DE3133638A1

DE3133638A1 - Schraube mit gezahnter kopfauflageflaeche

Info

Publication number: DE3133638A1
Application number: DE19813133638
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 8540 Rednitzhembach Pfaff
Original assignee: Richard Bergner GmbH and Co
Current assignee: Richard Bergner GmbH and Co
Priority date: 1981-08-26
Filing date: 1981-08-26
Publication date: 1983-03-10

Description

Schraube mit gezahnter Kopfauflagefläche
Die Erfindung betrifft eine in ein Werkstück einzudrehende Schraube mit gezahnter Kopfauflagefläche nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Mit der Wortwendung "in ein Werkstück einzudrehende Schraube" ist gemeint, daß es sich nicht um eine Schraube mit Mutter handeln soll, sondern um eine Schraube, die mit Hilfe ihres Gewindes im Werkstück selbst verankert wird, Solche Schrauben, die dazu noch mit einer gezahnten Kopfauflagefläche versehen sind, sind grundsätzlich bekannt. Sie dienen beispielsweise als sogenannte Sperrzahnschrauben und haben den Vorteil, daß sie mit verhältnismäßig geringem Drehmoment angezogen werden können, daß aber zu ihrem Wiederlösen ein wesentlich höheres Drehmoment erforderlich ist.
Dies ist darauf zurückzuführen, daß sich die Zähne beim Drehen der Schraube in Löserichtung in der Oberfläche des Werkstückes festkrallen. Um dies zu erreichen, sind die Zähne so geformt, daß die in Anzugsrichtung liegenden Zahnflanken derartiger Sperrzahnschrauben mit einer parallel zur Längsachse verlaufenden Geraden einen verhältnismäßig großen spitzen Winkel und die in Löserichtung liegende Flanke der Zähne mit dieser Geraden einen verhältnismäßig kleinen spitzen Winkel bilden.
Des weiteren sind Schrauben mit gezahnter Kopfauflagefläche bekannt, deren Zähne nach Art symmetrischer Keile geformt sind (Keilzahnschrauben), wobei der Flankenwinkel der einzelnen Zähne etwa 45° Neigung zu einer parallel zur Schraubenlängsachse verlaufenden Geraden aufweist. Bei dieser Schraube grenzen die Zahnfüße unmittelbar aneinander, so daß sich ein Zahnkranz ergibt, der sich beim Festziehen der Schraube mit Hilfe einer Mutter in weiche Werkstoffe, wie Holz o.dgl. einkrallt, wodurch die Schraube in der Einschraubstellung festgehalten wird, ohne daß es einer Gegenhalterung bedürfte.
Zweck der vorbekannten Schrauben mit gezahnter Kopfauflagefläche ist es in aller Regel,- die Schraube in einer gewünschten Stellung dadurch festzuhalten, daß sich die Schraube in der Oberfläche des Gegenlagers festkrallt. Dabei soll ein erhöhtes Reibungsmoment entstehen, wobei es völlig gleichgültig ist, auf welche Weise dieses erhöhte Reibungsmoment herbeigeführt wird. Auf die genaue Art, wie sich die Kopfauflagefläche in das Gegenlager mehr oder weniger stark einarbeitet, kommt es nicht an, so daß diesem Gesichtspunkt auch keine Aufmerksamkeit gewidmet worden ist.
Im Bereich der Elektrotechnik gibt es nun Anwendungsfälle, wo es auf die Art der Kontaktgabe zwischen der Schraube einerseits und dem metallischen Gegenlager andererseits besonders ankommt. Dieser Fall liegt insbesondere vor, wenn eine solche Schraube in ein metallisches Gegenlager eingeschraubt werden soll, welches oberflächlich mit einer dünnen Isolationsschicht, beispielsweise einer Lackschicht, einer Oxidhaut (Eloxalschicht) o.dgl. versehen ist. In solchen Fällen ist es erwünscht, eine Schraube zur Verfügung zu haben, die sich beim Einschrauben derart in die Oberfläche des Gegenlagers eingräbt, daß ein optimaler elektrischer Kontakt zustande kommt. Erwünscht ist es hierbei, daß die Zähne der gezahnten Kopfauflagefläche die Isolationsschicht, also beispielsweise die Lackschicht, hinreichend entfernt, ohne jedoch das darunterliegende metallische Gegenlager zu zerstören oder mehr als unbedingt erforderlich anzukratzen. Diesen speziellen Erfordernissen genügen die vorbekannten Schrauben nicht, zumal bei diesen infolge ihrer Konstruktion die beim Einschrauben abgekratzte Isolationshaut (Lack; Oxid o.dgl.) als Schmiermittel beim weiteren Eindrehen wirKt und dadUrch die gewünschte optimale Kontaktgabe behindert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Schrauben mit gezahnter Kopfauflagefläche derart weiterzuentwickeln, daß bei kleinem Drehwinkel in Anziehrichtung eine hinreichende Abschabewirkung auf der Oberfläche des Werkstückes zustande kommt und ein optimaler elektrischer Kontakt zwischen Schraube und Werkstück entsteht.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2-4 angegeben.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Schraube mit gezahnter Kopfauflagefläche dann den erwähnten Anforderungen besonders genügt, wenn einerseits der Winkel, den die in Anzugsrichtung der Schraube liegenden Zahnflanke mit einer parallel zur Schraubenlängsachse verlaufenden Graden bildet, 0 bis 600, vorzugsweise 40 bis 500 beträgt. Der Winkel ist in diesem Fall also wesentlich kleiner als bei den sogenanriten Sperr'zahnschrauben. Es bewirkt dies, daß beim Einschrauben die Oberfläche des Gegenlagers vorsichtig abgeschabt und dadurch der gewünschte elektrische Kontakt hergestellt wird. Andererseits gehört zu den erfindungsgemäß einzuhaltenden Bedingungen auch, daß das Verhältnis t/h am Außenumfang des Schraubenkopfes gleich oder größer als zwei ist, wobei t den Abstand der Zahnspitzen zweier benachbarter Zähne und h die Höhe der Zähne, also den Abstand zwischen der Zahnspitze und dem Zahngrund bedeuten. Durch Einhalten dieses Verhältnisses ist dafür gesorgt, daß zwischen den Zähnen hinreichend Platz vorhanden ist, um die beim Einschrauben abgeschabte Isolationshaut (Lack, Oxid, Phosphat o.dgl.) aufzunehmen, ohne daß diese Haut sich wieder zwischen die Oberfläche des metallischen Gegen lagers und die Kontaktzähne der Schraube legen könnte. Am vorteilhaftesten wird die erwähnte Bedingung eingehalten, wenn die Zähne jeweils durch eine Zahnlücke voneinander getrennt sind. Es ist indessen auch möglich, die Zahnlücke, je nach gegebener Ausgestaltung der Zähne teilweise auszufüllen, indem die in Löserichtung liegende Flanke der Zähne mehr oder weniger schräg durch diese Zahnlücke verläuft.
Eine solche Ausgestaltung kann vorteilhaft sein, weil hierdurch die Zähne in Anzugsrichtung zusätzlich abgestützt, also verstärkt werden. Eine solche Verstärkung kann sich insbesondere bei Schrauben bewähren, welche zum maschinellen Einschrauben bestimmt sind.
Des weiteren wird vorgeschlagen, daß die in Anzugsrichtung der Schraube liegenden Zahnflanken in Richtung der Zahnhöhe konkav oder konvex gekrümmt sind. Auch diese Maßnahme bezweckt, die Schabewirkung der Zähne zu erhöhen und diese gewissermaßen mit einer Spanleitfläche zum Ableiten der abgeschabten Isolationshaut zu versehen.
Um die Wirkung der vorgeschlagenen Verzahnung zu demonstrieren, wurden verschiedene Schrauben mit Gewinde M5 und Kopfaußenmaßen nach DIN 7985 hergestellt und diese mit verschiedenen Verzahnungen versehen. Es wurden hergestellt: Form 1: herkömmliche Sperrverzahnung; Form 2: erfindungsgemäße Verzahnung mit kleiner Teilung (50 Zähne auf den Umfang); Form 3: erfindungsgemäße Verzahnung mit größerer Teilung (30 Zähne auf den Umfang).
Die Abmessungen und Winkelgrößen der Zähne sowie das Verhältnis t/h der als Beispiel hergestellten Schrauben ist aus nachfolgender Tabelle ersichtlich: cc h t/h Form 1 80° 0,87 0,18 4,9 Form 2 45 0,63 0,18 3,5 Form 3 45 1,05 0,18 5,8 Die erzeugten Musterschrauben wurden in lackierte Blechstücke, welche mit Gewindelöchern versehen waren, eingeschraubt. Es zeigte sich, daß Form 1 nicht in der Lage war, die Lackschicht einwandfrei zu entfernen und optimalen elektrischen Kontakt herzustellen. Das Verhältnis t/h war zwar mit 4,9 größer als zwei, aber die in Anzugsrichtung liegende Zahnflanke bildete mit einer parallel zur Schraubenlängsachse verlaufenden Geraden einen Winkel α von 80°, der wesentlich größer als der erfindungsgemäß genannte Winkel ist. Die Formen 2 und 3 führten dahingegen zu blankgescheuerten, ringförmigen Auflagezonen, wobei jedoch die metallische Oberfläche so gut wie nicht beschädigt war. Durch Messung konnte gezeigt werden, daß zwischen der Schraube und dem metallischen Auflageblech ein optimaler elektrischer Kontakt hergestellt worden war. Es wurde beobachtet, daß der Effekt bei Form 3 besser war als bei Form 2, was auch wegen der vorhandenen größeren Zahnzwischenräume erklärlich ist.
Die vorgeschlagenen Schrauben können aus beliebigen metallischen Werkstoffen hergestellt werden. Sollen die Schrauben bei Werkstücken aus Stahl verwendet werden, so wird in der Regel ein Einsatzstahl oder auch ein unlegierter Vergütungsstahl verwendet. Eine zusätzliche Härtung der Zähne durch Einsatzhärten kann dabei vorteilhaft sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schraube; Fig. 2-4 perspektivische Ansichten einiger Zahnformen; Fig. 5-8 einige Abwicklungsdiagramme des Kopfaußenumfanges der vorgeschlagenen Schrauben.
Die in Fig. 1 dargestellte Schraube ist als Ganzes mit 1 bezeichnet. Sie besteht aus dem Schaft 2 und dem Schraubenkopf 3. Der Schaft 2 ist mit einem Gewinde 4 versehen, welches die Schraube zum Eindrehen in ein Werkstück geeignet macht.
Der Schraubenkopf 3 weist an seiner Kopfauflagefläche 5 eine Mehrzahl von Zähnen 6 auf, welche vom Schraubenschaft zum Außenrand des Kopfes verlaufen.
Die Zeichnung läßt erkennen, daß die in Anzugsrichtung der Schraube liegende Zahnflanke 7 mit einer parallel zur Schraubenlängsachse verlaufenden Geraden 8 einen Winkel 4 von dort 450 bildet. Das weiter noch erforderliche Merkmal, nämlich, daß das Verhältnis t/h am Außenumfang des Schraubenkopfes gleich oder größer als zwei ist, läßt sich aus Fig. 1 der Zeichnung nicht ablesen, sondern geht aus der im Text vorhandenen Tabelle hervor.
Die Figuren 2,3 und 4 zeigen einige Formen der Zähne 6 in perspektivischer Ansicht. Die jeweils in Anzugsrichtung der Schraube (die Anzugsrichtung ist in Fig. 1 durch den Pfeil 9 gekennzeichnet) liegende Zahnflanke 7 kann verschiedene Formen aufweisen. Im einfachsten Fall verläuft sie plan, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Sie kann aber auch konvex (Fig. 2) oder konkav (Fig. 3) gekrümmt sein oder auch schließlich eine zusätzliche Kante aufweisen, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist.
Die Figuren 5-8 zeigen einige Abwicklungen des Außenumfanges des Schrauben kopfes und lassen den Flankenverlauf der Zähne erkennen. In Fig. 5 ist der Fall dargestellt, daß die in Anzugsrichtung (also nach links) weisende Flanke 7 einen Winkel von 100 in der Senkrechten, also der Geraden 8 bildet. Eine derart steile Flanke übt beim Einschrauben der Schraube in das Werkstück eine gewollte und optimale Schabewirkung auf die Werkstückoberfläche aus. Erfindungsgemäß sind aber Winkel bis 600 (7' in Fig. 5) verwendbar, wobei das bevorzugte Optimum zwischen 40 und 500 liegt.
Fig. 5 läßt auch erkennen, daß der Zwischenraum 10 zwischen zwei benachbarten Zähnen teilweise durch die in Löserichtung liegende Zahnflanke 11 ausgefüllt ist.
Die derart verlaufende Zahnflanke 11 stützt den Zahn 6 in Anzugsrichtung ab, was insbesondere bei steil verlaufender Zahnflanke 7 erforderlich sein kann. Fig. 5 läßt erkennen, daß bei derart augebildeter Zahnflanke 11 immer noch hinreichend viel Zwischenraum 10- für die Aufnahme der abgeschabten Isolationshaut verbleibt.
Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform der Zahnflanke 11. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, daß sie den Zahn 6 in praktisch gleicher Weise wie eine gerade Flanke abstützt, jedoch einen etwas größeren Zwischenraum 10 zwischen den Zähnen freiläßt.
Weitere Ausführungsformen der Zahnflanke 11 und des Zwischenraumes 10 sind in den Figuren 7 und 8 dargestellt.
Die vorgeschlagene Schraube eignet sich in besonderem Maße als Anschlußelement eines elektrischen Leiters an einem Metallgegenstand, der an der Oberfläche einen elektrisch isolierenden Überzug aufweist. Die Schraube kann beispielsweise als Erdungsschraube verwendet werden, wobei ein Erdungsleiter z.B. mit einem metallischen Gehäuse, etwa einem Schaltschrank oder ähnlichem verbunden werden muß. Die Schraube eignet sich auch zum Verschrauben der Bleche des Schaltschrankes mit dem Gestell, also in allen Fällen, in denen es darauf ankommt, daß die miteinander zu verschraubenden Teile nicht nur mechanisch verbunden werden, sondern auch guten elektrischen Kontakt trotz Vorhandenseins der Isolationsschicht aufweisen.

Es hat sich gezeigt, daß die Zähne der vorgeschlagenen Schraube bei beschriebener Ausbildung sowohl Schichten von Isolationslack wie auch Oxidschichten, Phosphatschichten und ähnliche Isolierschichten sauber durchschneiden und die abgeschabten Späne oder Krümel ohne Beeinträchigung des elektrischen Kontaktes aufnehmen. POSITIONS-ZA@@@@@@@@ List of reference numbers

Kunde Akte Anmeider
Customer Bergner case 811g6 Applicant
Pos. Benennung/Designation Pos Benennung/ Designation Sonderpositionen/Special
1 schraube 51
2 Schaft 52
3 Schraubenkopf 53
4 Gewinde 54
5 Kopfauflagefläche 55
6 Zahne 56
7 Zahnflanke 57
8 Geraden 58
9 Pfeil 59
10 Zwischenraum 60
11 Zahnflanke 61
12 62
13 63
14 64
15 65
16 66
17 67
18 68
19 69
20 70
21 71
22 72
23 73
24 74
25 75
26 76
27 77
28 78
29 79
30 80
81
32 82
33 83
34 84
35 85
36 86
37 87
38 88
39 89
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L e e r s e i t e

Claims

Ansprüche ein Werkstück einzudrehende Schraube mit gezahnter Kopfauflagefläche, deren Zähne vom Schraubenschaft zum Außenrand des Kopfes verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die in Anzugsrichtung der Schraube liegenden Zahnflanken (7) mit einer parallel zur Schraubenlängsachse verlaufenden Geraden (8) einen Winkel ( oC ) von 0 bis 600, vorzugsweise 40 bis 500 bilden und daß das Verhältnis t/h am Außenumfang des Schraubenkopfes gleich oder größer als zwei ist, wobei t den Abstand der Zahnspitzen zweier benachbarter Zähne und h die Höhe der Zähne bedeuten.
2. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (6) jeweils durch einen Zwischenraum (10) voneinander getrennt sind.
3. Schraube nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Anzugsrichtung der Schraube liegenden Zahnflanken (7) in Richtung der Zahnhöhe konkav oder konvex gekrümmt sind.
4. Schraube nach wenigstens einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (6) im Querschnitt unsymmetrisch sind.
5. Verwendung einer Schraube nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4 als Anschlußelement eines elektrischen Leiters an einen Metallgegenstand, der an der Oberfläche einen elektrisch isolierenden Überzug aufweist.
6. Verwendung einer Schraube nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4 als elektrische Erdungsschraube.