DE2154413A1 - Schraube für Metallbaukonstruktionen - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

H. NEGENDANK · dipl.-ing. H. HAUCK · dipl-phys. W. SCHMITZ

HAMBURG-MÜNCHEN ZUSTELLUNGSANSCHRIFT: HAMBURG 36 · NEUER WALL 41

TKI.. .16 74 28 UND 36 41 IS

Illinois Tool Works Inc.

MÜNCHEN 15 · MOZARTSTR. 23

8501 West Higgins Road telsssoss«

Ch« 111» 6063*1 /USA teleqb. negedapatent münchbn

Hamburg, 30. Oktober 1971

Schraube für Metallbaukonstruktionen

Die Erfindung betrifft eine Schraube zur Verwendung bei Metallbaukonstruktionen mit einem eine Klemmfläche aufweisenden Kopf, unter dem ein zusammendrückbarer Dichtungsring angeordnet ist und einem Gewindeschaft, dessen holzschraubenähnliches Gewinde einen zylindrischen Kern umgibt.

Die bisher zum Befestigen von Teilen einer Metallbaukonstruktion verwendeten Blechschrauben sind zur Erzielung einer wetterfesten Verbindung ungeeignet, da sie dazu neigen, aus dünnen und mittelstarken Blechen auszureißen. Beim Versuch, eine dichte Verbindung zu erzielen, traten große Schwierigkeiten auf, da die Blechschrauben nicht in der Lage waren, ein verhältnismäßig großes Drehmoment aufzunehmen.

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Es sind Versuche gemacht worden, um das !sei Anwendung eines großen Drehmomentes auftretende Ausreißen der Schrauben zu beheben. TJm die Drehmomentaufnahmefähigkeit der Blechschrauben zu erhöhen, sind Schrauben geschaffen worden, die sich vom Ende bis zum Kopf konisch erweitern, was sie jedoch flfc Metallbaukonstruktionen ungeeignet macht und sie außerdem auch unbequem zu handhaben sind. Die Dichtungseigenschaften dieser Schrauben sind ebenfalls mangelhaft, da es nicht möglich ist, eine Schraube herzu±ellen, deren Gewinde bis unmittelbar an die Klemmflache des Kopfes heranreicht.

Es sind ferner Holzschrauben mit Kopf und darunter angeordneter Dichtung bekannt, wie sie beispielsweise zum Befestigen von Wellplatten aus Asbestzement beim Abdecken von Dächern verwendet werden. Bei der Verwendung dieser Schrauben treten jedoch, wie nachfolgend noch ersichtlich werden wird, nicht die Probleme auf wie beim Gegenstand der Erfindung.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Schraube für Metallbaukonstruktionen zu schaffen, die ein verhältnismäßig großes Drehmoment aufnehmen kann, ohne aus einem Blechteil auszureißen und mit der eine geschützte und dichte Verbindung herstellbar ist. Die Schraube soll geeignet sein, wahlweise entweder zwei verhältnismäßig dünne

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Bleche zu verbinden oder ein einziges dünnes Blech an einem Bauteil zu befestigen, so daß gesonderte Schrauben für jeden Zweck in Fortfall kommen.

Diese Aufgabenstellung wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein erster Gewindeabschnitt mit gleichbleibendem Spitzendurchmesser in einen zweiten Gewindeabschnitt mit größerem Spitzendurchmesser übergeht, der sich von der Klemmfläche des Kopfes abwärts erstreckt und dessen axiale Länge die Dicke des nicht zusammengedrückten Dichtungsringes nicht überschreitet.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Schmibe wird das am Dichtungsring anliegende Blech aufwärts unter Zusammendrückung des Dichtungsringes zum Kopf hin gezogen, so daß eine wirksame Dichtung bei gleichzeitiger Verminderung der Gefahr des Ausreißens der Schraube aus dem Blech erzielt wird. Der obere zweite Gewindeabschnitt ist so bemessen, daß die Schraube wahlweise dazu verwendbar ist, ein Blech an einem Bauteil zu befestigen, ohne dem Eindringen des Gewindeschaftes in den Bauteil großen Widerstand entgegenzusetzen. Es ist somit möglich, überall dort dichte Verbindungen herzustellen, wo es bisher große SJawierigkeiten bereitete. Der zweite Ge-

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windeabschnitt bildet einen Bereich, über den das Blech bei zunehmendem Drehmoment hocbaezogen werden kann. Mit dem unter dem Kopf angeordneten Dichtungsring wird gleichzeitig das bei den bekannten Blechschrauben auftretende Problem gelöst, das darin besteht, daß das Gewinde nicht bis unmittelbar an die Klemmfläche des Kopfes gewalzt werden kann.

In zweckmäßiger Ausgestaltung das Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, daß der erste und zweite Gewindeabschnitt unterschiedliche Kerndurchmesser, Jedoch einen gleichbleibenden Steigungswinkel aufweisen.

Befriedigende Ergebnisse wurden erzielt, wenn der zweite Gewindeabschnitt einen Spitzendurchmesser hat, der wenigstens 10 % größer ist als der des ersten Gewindeabschnittes.

Gemäß der Erfindung können der erste und zweite Gewindeabschnitt gleiche Plankenwinkel haben. Es ist aber auch möglich, daß der erste und zweite Gewindeabschnitt unterschiedliche flankenwinkel haben.

Zweckmäßig ist die axiale Länge des zweiten Gewindeabschnittes im wesentlichen gleich der Dicke des nicht zusammenge-

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- 5 drückten Dichtun^ringes.

Zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sollen nunmehr anhand der Zeichnungen beschrieten werden. Es zeigen:

Pig. 1 eine Seitenansicht einer Schraube gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Teilseitenansicht der Schraube mit nicht zusammengedrücktem Dichtungsring;

Pig. 3 eine Seitenansicht wie Fig. 2, jedoch mit zwei durch die Schraube verbunden» Blechen;

Pig. 4 eine Seitenansicht wie Pig. 2, wobei die Schraube ein obäßs Blechteil mit einem unteren Bauteil verbindet;

Pig. 5 einen vergrößerten Teilschnitt der Schraube mit der bevorzugten Gewinfeform beider Gewindeabschnitt*; und

Pig. 6 einen vergrößerten Teilschnitt ähnlich der Pig. 5, jedoch mit einer abgeänderten Gewindeform des oberen Gewindeabschnitts.

In den Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen Besugs-

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zeichen versehen. Sie Schraube 12 gemäß der Erfindung weist einen Kopf 14 mit einer Klemmfläche 16 sowie einen Gewindeschaft 20 mit einem ersten Gewindeabschnitt 22 und einem zweiten Gewindeabschnitt 24 sowie eine Eintrittsspitze 18 auf. Die in Pig. 2 gezeigte Einheit 10 weist die Schraube 12 und einen Dichtungsring 26 auf, der dicht unter der Klemmfläche 16 auf dem zweiten Gewindeabschnitt 24 der Schraube angeordnet fet.

Die Eintrittsspitze 18 ist als Bohrerspitze ausgebildet, wie sie in der USA-Patentschrift 3 125 923 besforieben ist, wobei jedoch beim Erfindungsgegenstand andere Bohrerspitzen eder Eintrittsspitzen zur Anwendung kommen können.

Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die axiale Länge des oberen Gewindeabschnitts durch die Dicke des Dichtungsringes 26 bestimmt. Der gezeigte Dichtungsring, der in Verbindung mit der Schraube verwendet wird, ist in der USA-Patentschrift 3 500 712 beschrieben; es können jedoch verschiedene andere Arten von Dichtungsringen verwendet werden. Vie aus Pig. 2 ersichtlich, überschreitet die axiale Länge des oberen Gewindes 24 i« wesentlichen nicht die Dicke des nicht zusammengedrückten Difhtungaringee. Der obere Gewinde—

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abschnitt 24 kann sich etwas über den nicht zusammengedrückten Dichtungsring hinaus erstrecken, vorausgesetzt, daß das größere Gewinde nicht die Zusammendrückung des Dichtungsringes verhindert. Zwischen das Blech 28 und den Bauteil 32 kann eine zusammendrückbare Isolationsschicht (nicht dargestellt) gelegt werden, wobei offensichtlich das obere Gewinde 24 etwa 1 oder 2 Gewindegänge über den nicht-zusaamengedrükten Dichtungsring hinaus vorstehen könnte, wobei trotzdem eine wirksame dichte Verbindung herstellbar sein würde. Andererseits sollte die länge des oberen Gewindes 24 wesentlich geringer sein als die zusammengedrückte Dicke des Sichtungsringes, da anderenfalls Schwierigkeiten auftreten würden, um das Blech 28 auf dem Gewinde tochzuziehen.

Der Hauptabschnitt des Gewindeschaftes 20 weist einen ersten oder unteren Gewindeabschnitt 22 auf. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Spitzendurchmesser des ersten Gewindeabscbnitts 22, der mit D₁ bezeichnet ist, gleichmäßig und wesentlich kleiner als der Spitzendurchmesser des oberen oder zweiten Gewindeabschnitts 24 ist, der mit D bezeichnet ist. Der im

Ausfuhrmigsbeispiel gezeigte Spitzendurchmesser D₂ ist wenigstens 10 i» größer als der Spitzendurchmesser D₁, um eine höchst wirksame erfindungsgemäße Verbindung zu erzielen.

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In den Pig. 3 und 4 ist der Erfindungsgegenstand für zwei ohne weiteres austauschbare Befestigungsarten gezeigt. In Pig. 3 ist die Schraube in zusammengedrücktem Zustand in Verbiriüng mit zwei verhältnismäßig dünnen Blechen 28 und 30 gezeigt. Die in Pig. 3 gezeigten Bleche entsprechen dem, wie es gewöhnlich bei Metallbaukonstruktionen verwendet wird. Bisher war es sehr schwierig, zwei Bleche dieser Art zu verbinden, da die Shrauben dazu neigten, aus dem Bleh herausgerissen zu werden. Saher war es im allgemeinen schwierig, eine dichte Verbindung hierbei herzustellen.

In Pig. 4 dient der Erfindungsgegenstand dazu, ein verhältnismäßig dünnes Blech 28 mit einem verhältnismäßig großen Bauteil 33 zu verbinden. Die in den Pig. 3 und 4 gezeigte! Anwendungen sind die am meisten bei Metallbaukonstruktionen aus Blech angetroffenen, wobei es mit dem Erfindungsgegenstand möglich ist, ihn für beide Anwendungsgebiete gleich gut und wirksam zu verwenden.

Bei der Anwendung dringt die Einheit 10 entweder durch aei dünne Werkstücke 28 und 30 oder ein dünnes Werletück 28 und ein verhältnismäßig großes Bauteil 32. Auf die Schraube wird dann ein so großes Drehmoment ausgeübt, daß der Dichtuqpring

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26 zusammengedrückt wird. Wenn dies erreicht ist, wird ein weiteres axiales Einschrauben der Schraube in den Bauteil im allgemeinen unterbrochen. Ein weiterhin auf die Schraube ausgeübtes Drehmoment gestattet den Kanten 34 und 36 eines Loches in den Blechen 28 und 30, sich nach oben auf dem zweiten Gewindeabschnitt 24 zu verformen. Der Eingriff der Bleche 28 und 30 mit dem zweiten Gewindeabschnitt 24 erzeugt einen erhöhten Widerstand gegen das Ausreißen und bildet eine wirksame dichte Verbindung.

Sollte es erwünscht sein, ein Blech 28 an einem Träger od. dgl. Bauteil 32 zu befestigen, kann die Schraube verwendet werden, um die in fig. 4 gezeigte dichte Verbindung zu bilden. Hierbei wird die Schraube 12 in derselben Weise verwendet, wie bei der Verbindung der beiden dünnen Bleche. Wenn der Dichtungsring 26 sich seinem zusammengepreßtem Zustand nähert, wird das Blech 28 auf dan zweiten Gewindeabschnitt 24 hochgezogen. Da jedoch der zweite Gewindeabschnitt 24 eine begrenzte axiale länge hat, entsteht kein wesentlicher Eingriff zwischen dem zweiten Gewindeabschnitt 24 und dem Bauteil 32. Wenn Bomit eine weitere Axialbewegung der Schraube im wesentlichen abgeschlossen ist, wird durch nachfolgendes Drehen der Schraube 12 das dünne Blech 28 auf dem zweiten Gewindeab-

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schnitt 24 hochgezogen, wobei der Innenumfang des Dichtungsringes 26 weiter zusamnmgedrükt wird. Infolge des arteigenen Widerstandes gegen Ausreißen, was die Erfindung charakterisiert, kann auf die Schraube ein verhältnismäßig großes Drehmoment ausgeübt werden, so daß eine wirksame dichte Verbindung zwischen dem Blech 23 und dem Bauteil 32 herstellt wird. Es ist wichtig, zu bemerken, daß bei einem wesentlichen Vorstehen des zweiten Gewindeabschnitts 24 über die nicht zusammengedrückte Dicke des Dichtungsrings 26 hinaus die Schraube großen Widerstand dem weiteren Eindringen in den Bauteil 32 entgegensetzen würde. Jeglicher Widerstand dieser Art würde die wirksame Dichtung der Verbindung wesentlich mindern.

Aus der vorstehend beschriebenen Arbeitsweise ist ohne weiteres ersichtlich, daß eine einzige ScbraubeneinteLt 10 verwendet werden kann, um eine wirksame Dichtungsverbindung zwischen zwei relativ dünnen Blechen oder eine solche zwischen einem dünnen Blech und einem Bauteil zu bilden.

Fig. 5 zeigt eine der bevorzugten Ausführungsform entsprecbaade Teilschnittansicht der Gewindeform gemäß der Erfindung. Das Gewinde 38 des zweiten Gewindeabschnitts kann einen Flankenwinkel oC haben, der kleiner als der Flankenwinktl β

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des Gewindes 40 des ersten Gewindeabschnitts ist. Eine andere wahlweise Ausführungsform des Gewindes gemäß der Erfindung ist in Fig. 6 gezeigt. Das Gewinde 38a des aeiten Gewindeabschnitts kann einen Flankenwinkel oL ^ haben, der gleich dem Flankenwinkel β , des Gewindes 40a des ersten Gewindeabschnitts ist. Sie Fig. 5 und 6 zeigen aus Darstellungsgründen Winkel β I₀C ] und β ^, die etwa normalen Gewinden von 60° entsprechen, während aC etwa 30° beträgt.

Während der soweit beschriebene Erfindungsgegenstand zwei Gewindeabschnitte autelst, die unterschiedliche Spitzendurchmesser und unterschiedliche Kernduchmesser haben, umfaßt die Erfindung auch Schrauben mit zwei Gewindeabschnitten, die gleiche Kerndurchmesser haben.

Es wird darauf hingewiesen, daß die ordnungsgemäße Arbeitsweise des Erfindungsgegenstandes es erfordert, daß die beiden Gewindeabschnitte ineinander übeigehen, so daß das dünne Blech fortlaufend auf den zweitai Gewindeabscbnitt 24 hochgezogen werden kann. Hierdurch wird die wirksamste Arbeitsweise erreicht. Die Abschnitte 24 und 22 sind dargestellt, als ob sie im wesentlichen gleiche Steigungswinkel hätten. Obwohl dies die wirtschaftlichste Form für die Herstellung ist,

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kann es Schrauben geben, die unterschiedliche Steigungswinkel erforderlich machen. So sollen Schrauben, bei denen der zwei te Gewindeabschnitt 24 einen anderen Steigungswinkel als der Gewinäeabschnitt 2 hat, ebenfells von der Erfindung erfaßt sein.

Ss dürfte somit ersichtlich sein, daß mit der Erfindung eine Schraubeneinheit geschaffen ist, mit der zwischen zwei dünnen Blechte£Len und gleichzeitig zwischen einem dünnen Blechteil und einem großen Bauelement wirksame Dichtungsverbindungen hergestellt werden können. Mit der zuvor beschriebenen Erfindung werden Probleme beseitigt, die den Metallbaukonstruktionen anhaften, wobei die meisten Anwendungen mit einer einzigen Schraube gelöst werden können.

Während die Erfindung in Verbindung mit speziellen Ausfübrungsformen beschrieben worden ist, ist es für Fachleute offensichtlich, daß viele Änderungen vorgenommen werden

-können. Demgemäß sollen alle diese Änderungen, soweit sie in den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche fallen, mit erfaßt sein.

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Claims (6)

- 13 -Patentansprüche

1. Schraube zur Verwendung hei Metallkonstruktionen mit einem eine Klemmfläche aufweisenden Kopf unter dem ein zusammendrückbarer Dichtungsring angeordnet ist und einem Gewindeschaft, dessen holzschraubenähnliches Gewinde einen zylindrischen Kern umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Gewindeabschnitt (22) mit gleichbleibendem Spitzendurchmesser (D₁) in einen zweiten Gewindeabscbnitt (24) mit größerem Spitzendurchmesser (D₂) übergeht, der sich von der KlemmfJäche (16) des Kopfes (14) abwärts erstreckt und dessen axiale Länge die Dicke des nicht zusammengedrückten Dichtungsringes (26) nicht überschreitet.

as.'.

2. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der

erste und zweite Gewindeabschnitt (22 bzw. 24) unterschiedliche Kerndurchmesser, jedoch einen gleichbleibenden Steigungswinkel aufweisen,

3. Schraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gewindeabschnitt (24) einen Spitzendurchaesser (D₂) hat, der wenigstens 10 Ϊ* größer ist als der des ersten Gewindeabschnitts.

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4. Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äste und zweite Gewindeabschnitt (22 bzw. 24) gleiche Plankenwinkel haben.

5. Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Gewindeabschnitt (22 bzw. 24) unterschiedliche Plankenwinkel haben.

6. Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 5» datirch gekennzeichnet, daß die axiale länge des zweiten Gewindeabschnitts (24) im wesentlichen gleich der Dicke dss nicht zusammengedrückten Dichtungsringes (26) ist.

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