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Bezeichnung: Treppenstufe mit Schraubverbindung
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Beschreibung: Die Erfindung betrifft eine Treppenstufe mit Schraubverbindung,
bei der eine Gewindehülse mit Innengewinde und Außengewinde vorzugsweise mit nach
unten offener Innengewindebohrung angeordnet und das Außengewinde eine große Ganghöhe
und tiefe Gänge mit Eignung zum Einschrauben in Spanplatten hat und wobei eine Ansetzprofilierung
für ein Einschraubwerkzeug vorgesehen hat.
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Einige Probleme für die Befestigung eines Tragbolzens in einer Treppenstufe
oder dgl. sind im deutschen Gebrauchsmuster 75 30 710 behandelt. Schon dort wurde
eine Gewindehülse mit Innengewinde und grobem Außengewinde verwendet. Diese war
nach Art der üblic}-len vielfältig benutzten Gewindehülse mit einer Durchgangsbohrung
und einem durchgehenden Innengewinde und einem bis zum Kopf durchgehenden Außengewinde
und einem Schraubendreherschlitz versehen. Sie wurde in eine Stufenbohrung eingedreht.
Im Zuge des zunehmenden Einsatzes von Holzwerkstoff-Treppenstufen haben sich eine
ganze Anzahl von Mängeln bei dieser Art der Gewindehülse gezeigt. Beim Eindrehen
läuft man Gefahr, die Hülse zu weit durchzudrehen und damit den Restbereich der
Treppenstufe unter der Trittfläche herauszudrehen. Da die Holzwerkstbffe wegen der
hohen Anforderung an die Tragfähigkeit sehr fest sind, ergeben sich erhebliche Probleme
beim Ubertragen des Drehmoments zum Eindrehen der Hülse über einen Schraubendreherschlitz
selbst wenn man einen Zentrierzapfen verwendet. Da die Bohrung nicht toleranzfrei
ausgebohrt werden kann, andererseits jedoch nicht zu groß dimensioniert werden darf,
damit die Hülse im Einbauzustand die großen Kräfte übertragen kann, werden beim
Eindrehen der selbstschneidenden Gewindehülse große Eindrehkräfte benötigt. Ein
ganz wesentliches Problem ist jedoch die Gefahr, daß der Monteur einen zu langen
Schraubenbolzen wählt und diesen zu weit in die Hülse eindreht, dann aus der Hülse
herausdreht und damit den dünnen Deckbereich der Treppenstufe,der nur etwa 5 mm
einschließlich Furnier beträgt, herausdrückt.
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Andererseits sind die Herstellungskosten für eine spangebend gefertigte
Gewindehülse recht groß. Die Verwendung von Stahl birgt außerdem die Gefahr der
Korrosion in sich.
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Der Erfindung; liegt die Aufgabe zugrunde, eine Treppenstufe mit Schraubverbindung
mit liner Gewindehülse derart auszugestalten, daß die Gewindehülse bei preiswerter
Herstellung nur bis zur gewünschten Tiefe eingedreht werden und auch das Durchdrehen
eines Gewindestabes verhindert werden kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß
die Gewindehülse einen vorzugsweise gechlossenen Boden und einen über den Außendurchmesser
d-es Gewindes vorstehenden Kopf aufweist, der die Ansetzprofilierung aufwe'ist,und
das Innengewinde auf dem ganzen Umfang bis zur kopfseitigen Stirnfläche reicht.
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Durch den geschlossenen Boden, der ggf. teilweise durchbrochen sein
kann, wird einem einzudrehenden Bolzen,auch wenn dieser mit großer Kraft eingedreht
wird, ein hinreichender Widerstand geboten. Der über den Außendurchmesser vorstehende
Kopf stützt sich im Kopfbereich auf dem Treppenstufenmaterial ab und verhindert
so, daß weder beim Eindrehen der Gewindehülse in die Treppenstufe noch beim Eindrehen
eines Schraubenbolzens in das Innengewinde die Gewindehülse so tief eingedreht werden
kann, daß der Deckbereich durchstoßen würde. Das auf dem ganzen Umfang durchgehende
Innengewinde ermöglicht es, den zur Verfügung stehenden Hub für den Schraubenbolzen
voll auszunutzen, was bei Gewindehülse mit Schraubenzieherschlitzen nicht der Fall
ist. Das ist für die Treppenmontage von großer Wichtigkeit, denn bei dem Masseneinsatz
solcher Schraubverbindungen und dem dafür zur Verfügung stehenden Montagepersonal
muß darauf geachtet werden, daß mit einer möglichst geringen Anzahl von Teilen auszukommen
ist. Da die Steigungen der Stufen stark variieren, muß ein größtmöglicher Bereich
des Gewindes ausgenutzt werden können. Die Mindesttraglänge beträgt etwa 0,8 d,
bei M 10 also etwa 8 mrn. Da ein Gewinde in einer Sackbohrung auch nicht bis zum
alleräußersten Ende eingeschnitten werden
wird kann, der Bodenraum
benötigt/und der Grund des Sackloches ausreichenden Platz zur Aufnahme nicht entfernbarer
Späne aufweisen muß und andererseits die Uberdeckung der Bohrung nicht zu gering
werden darf, ist es wichtig, gerade im Kopfbereich den letzten Teil auszunutzen,
für die Fälle, in denen die Schraube relativ wenig eingedreht ist. Diese Gestaltung
bietet auch gerade den Vorteil, daß sich im Bereich der Ansetzprofilierung ein innerer
geschlossener Ring befindet, der nicht aufgesprengt werden kann und demgemäß große
Krafteinleitungen in die Ansetzprofilierung ermöglicht.
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Theoretisch könnte man die Gewindehülse aus Vollmaterial herstellen.
Das würde jedoch zu beträchtlichen Kosten führen. Es hat sich nun in unerwarteter
Weise gezeigt, daß, obwohl seit langem qualifizierte Gießmetalle zur Verfügung stehen,
von der Fachwelt bisher nicht angenommen wurde, daß man eine Gewindehülse für eine
so hohe Belastung aus gegoßenejn Metall verwenden könnte. Es hat sich jedoch gezeigt,
daß insbesondere Zinkdruckguß für diese Anwendung bei geeigneten Durchmessern von
beispielsweise M 10 für das Innengewinde und etwa 18 mm für den Gewindeaußendurchmesser,
sehr gut brauchbar ist und daß damit die auftretenden Kräfte für Stufenverbindungen
gut übertragen werden können. Ggf. können Magnesiumlegierungen verwendet werden,
bei denen jedoch die Festigkeitswerte, die einem St 37 für die Schrauben zugeordnet
werden müßten, nur mit größeren Durchmessern oder Sondergewinden zu erreichen sein
werden. Bei spritzgegoßenen Metallgewindehülsen kann man den Boden auch problemlos
fertigen und das Außengewinde mit hinreichender Genauigkeit und vor allem sehr spitzen,
gut selbstschneidenden Flanken gut herstellen. Vor allem ist Korrosion leicht zu
vermeiden und eine beliebige Kopfgestaltung ohne Nachbearbeitung möglich. Wenn man
zudem das Innengewinde furcht, also in einem metallverdrängenden und verfestigenden
Gewindeherstellungsverfahren einbringt, so erhöht man weiter die Festigkeit
der
Innengewindegnge und kann ohne Schwierigkeiten die für die Anwendung im Bauwesen
erforderlichen Kräfte aulnchnen und übertragen.
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Al Außengewinde walze man zweckmäßig, ein Spitzgewinde mit kleinem
Ii'lakcnwinkel und mit großer Ganghöhe und großem, eine Trapezform des Ganges bildenden
Kerndurchmesser, welches selbstschneidend in Holzspanplatten eindrehbar ist. Dieses
verdrängt gerade soviel Material, wie leicht ohne Ausbrechen aufgenommen werden
kann, und bietet eine gute Verbindung zu der Holzspanplatte oder dem sonstigen Werkstoff.
Es kann auch als Zinkdruckgußteil oder dgl. gut gefertigt werden.
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Der Gestaltung des Kopfes ist besondere Aufmerksamkeit zu widmen.
Sie kann in vielfältiger Weise vorgenommen werden, wobei jedoch zu berücksichtigen
ist, daß das Innengewinde bis zur Stirnfläche reicht, und daß große Eindrehkräfte
möglichst ohne die Gefahr des Ausbrechens des Ansetzprofils zu übertragen sind.
Da der Kopf gleichzeitig ein Drehanschlag für die Gewindehülse ist, steht im Bereich
seiner Schulter ein günstiger Raum für das Ansetzprofil des Werkzeuges zur Verfügung.
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Man kann um den Gewindekragen die verschiedensten Profilformen mit
Mehrecken abgerundeten Angriffsflanken oder dgl. ausbilden. Eine besonders günstige
Ausbildung sieht am Kopf einen außen geschlossenen Ring vor, wobei das Ansetzprofil
zwischen dem Gewindekragen und dem Kopfaußenring mit stirnseitig zugänglichen Kupplungselementen
ausgebildet ist. Da die beiden Ringe geschlossen sind, besteht die Gefahr des Ausweichens
nicht und Kupplungselemente, wie Querstege oder Zähne in den verschiedensten Formen
können zwischen den beiden Ringen einstückig mit diesen ausgebildet werden, je nach
Material, ggf. auch in einem spanlosen Profilformverfahren, günstig jedoch zugleich
beim Druckguß. Besonders günstige Kraftübertragungsverhältnisse
bietet
eine Sägezahnprofil, wobei im Innenkreis die steile Flanke unmittelbar an den Fuß
der flachen Flanke anschließt. Im Außenbereich kann ein Zwischenraum sein oder die
Flanke kann anders gestaltet werden, da es im wesentlichen auf die steile Flanke
ankommt.
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Je nach den Gestaltungswünschen für das gestufte Sackloch kann die
Schulter geneigt oder lotrecht zur Gewindeachse verlaufen. Das Außengewinde kann
man bis zum Kopf durchgehen lassen, muß dann jedoch Vorkehrungen treffen, daß die
oberste Ecke des Gewindeloches nicht ausbricht und keine ungünstigen Verdrängungen
vorkommen.
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Zweckmäßig ist es, wenn das Außengewinde im Abstand vom Kopf endet,
beispielsweise im Abstand einer Ganghöhe. Dann kann sich die Kopfschulter sauber
auf die Stützfläche des gestuften Sackloches in der Treppenstufe auflegen.
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Die Gewindehülsen werden bei der Fertigung zweckmäßig maschinell zugeführt
und sind dann entsprechend in die Sacklochbohrungen der Treppenstufe einzubringen.
Dazu haben sie zweckmäßig im Bereich des Bodens ein von Außengewinde freies Einsetz-
und Zentrierende. Dessen äußerer Bereich sollte angeschrägt und in den Ubergängen
abgerundet sein. So kann'die Hülse gut in die Bohrung gleiten.
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Diese Sacklochbohrung in der Treppenstufe wird derart geringfügig
länger ausgeführt als die Gewindehülse, daß zwischen Hülsenboden und Bohrungsenden
ein Freiraum für Späne verbleibt und zwischen Bohrungsende und Stufenoberfläche
ein ausreichend druckfester Holz-und/oder Spanplattenbereich verbleibt. So wird
die Gefahr des Zerdrückens des dünnen Uberdeckungsbereiches auch bei Restspänen
vermieden. Die Sacklochbohrung mit einer gestuften Erweiterung für den Hülsenkopf
hat
in dieser Erweiterung zweckmäßig eine Tiefe, die etwas größer
als die Kopfhöhe ist, und wobei der Außendurchmel,ser vorzugsweise ebenfalls geringfügig
größer ist als der Kopfdurchmesser, so daß die Zentrierung im Gewindebereich erfolgt.
So kann auch bei dem Einbringen der Hülse vor dem Fertigschleifen vermieden werden,
daß die Schleifwerkzeuge über die Metallhülse arbeiten müssen. Auch stützt sich
das Distanzelement dann auf der Treppenstufe ab und verspannt die Gewindehülse in
ihrer Bohrung, je nachdem wie die Auflagefläche gestaltet ist. Als Stufen kommen
die verschiedensten Werkstoffe in Frage, in die man eine solche Gewindehülse einsetzen
kann, Insbesondere ist die Treppenstufe eine Holzwerkstoffstufe mit wenigstens im
Außenschichtbereich werdichteten Holzspanplattenkern und Naturholzfurnier. Weitere
Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus dem nachfolgenden,
anhand der Zeichnungen abgefaßten Beschreibungsteil.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der
Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 Die Schrägansicht eines geraden Treppenlaufs zur
Verdeutlichung der Anwendungsanordnung; Fig. 2 eine Seitenansicht der Gewindehülse;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Gewindehülse nach Fig. 2; Fig. 4 eine Stirnansicht
der Gewindehülse nach den Fig. 2 und 3 auf den Kopf gesehen; Fig. 5 eine Einbaudarstellung
ohne angeschlossenen Bolzen und Fig. 6 eine Darstellung des Einbaus der Gewindehülse
beim Einschrauben.
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Fig. 1 zeigt als Beispiel eine Treppe 10 mit Treppenstufen 11, die
zwischen Boden 12 und Podest 13 angeordnet und untereinander zumindest im Bereich
der freien Enden mit Tragbolzen 14 verbunden sind. Derartige Tragbolzen bestehen
heute in der Regel aus einer auf Abstand durch Schrauben einstellbaren Druckhülse
und einem zentralen Gewindeitab, der in die obere Stufe von unten eingeschraubi,
wird und unter der unteren Stufe mit einer Mutter gesichert wird. Diese bekannte
Tragbolzenkonstruktion ist nicht gezeichnet. Es wird in den folgenden Figuren nur
die Gewindehülse für die Stufe 11 näher erläutert.
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Die Gewindehülse 15 nach den Fig. 2 bis 4 ist ein einstückiges aus
Metall gefertigtes Teil, welches vorzugsweise in Zinkdruckguß, beispielsweise der
Zinklegierung Z 410 mit höheren Festigkeitswerten hergestellt ist. Die Gewindehülse
15 hat einen Schaft 16 und einen Kopf 17, die einstückig gefertigt sind. In den
Kopf 17 ragt der Gewindekragen 18 des :;caftes 16 hinein. So ergibt sich eine durchgehende
Innengewindebohrung 19, die am Boden 20 endet und von ihrem äußersten stirnseitigen
Ende 19.1 bis zum Auslaufbereich 19.2 mit einem metrischen Innengewinde 21 versehen
ist, welches soweit wie möglich bis zum Boden 20 reicht. Die Bohrung 19 ist bei
der Herstellung freigelassen und das Gewinde 21 ist in einem Furchvorgang durch
Materialverdrängung und Verfestigung so tief es eben möglich rist, bis zum Boden
20 eingebracht.
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Der Boden 20 verläuft senkrecht zur Achse 22 der Gewindehülse 15 und
hat eine geringe Waredstalke von etwa 1 bis 2 mm. Die Gewindehülse ist hier etwa
im Maßstab 2:1 dargestellt, wobei das Innengewinde 21 beispielsweise M 10 ist.
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Der Schaft 16 ist außen mit einem Außengewinde 23 Der sehen. Wie ersichtlich
handelt es sich um ein Spitzgewinde, dessen Flankenwinkel 24 etwa 300 beträgt und
dessen Ganghöhe h etwa 5 mm beträgt, während die
Gangtiefe tg etwa
2 bis 2,5 mm beträgt. Der KerndurcElme:::;c:r d kanri etw' 14 rnrn betragen, während
der Außendui'iine er 1 Ctw 1 18,5 8 , 5 mm beträgt. Das oberste Ende 16.1 des Schaftes,
1 6 ist auf einer Gänge von etwa 6 mm als Einführzapfen 16.1 frei vom Gewinde 23.
Dieses läuft scharfkantig aus, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, so daß es gut einschneidet.
Das äußerste Ende ist auf etwa 4 mm Länge unter einem Winkel von etwa -300 abgeschrägt,
so daß es einen gluten Einführbereich 16.2 gibt. Die Ecken sind verrundet, dort
wo der Einführbereich 16.2 in den Boden 20 übergeht. Am anderen, in der Einbaulage
unteren Ende 16.3 des Schaftes 16, an dem der Kopf 17 gebildet ist, ist ein Bereich
16.4 von etwa einer Ganghöhe von Gewinde frei und es schließt sich die rechtwinklig
zur Hülsenachse 22 verlaufende Kopfschulter 25 an, die in den Kopfaußenring 26 des
Kopfes 17 übergeht. Dieser hat eine zylindrische Außenumfangsfläche 26.1, die einen
Durchmesser D2 von etwa 22 mm hat. Der Außendurchmesser Dl des Gewindekragens 18
beträgt etwa 12 mm.
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In dem Zwischenraum 27 zwischen Gewindekragen 18 und Kopfaußenring
26 sind Kupplungselemente 28 des Ansetzprofiles 29 für das Eindrehwerkzeug 35 vorgesehen.
Hier sind sie beispielsweise als Sägezähne mit einer steilen Flanke 30.1 und einer
flachen Flanke 30.2 ausgebildet. Wie ersichtlich reicht auf dem inneren Kreis die
flache Flanke 30.2 bis an den Fuß der steilen Flanke 30.1, während im äußeren Kreis
ein Abstand belassen ist. Die steile Flanke 30.1 verläuft radial, so daß ein Drehwerkzeug
optimal angreifen kann. Da die Gewindehülse sehr schwer eingedreht werden kann,
braucht sie auch nicht wieder entfernt zu werden und es ist alle Aufmerksamkeit
auf eine möglichst günstige Gestaltung für das Eindrehen zu wenden, so daß die radiale
Flanke 30.1 eine optimale Gestaltung ist, deren Kräfte gut über die Sägezahngestaltung
mit der flachen Flanke 30.2 abgeleitet werden können, zumal die
KupI
rlg:(l(rrl(rlte 28 in Form von Sägezähnen zwei: dem Gewindekragen 18 und dem KopIaußenY:ir1g
26 einstückig ausgebildet sind und damit gestützt werden.
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Die steile Flanke 30.1 steht genau in Richtung der Achse 22 oder ist
nur ganz geringfügig zu dieser geneigt, wie es ggf. für das Entformen aus dem Werkzeug
erforderlich sein könnte. Die Wandstärke des Kopfaußenringes kann beispielsweise
etwa 1 mm betragen.
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Auch andere Kopf- und Gewindegestaltungen sind möglich.
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Die dargestellte Gewindegestaltung mit einem trapezförmigen Gangraum
23.2 bietet jedoch gute Einschraubmöglichkeiten in Holzspanplatten. Der Kopf kann
mit anderer Profilierung versehen sein, die evtl. auch von außen angegriffen werden
könnte.
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Die Fig. 5 zeigt die Treppenstufe 11, deren Kern 40 aus Holzspanplatte
besteht,die mit Furnierschichten 41 versehen ist. Eine Sacklochbohrung 42 ist von
der Unterseite 43 her eingebracht, bis zu ihrem Grund 44, der so gelegt ist, daß
eine Uberdeckung 45 von etwa 5 mm verbleibt. Die Bohrung ist im Grund etwa gerade
und hat einen Durchmesser 46, der dem Durchmesser d der Gewindehülse 15 entspricht,
nur höchstens bis zu einem halben Millimeter größer ist. Wie ersichtlich, liegt
das Ende 16.1 im Abstand vom Grund 44. Die Bohrung ist eine Stufenbohrung mit einem
Aufnahmeraum 47 für den Kopf 17 und hat eine Auflageschulter 48, auf der die Schulterfläche
25 des Kopfes 17 aufliegt. Dann liegt die Stirnfläche 17.1 des Kopfes in einem geringfügigen
Abstand von der Unterseite 43 der Stufe 11.
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Die Fig. 6 veranschaulicht das Eindrehen der Gewindehülse 15, wobei
gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. In die Innengewindebohrung
19 greift der Zapfen 3;j.1 des Eindrehwerkzeuges 35 ein. Dieses sitzt in einer Schraubspindel
50 und hat an seinem ,Schaft 51 Eingriffs elemente 52 in Form von Sägezähnen, die
mit den Kupplungselementen 28 in Form von Sägezähnen
des Kopfes
17 zusammenwirken. Wie ersichtlich, wird die Gewindehülse 15 von dem Werkzeug eingedreht,
bis der Kopf zur Anlage kommt.
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Bezeichnung: Treppenstufe mit Schraubverbindung Bezugszeichenliste:
10 Treppe 11 Treppenstufe 12 Boden 13 Podest 14 Tragbolzen 15 Gewindehülse 16 Schaft
16.1 oberes Ende/Einführzapfeh 16.2 Einführbereich 16.3 unteres Ende 16.4 Bereich
17 Kopf 17.1 Stirnfläche 18 Gewindekragen 19 Innengewindebohrung 19.1 äußerstes
stirnseitiges Ende 19.2 Auslaufbereich 20 Boden 21 Innengewinde 22 Achse 23 Außengewinde
23.2 trapezförmiger Gangraum 24 Flankenwinkel 25 Kopfschulter 41.1 StuSenoberfläche
26 Kopfaußenring 26.1 Außenumfangfläche 27 Zwischenraum 28 Kupplungselemente 29
Ansetzprofil 30.1 steile Flanke 30.2 flache Flanke 35 Eindrehwerkzeug 35.1 Zapfen
40 Kern 41 Furnierschicht 42 Sacklochbohrung 43 Unterseite 44 Grund 45 Uberdeckung
46 Durchmesser 47 Aufnahmeraum 48 Auflal)e:;chulter 50 Schraubspindel 51 Schaft
52 Eingriffselement h Ganghöhe tg Gangtiefe d Kerndurchmesser D Außendurchmesser
DI Außendurchmesser von 18 D2 Durchmesser von 26.1