DE10357550A1 - Selbstschneidende Schraube für Composit-Materialien - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine selbstschneidende Schraube. Die Schraube besteht aus einem Schraubenkopf (1; 101) und einem sich daran anschließenden Schraubenschaft (2; 102) und einer Schraubenspitze (3; 103). Auf dem Schraubenschaft (2; 102) sind zwei Gewindeabschnitte (5, 7; 105, 107) ausgebildet, die durch einen gewindefreien Abschnitt (6; 106) getrennt sind. Die Gewinde der beiden Gewindeabschnitte (5, 7; 105, 107) besitzen unterschiedliche Steigungen, wobei die Gewinde der beiden Gewindeabschnitte (105, 107) eine entgegengesetzte Steigung aufweisen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine selbstschneidende Schraube, insbesondere für Holz-Kunststoff-Composit-Materialien oder dergleichen, bestehend aus einem Schraubenkopf und einem sich daran anschließenden Schraubenschaft und einer Schraubenspitze, wobei auf dem Schraubenschaft zwei Gewindeabschnitte ausgebildet sind, die durch einen gewindefreien Abschnitt getrennt sind, und wobei die beiden Gewinde der zwei Gewindeabschnitte eine unterschiedliche Gewindesteigung aufweisen.
  • Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 200 07 321.4 ist eine Schraube der eingangs beschriebenen Art bekannt. Durch die Ausgestaltung dieser Schraube wird erreicht, dass beim Verschrauben von zwei aneinander liegenden Verbindungsteilen diese ohne Vorbohren derart miteinander verschraubt werden können, dass Spaltfreiheit zwischen den Verbindungsteilen gewährleistet und eine Vorspannung aufgebaut werden kann. Hierzu weisen die beiden Gewindeabschnitte Gewindegänge mit unterschiedlicher Steigung auf, wobei der der Schraubenspitze nahe Gewindeabschnitt eine größere Steigung aufweist, als der andere Gewindeabschnitt.
  • Eine derartige Schraube ist ebenfalls aus der GB-PS 2 169 051 bekannt. Auch die WO 99/15796 und die EP 0 460 264 A1 zeigen ähnliche Schrauben.
  • Bei der Verwendung der bekannten Schrauben zum Einschrauben in sogenannte Holz-Kunststoff-Composit-Materialien hat sich herausgestellt, dass eine verstärkte Spanbildung auftritt, wobei die Späne aus dem oberen Gewindegang heraus transportiert werden und unterhalb des Schraubenkopfes eine Aufwertung der Späne auftritt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die eingangs beschriebene Schraube derart zu verbessern, dass der Austritt der Späne im Bereich des oberen Gewindeabschnittes weitgehend verhindert wird.
  • Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Gewinde der beiden Gewindeabschnitte eine entgegengesetzte Steigung aufweisen. Erfindungsgemäß wird dies aber auch dadurch erreicht, dass der der Schraubenspitze nahe Gewindeabschnitt aus einem mehrgängigen, insbesondere zweigängigen Gewinde gebildet ist, wobei die Gewindegänge des mehrgängigen Gewindeabschnittes eine größere Gewindesteigung besitzen, als die Gewindegänge des dem Schraubenkopf nahen Gewindeabschnittes.
  • Mittels der Ausbildung mit gegenläufigen Gewindeabschnitten wird vermieden, dass die Späne aus dem oberen Gewindebereich heraustransportiert werden, wobei eine Aufwertung der Späne unterhalb des Schraubenkopfes ausgeschlossen ist.
  • Die Ausbildung einer relativ großen Gewindesteigung bei den Gewindegängen des mehrgängigen, insbesondere zweigängigen Gewindeabschnittes ermöglicht, dass auch die Steigung des eingängigen Gewindes vergrößert wird. Hierbei ist insbesondere ein Steigungsverhältnis von 2:1 vorteilhaft. Hierdurch wird insgesamt der Einschraubwiderstand gegenüber bekannten Schrauben ohne eine Reduktion der erreichbaren Härtekräfte verringert, da eine Verringerung der Haltekräfte bedingt durch die größere Gewindesteigung durch die Mehrgängigkeit des Gewindeabschnittes, der an die Schraubenspitze angrenzt, im Wesentlichen ausgeglichen wird.
  • Zudem wird durch den eingängigen Gewindeabschnitt mit der verringerten Steigung gegenüber der des mehrgängigen Gewindeabschnittes erreicht, dass die auftretenden Späne zurückgehalten bzw. in das Schraubloch zurückgedrängt werden.
  • Durch die insgesamt erfindungsgemäß erreichte Vergrößerung der Steigung in beiden Gewindeabschnitten gegenüber bekannten Schrauben verringert sich zudem die Spanbildung an sich.
  • Weiterhin entsteht durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung beim Einschrauben, sobald beide Gewindeabschnitte eingreifen, ein unterschiedlicher Vorschub auf Grund der unterschiedlichen Steigungen der beiden Gewindeabschnitte, so dass das obere, d. h. in Einschraubrichtung vordere Verbindungsteil gegen das untere, d. h. das in Einschraubrichtung folgende Teil gezogen wird. Hierdurch wird eine Spaltbildung zwischen den beiden Verbindungsteilen verhindert und gleichzeitig eine Vorspannung aufgebaut. Hierbei ist eine Dimensionierung der Gewindeabschnitte und des gewindefreien Abschnittes derart vorgesehen, dass im eingeschraubten Zustand der gewindefreie Abschnitt den Übergangsbereich zwischen den beiden Verbindungsteilen überbrückt.
    •
  • Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. An Hand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen selbstschneidenden Schraube,
  • 2 einen Schnitt durch eine Verbindung von zwei Verbindungsteilen mittels der erfindungsgemäßen Schraube gemäß 1,
  • 3 eine Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen selbstschneidenden Schraube und
  • 4 eine Draufsicht auf einen Schraubenkopf der erfindungsgemäßen Schraube gemäß 3.
  • Eine erfindungsgemäße Schraube, die als selbstschneidende bzw. selbstbohrende Schraube ausgebildet ist, besteht aus einem Schraubenkopf 1 und einem sich daran anschließenden Schraubenschaft 2 mit einer Schraubenspitze 3. Der Schraubenkopf 1 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 1 als Flachkopf ausgebildet. Der Schraubenschaft 2 weist einen konstanten Kerndurchmesser d auf, der sich im Bereich der Schraubenspitze 3 kontinuierlich verringert und am Ende der Schraubenspitze 3 ausläuft. Auf dem Schraubenschaft 2 ist ein erster dem Schraubenkopf naher Gewindeabschnitt 5 ausgebildet, an den sich ein gewindefreier Abschnitt 6 anschließt, der wiederum von einem zweiten der Schraubenspitze nahen Gewindeabschnitt 7 gefolgt wird, dessen Gewinde auf der Schraubenspitze 3 ausläuft. Der Gewindeabschnitt 5 weist ein Gewinde 9 auf, das als eingängiges Gewinde ausgebildet ist. Ein Gewinde 10 auf dem Gewindeabschnitt 7 ist als mehrgängiges Gewinde, insbesondere als zweigängiges Gewinde, mit zwei parallel verlaufenden Gewindegängen ausgebildet. Die Steigung der Gewindegänge des zweigängigen Gewindes ist größer als die Steigung der Gewindegänge des eingängigen Gewindes des Gewindeabschnittes 5. Das Steigungsverhältnis ist vorzugsweise 2:1. Somit ist der Vorschub im Gewindeabschnitt 7 mit der größeren Gewindesteigung größer, als der Vorschub im Gewindeabschnitt 5 mit der geringeren Gewindesteigung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die Gewinde 9, 10 der beiden Gewindeabschnitte 5, 7 den gleichen Gewindeaußendurchmesser D1. Es liegt jedoch ebenfalls im Rahmen der Erfindung, wenn diese beiden Gewindeabschnitte einen unterschiedlichen Gewindeaußendurchmesser aufweisen, wobei vorteilhafterweise der Gewindeaußendurchmesser des Gewindes 9 in einem derartigen Fall größer ist, als der Gewindeaußendurchmesser des Gewindes 10. In diesem Fall ist dann der Kerndurchmesser d der beiden Gewindeabschnitte 5, 7 ebenfalls entsprechend unterschiedlich groß dimensioniert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel läuft das Gewinde 10 auf der Schraubenspitze bis zu deren Endpunkt. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, wenn die Schraubenspitze 3 beispielsweise als Bohrspitze oder Reibspitze ausgebildet ist. Durch das Gewinde auf dem Gewindeabschnitt 5 mit der geringeren Gewindesteigung wird zusätzlich erreicht, dass auftretende Späne zurückgehalten bzw. in das Bohrloch zurückgedrängt werden. Auf Grund dessen, dass eine relativ große Gewindesteigung bei den Gewindegängen des Gewindeabschnittes 5 vorhanden ist, wird ein geringerer Einschraubwiderstand insgesamt erreicht, wobei die Ausführung als mehrgängiges Gewinde bzw. zweigängiges Gewinde nach wie vor große Haltekräfte gewährleistet. Der Schraubenkopf 1 weist an seiner Unterseite eine umlaufende, gegenüber seiner unteren Kopffläche 15 vorstehende Kante 14 auf. Durch diese Kante 14 werden beim Einschrauben etwa vorstehende Materialspäne durchtrennt. Durch die leicht nach innen gewölbte untere Kopffläche 15 wird zusätzlicher Aufnahmeraum für die Späne geschaffen.
  • Wie sich aus 2 ergibt, in der eine erfindungsgemäße Verbindung mittels einer erfindungsgemäßen Schraube, wie im Vorstehenden beschrieben, dargestellt ist, überbrückt der gewindefreie Abschnitt 6 den Anlagebereich der beiden durch die erfindungsgemäße Schraube verbundenen Verbindungsteile 12 und 13. Bei diesen Verbindungsteilen 12, 13 kann es sich vorteilhafterweise um Composit-Teile aus einer Holz-Kunststoff-Mischung handeln. Wie aus 2 zu entnehmen ist, ist im eingeschraubten Zustand der erfindungsgemäßen Schraube ein Verlauf der einzelnen Schraubenabschnitte derart gegeben, dass der Gewindeabschnitt 5 vorzugsweise ausschließlich in dem in Einschraubrichtung vorderen Verbindungsteil 12 verläuft und der Gewindeabschnitt 7 vorzugsweise ausschließlich in dem in Einschraubrichtung dahinter liegenden Verbindungsteil 13. Durch diese Ausgestaltung wird dann sichergestellt, dass im eingeschraubten Zustand der erfindungsgemäßen Schraube die beiden Verbindungsteile 12, 13 spaltfrei unter Vorspannung aneinander anliegen. Die Höhe der Vorspannung wird durch die Steigungsdifferenz und die damit verbundene Vorschubdifferenz beim Einschrauben der erfindungsgemäßen Schraube in die beiden Verbindungsteile 12, 13 bestimmt. Bei der erfindungsgemäßen Schraube ist ein Vorbohren der Verbindungsteile nicht erforderlich.
  • Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schraube, siehe 3, die als selbstschneidende bzw. selbstbohrende Schraube ausgebildet ist, besteht aus einem Schraubenkopf 101 und einem sich daran anschließenden Schraubenschaft 102 mit einer Schraubenspitze 103. Der Schraubenkopf 101 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel nach 3 als Flachkopf ausgebildet. Der Schraubenschaft 102 weist einen konstanten Kerndurchmesser d auf, der sich im Bereich der Schraubenspitze 103 kontinuierlich verringert und am Ende der Schraubenspitze 103 ausläuft. Auf dem Schraubenschaft 102 ist ein erster dem Schraubenkopf naher Gewindeabschnitt 105 ausgebildet, an den sich ein gewindefreier Abschnitt 106 anschließt, der wiederum von einem zweiten der Schraubenspitze nahen Gewindeabschnitt 107 gefolgt wird, dessen Gewinde auf der Schraubenspitze 103 ausläuft. Der Gewindeabschnitt 105 weist ein Gewinde 109 auf, das als eingängiges Gewinde ausgebildet ist. Ein Gewinde 110 auf dem Gewindeabschnitt 107 weist eine zum Gewinde 109 entgegengesetzte Steigung auf. Das Gewinde 110 ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel als eingängiges Gewinde ausgebildet, kann aber auch als mehrgängiges Gewinde, insbesondere zweigängiges Gewinde ausgeführt sein. Der Steigungswinkel der beiden Gewinde 109,110 ist gleich groß, kann aber auch unterschiedlich groß sein.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausführung mit den beiden gegenläufigen Gewindeabschnitten 105,107 wird vermieden , dass die Späne beim Eindrehen der Schraube in zwei zu verbindende Teile aus dem oberen Gewindebereich heraustransportiert werden. Vielmehr verbleiben die Späne im Bereich des Schraubenkopf nahen Gewindeabschnitts 105 und werden vorteilhaft in Richtung des Schraubenspitzen nahen Gewindeabschnittes 107 transportiert. Hierdurch wird eine Aufwertung der Späne unterhalb des Schraubenkopfes ausgeschlossen.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel nach 3 besitzen die Gewinde 109, 110 der beiden Gewindeabschnitte 105, 107 einen unterschiedlichen Gewindeaußendurchmesser D2, D3. Der Gewindeaußendurchmesser D2 des Schraubenkopf nahen Gewindeabschnittes 105 ist kleiner als der Gewindeaußendurchmesser D3 des Schraubenspitzen nahen Gewindeabschnittes 107. Vorzugsweise beträgt der Gewindeaußendurchmesser D2 5,3 mm, wobei der Gewindeaußendurchmesser D3 vorzugsweise 5,5 mm beträgt.
  • Der gewindefreie Abschnitt 106 weist bei den beschnebenen Ausführungsbeispielen einen Durchmesser D4 auf, der größer ist als der Kerndurchmesser d der jeweiligen Gewindeabschnitte 105, 107.
  • Die Gewindehöhe zwischen zwei Gewindegängen des Schraubenkopf nahen Gewindeabschnittes 105 ist kleiner als die Gewindehöhe zwischen zwei Gewindegängen des Schraubenspitzen nahen Gewindeabschnittes 107. Die Gewindehöhe zwischen zwei Gewindegängen des Schraubenkopf nahen Gewindes beträgt vorzugsweise 2,5 mm, wobei die Gewindehöhe zwischen zwei Gewindegängen des Schraubenspitzen nahen Gewindeabschnittes 107 vorzugsweise 2,8 mm beträgt.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform nach 3 weist der Schraubenkopf 101 an seiner Unterseite eine umlaufende, gegenüber seiner unterseitigen Kopffläche 115 vorstehende Kante 114 auf. Durch diese Kante 114 werden beim Einschrauben etwa vorstehende Materialspäne durchtrennt. Durch die leicht nach innen gewölbte untere Kopffläche 115 wird zusätzlicher Aufnahmeraum für die Späne geschaffen.
  • In dem in 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels ist die Länge des Schraubenspitzen nahen Gewindeabschnittes 107 etwa 2 bis 3 mal größer als die des Schraubenkopf nahen Gewindeabschnittes 105. Vorzugsweise ist die Länge des Schraubenspitzen nahen Gewindeabschnittes 107 2,6 bis 2,7 mal größer als die des Schraubenkopf nahen Gewindeabschnittes 105.
  • Der Schraubenkopf 101 ist 2 bis 3 mm hoch. Dieser ist insbesondere 2,6 mm hoch. Der Schraubenkopfdurchmesser am Gewindeschaft nahen Ende ist größer als der Durchmesser am gegenüberliegenden Ende, wobei der Schraubenkopfdurchmesser am Gewindeschaft nahen Ende insbesondere 8,1 mm beträgt und der Durchmesser am gegenüberliegenden Ende ca. 7,7 mm groß ist.
  • Der Schraubenkopf 101 weist eine Aufnahme 116 (4) für ein Drehwerkzeug zum Eindrehen der Schraube in zu verbindende Teile auf. Die Aufnahme 116 ist vorzugsweise als Innenvierkant ausgebildet. Es liegt allerdings auch im Sinne der Erfindung, dass der Schraubenkopf eine Aufnahme aufweist, die zur Aufnahme eines üblichen Drehwerkzeuges dient, wobei das Drehwerkzeug als Schlitz- oder Kreuzschraubendreher oder auch als Inbus ausgeführt sein kann. Selbstverständlich kann auch der Schraubenkopf 1 gemäß 1 diese Ausgestaltung aufweisen.
  • Im eingeschraubten Zustand der Schraube ist ein Verlauf der einzelnen Schraubenabschnitte derart gegeben, dass der Gewindeabschnitt 105 vorzugsweise aussschließlich in dem in Einschraubrichtung vorderen Verbindungsteil und der Gewindeabschnitt 107 vorzugsweise ausschließlich in dem in Einschraubrichtung dahinter liegenden Verbindungsteil verläuft. Ein Vorbohren der zu verbindenden Verbindungsteile ist bei der erfindungsgemäßen Schraube nicht erforderlich.

Claims (18)

  1. Selbstschneidende Schraube, bestehend aus einem Schraubenkopf (1; 101) und einem sich daran anschließenden Schraubenschaft (2; 102) und einer Schraubenspitze (3; 103), wobei auf dem Schraubenschaft (2; 102) zwei Gewindeabschnitte (5, 7; 105, 107) ausgebildet sind, die durch einen gewindefreien Abschnitt (6; 106) getrennt sind, und die Gewinde der beiden Gewindeabschnitte (5, 7; 105, 107) unterschiedliche Steigungen besitzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewinde der beiden Gewindeabschnitte (105, 107) eine entgegengesetzte Steigung aufweisen.
  2. Selbstschneidende Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungswinkelder beiden Gewindeabschnitte (105, 107) gleich groß ist.
  3. Selbstschneidende Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungswinkelder beiden Gewindeabschnitte (105, 107) unterschiedlich groß ist.
  4. Selbstschneidende Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindehöhe zwischen zwei Gewindegängen des Schraubenkopf nahen Gewindeabschnittes (105) kleiner ist, insbesondere 2,5 mm beträgt, als die Gewindehöhe zwischen zwei Gewindegängen des Schraubenspitzen nahen Gewindeabschnittes (107), die insbesondere 2,8 mm beträgt.
  5. Selbstschneidende Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeaußendurchmesser (D2) des Schraubenkopf nahen Gewindeabschnittes (105) kleiner ist, insbesondere 5,3 mm beträgt, als der Gewindeaußendurchmesser (D3) des Schraubenspitzen nahen Gewindeabschnittes (107), der insbesondere 5,5 mm beträgt, und die Gewindeabschnitte (105, 107) den gleichen Kerndurchmesser (d) aufweisen.
  6. Selbstschneidende Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Schraubenspitze nahen Gewindeabschnittes (107) etwa 2,0 bis 3,0, insbesondere 2,6 bis 2,7 mal größer ist, als die des Schraubenkopf nahen Gewindeabschnittes (105).
  7. Selbstschneidende Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf (101) 2 bis 3 mm, insbesondere 2,6 mm, hoch ist.
  8. Selbstschneidende Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der gewindefreie Abschnitt (106) einen größeren Durchmesser (D4) aufweist, als der Kerndurchmesser (d) der beiden Gewindeabschnitte (105, 107).
  9. Selbstschneidende Schraube bestehend aus einem Schraubenkopf (1; 101) und einen sich daran anschließenden Schraubenschaft (2; 102) und einer Schraubenspitze (3; 103), wobei auf dem Schraubenschaft (2; 102) zwei Gewindeabschnitte (5, 7; 105, 107) ausgebildet sind, die durch einen gewindefreien Abschnitt (6; 106) getrennt sind, und die Gewinde der beiden Gewindeabschnitte (5, 7; 105, 107) unterschiedliche Steigungen besitzen, dadurch gekennzeichnet, dass der schraubenspitzenahe Gewindeabschnitt (7) aus einem mehrgängigen Gewinde gebildet ist, wobei die Gewindegänge des mehrgängigen Gewindeabschnittes (7) eine größere Gewindesteigung besitzen als die Gewindegänge des dem Schraubenkopf nahen Gewindeabschnittes (5).
  10. Selbstschneidende Schraube nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mehrgängige Gewindeabschnitt (7) als zweigängiger Gewindeabschnitt ausgebildet ist.
  11. Selbstschneidende Schraube nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewinde (9, 10) beider Gewindeabschnitte (5, 7) den gleichen Gewindeaußendurchmesser (D1) besitzen, und die Gewindeabschnitte (5, 7) den gleichen Kerndurchmesser (d) aufweisen.
  12. Selbstschneidende Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (10;110) des zweiten Gewindeabschnittes (7; 107) auf der Schraubenspitze (3; 103) bis zu deren Ende verläuft.
  13. Selbstschneidende Schraube nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Steigungsverhältnis der Gewindesteigung der Gewindegänge des zweigängigen Gewindes zu der Gewindesteigung des eingängigen Gewindes wie 2:1 ist.
  14. Selbstschneidende Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf (1;101) an seiner Unterseite eine umlaufende, gegenüber seiner unterseitigen Kopffläche (15; 115) vorstehende Kante (14; 114) aufweist.
  15. Selbstschneidende Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopfdurchmesser am Gewindeschaft nahen Ende größer ist, insbesondere ca. 8,1 mm, beträgt, als der Durchmesser am gegenüberliegenden Ende, der ca. 7,7 mm groß ist.
  16. Selbstschneidende Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf (1,101) eine Aufnahme (116) für ein Drehwerkzeug aufweist.
  17. Selbstschneidende Schraube nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (116) als Innenvierkant ausgebildet ist.
  18. Schraubverbindung, bestehend aus zwei aneinanderliegenden Verbindungsteilen (12, 13), insbesondere aus einem Holz-Kunststoff-Composit-Material oder dergleichen, die durch eine in beide Teile eingeschraubte selbstschneidende Schraube miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbstschneidende Schraube nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildet ist und der gewindefreie Abschnitt (6; 106) den Anlagebereich der Verbindungsteile (12, 13) überbrückt.
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