckt werden. Es kann aber auch jede andere
Kontur mit unrundem Querschnitt für den Zapfen 12 bzw.
die Scheiben 26 verwendet werden, die jeweils komplementär zueinander
ausgebildet sind, um eine kompakte Bauform der Schraube 10 zu
gewährleisten.
-
Die Oberseite der obersten Scheibe 26 ist entsprechend
dem letzten Einstich 22 vor dem Kopf 20 der Abscherschraube 10 zugeordnet,
wie man den 3 und 6 entnehmen kann.
-
Wie aus den 3 und 6 ersichtlich,
bildet der Zapfen 12 mit den aufgesteckten Scheiben 26 einen
zylindrischen Körper 32,
an dessen Außenseite ein
durchgehendes Gewinde 34 eingearbeitet ist.
-
Der Kopf 20 ist bei dieser
Ausführungsform als
Außenkant 36 ausgebildet,
insbesondere als Außensechskant,
wobei seine äußere Kontur
die gleiche Form wie die darunter liegenden Zapfenbereiche 30 haben.
Dann braucht der Kopf 20 nicht mehr gesondert bearbeitet
zu werden.
-
Im Bedarfsfall kann der Kopf 20 aber
auch einen kleineren Querschnitt haben. Des weiteren ist es möglich, in
das obere Ende des Zapfens 12 einen zentralen Innenkant
axialsymmetrisch einzuarbeiten, insbesondere einen Innensechskant,
wenn dies gewünscht
ist.
-
Der Monteur hat dann die Möglichkeit,
das Werkzeug zum Anziehen der Schraube 10 zu wählen. Es
versteht sich von selbst, daß ein
derartiger Innenkant nur einen Bereich in dem Zapfen 12 einnimmt,
der oberhalb der letzten Scherebene 22 liegt. Eine derartige
Ausführungsform
ist in den Zeichnungen nicht eigens dargestellt.
-
Die in 1 und 2 schematisch dargestellten Einstiche 22 können bereichsweise
vorgesehen sein, sind aber zweckmäßigerweise als umlaufende Ringnuten
ausgebildet und verjüngen
sich im Längsschnitt
der Schraube in radialer Richtung keilförmig nach innen, um den Ort
der Sollbruchstellen exakt vorzugeben.
-
In Abhängigkeit von dem gewünschten
Abscher-Drehmoment an der jeweiligen Sollbruchstelle sind die Einstiche 22 in
radialer Richtung unterschiedlich tief in das Material des Zapfens 12 eingearbeitet.
Die Einstiche 22 haben dabei zweckmäßi gerweise einen ebener. Boden 24,
im wesentlichen senkrecht zur Mittelachse 38 der Schraube 10,
um für eine
glatte Bruchfläche
zu sorgen.
-
Die Einstiche 22 sind in
ihrer Dimensionierung zweckmäßigerweise
so ausgebildet, daß die Abscher-Drehmomente
vom Teller 16 zum Kopf 20 des Zapfens 12 schrittweise
zunehmen. Damit reißt die
unterste Sollbruchstelle gegebenenfalls zuerst bzw. die dem Kopf 20 benachbarte
Sollbruchstelle zuletzt ab, wenn die Schraube 10 gegen
ein Werkstück
angezogen und ein Drehmoment überschritten wird.
-
Bei einer anderen Ausführungsform
kann die Anordnung auch so getroffen sein, daß die Abreiß-Drehmomente von der Schraubenkuppe 18 am vorderen
Ende der Schraube 10 zu ihrem Kopf 20 hin schrittweise
abnehmen. Es werden dann entsprechende Angriffsflächen in
Form eines Innenkantes in der Schraube 10 vorgesehen, um
die entsprechenden Schraubenkomponenten schrittweise abzureißen.
-
Die Scheiben 26 haben bei
der dargestellten Ausführungsform
eine glatte, plane Oberseite. Diese kann aber auch einseitig konvex
oder einseitig konkav ausgebildet sein. In dem letzteren Falle wird
erreicht, daß die
Bruchfläche
am Zapfen 12 gegenüber der
Außenkante
der Scheibe 26 mit dem Gewinde 34 etwas versenkt
ist.
-
Zweckmäßigerweise ist die Oberseite
der jeweiligen Scheibe 26 am Außenrand angefast. Auf diese
Weise sind nach dem Abreißen
einer derartigen Abscherschraube an der Oberseite keine unnötig scharfen
Kanten vorhanden, die eine Muffe beschädigen könnten, welche beispielsweise
anschließend
um einen Schraubverbinder herum angebracht wird.
-
Bei einer derartigen Schraube 10 sind
die Sollbruchstellen, die von den Einstichen 22 gebildet sind,
geschützt
im Inneren der fertigen Schraube 10 untergebracht. Die
Schraube 10 selbst hat ein durchgehendes Außengewinde 34,
wie es in 6 angedeutet
ist.
-
Wenn eine derartige Schraube 10 im
Betrieb in ein Werkstück
mit Innengewinde hineingeschraubt wird, beispielsweise einen Schraubverbinder
mit eingesetztem Kabelleiter, so reißt die Schraube 10 an der
entsprechenden Abscherebene ab, wenn ein entsprechendes Abscher-Drehmoment überschritten wird.
Dann bricht der obere Teil des Zapfens 12 zusammen mit
der oder den darauf sitzenden Scheiben 26 ab. Die Oberseite
der darunter liegenden, eingeschraubten Scheibe 26 sowie
des radial innen befindlichen Bereiches des Zapfens 12 bildet
dann eine weitgehend ebene und geschlossene Bruchfläche.
-
Zur Herstellung einer derartigen
Schraube 10 wird ein Zapfen bereitgestellt, der einen unrunden Querschnitt
hat, beispielsweise als axialsymmetrischer Außensechskant, der an seinem
unteren Ende einen radial vorstehenden Anschlag besitzt, der als Auflager
für die
Scheiben 26 dienen soll. Anschließend werden in den Zapfen 12 entsprechende
radiale Einstiche 22 eingearbeitet, und zwar mit vorgegebener
Anzahl und Einstichtiefe in gewünschten
axialen Abständen.
-
Danach werden Scheiben 26 mit
komplementärer
Innenausnehmung 28 zur äußeren Konfiguration
des Zapfens 12 auf den Zapfen 12 aufgesteckt,
so daß sich
der zylindrische Körper 32 gemäß 3 ergibt. Der bereits erwähnte Anschlag
am unteren Ende des Zapfens 12 ist zweckmäßigerweise als
Teller 16 ausgebildet, der den gleichen Durchmesser wie
die Scheiben 26 hat.
-
Wenn die Scheiben 26, beispielsweise
mit Preßsitz
auf dem Zapfen fixiert sind, wird über den gesamten zylindrischen
Körper 32 an
der Außenseite ein
Gewinde eingearbeitet, insbesondere eingerollt oder eingeschnitten.
Damit entsteht das durchgehende Gewinde 34 gemäß 6, während die Sollbruchstellen
bildenden Einstiche 22 geschützt im Inneren der Schraube 10 untergebracht
sind.
-
Als Material für die Schraube 10 können übliche Metalle
bzw. Metall-Legierungen verwendet werden, die in Abhängigkeit
vom Verwendungszweck gewählt
werden. Bei speziellen Anwendungsfällen kann eine derartige Schraube
aber auch ganz oder teilweise aus Kunststoff oder einem anderen
Isolierstoff, zum Beispiel Keramik, bestehen.