DE3405756A1 - Mehrkantkopfschraube, z.b. durchsteckschraube mit unterlegscheibe - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Mehrkantkopfschraube, z.B.
• Durchsteckschraube mit Teilgewinde gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
• Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Sechskantkopfschrauben, die in hochfest vorgespannten Verbindungen im Stahlbau benutzt werden und die deshalb in aller Regel mit Sechskantmuttern verspannt werden.
• Solche Verbindungen halten die Teile fast immer durch den Kraftschluß zusammen, der sich aus den axialen Kräften der Verschraubung ergibt. Der Schraubenschaft wird jedoch bei diesen Verschraubungen auf Scherung beansprucht, wenn der Kraftschluß überwunden oder die Verspannung gelockert wird. Häufig sind solche Schrauben verzinkt. Die Verzinkung ist mit der Einwirkung von Wasserstoff beim Beizen des Materials verbunden. Diese ist gelegentlich für das Auftreten verzögerter Sprödbrüche verantwortlich, die zum Abplatzen von Schraubenköpfen führen. Dabei ist die Einwirkung von Wasserstoff auf den Schrauben stahl jedoch nur eine von mehreren möglichen Ursachen für das Auftreten von verzögerten Sprödbrüchen. Viele Ursachen sind bislang nicht oder nicht in ausreichendem Maße aufgeklärt.
• Die Erfindung geht von bekannten Mehrkopfschrauben dieser Art aus, welche bei der beschriebenen Sechskantkopfschraube mit Unterlegscheibe unter dem Schraubenkopf angewandt werden. Eine solche Unterlegscheibe hat die Aufgabe, mit Hilfe ihrer äußeren Ringfläche über eine an der Unterseite des Schraubenkopfes ausgebildete Stützfläche und ihrer inneren Ringfläche eine ausreichend große Unterstützungsfläche auf der Verbindung zu schaffen, welche durch die Verschraubunq hergestellt wird. Wenn bei derartigen Schrauben ein verzögerter Sprödbruch zum Abplatzen des Kopfes führt, geht die Unterlegscheibe mit dem Kopf und dem Schaft verloren, soweit nicht in seltenen Fällen der kopflose Schaft in den Bohrungen der Verbindung sitzenbleibt, wobei die Scheibe manchmal funktionslos auf dem abgebrochenen Schaftende steckt. Im Stahlbau sind diese Erscheinungen nicht selten. Da man sle nicht vermeiden kann, versucht man ihre Auswirkungen dadurch zu beseitigen, daß die abgeplatzten Schrauben ersetzt werden. Solche Arbeiten sind an vielen Stellen des Bauwerkes häufig schwierig und kostspielig. In der Praxis wirkt sich das meistens so aus, daß die fraglichen Schrauben entweder überhaupt nicht oder nur in längeren Zeitabständen ersetzt werden.
• Einzelne Schrauben mit abgeplatzten Köpfen vermitteln ntht nur von außen einen unbefriedigen Eindruck von der Sicherheit des Bauwerkes. Ihr Verlust bedeutet auch, daß der Widerstand der Verbindung gegen Scherkräfte stark herabgesetzt ist, wobei der abgeplatzte Kopf die Axialkräfte vollstndig aufhebt, welche die Teile der Verbindung kraftschlüssig verspannen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß zwar das Abplatzen des Schraubenkopfes nicht mit Sicherheit, wohl aber der Totalverlust der Schraube verhindert werden kann, um wenigstens den Schraubenschaft in der Verbindung als Scherbolzensicherung zu behalten, bis die Schraube ersetzt wird.
• Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Mehrkantkopfschraube mit Unterlegscheibe der als bekannt vorausgesetzten Art eine axiale Sperre vorzusehen, welche nach dem Abplatzen des Schraubenkopf es den Schraubenschaft in der Verbindung hält und auf diese Weise für die Aufrechterhaltung der Scherbelastbarkeit des verbliebenen Schaftes sorgt.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand ihrer Unteransprüche.
• Gemäß der Erfindung führt das Zusammenwirken des taillierten Schaftes mit der entsprechend erweiterten Schaftaussparung in -der Unterlegscheibe beim Anziehen der Schraube dazu, daß die UnterlegscheiDe sich mit der Schraube verspannt. Tritt der verzögerte, d.h.
• erst nach Fertigstellung der Verbindung auftretende Sprödbruch ein, der zum Abplatzen des Schraubenkopfes führt, so wird die Unterlegscheibe zur axialen Sperre, die den Schraubenschaft an der Taille in der Verbindung festhält, wo ein Rest der Axialkraft erhalten bleibt. Selbst wenn etwa durch das Abplatzen mehrerer Schraubenköpfe der Kraftschluß der Verbindung so weit verlorengeht, daß ihre Teile aufeinander zu gleiten beginnen, sorgen die in den Bohrungen verbliebenen Schraubenschäfte als Scherbolzen für die Begrenzung des Verschiebeweges in der Verbindung Die Erfindung hat deswegen auch den Vorteil, daß sie die Sicherheit des Bauwerkes auch nach dem Abplatzen der Schraubenköpfe nicht völlig verlorengehen läßt und daß deswegen die Auswechselarbeiten leichter und unter günstigen Bedingungen durchgeführt werden köilnen.
• Vorzugsweise und mit den Merkmalen des Anspruches 2 wird für eine Verminderung der Kerbwirkung am Übergang der Taille in den Schraubenkopf bzw. in einen zylindrischen bis kegelstumpfförmigen Hals erzielt, an dem der Schraubenkopf sitzt. Das geschieht durch einen Abrundungsradius entsprechender Größe.
• Mit den Merkmalen des Anspruches 3 läßt sich erreichen, daß die Kerbwirkung weiter herabgesetzt wird, weil dadurch der übergang in den Schaft noch weiter abgeflacht wird.
• Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Erfindungsgegenstandes anhand der Zeichnung, welche im rechten Teil eine erste, im linken Teil eine zweite Ausführungsform der Erfindung jeweils nur mit dem oberen, dem Schraubenkopf zugeordneten Teil der Verbindung erkennen läßt, wobei die Darstellung im übrigen abgebrochen ist.
• Die in der Zeichnung dargestellte und allgemein mit 1 bezeichnete Durchsteckschraube ist eine Schaftschraube mit einem nicht dargestellten Teilgewinde, wobei der Durchmesser des glatten Schaftes 2 gleich dem Durchmesser des Küllzyllnders des nicht dargestellten Gewindes ist. Die Verbindung besteht gewöhnlich aus wenigstens zwei formschlüssig zusammengehaltenen Teilen, von denen nur der dem Schraubenkopf 3 zugeordnete Teil 4 wiedergegeben ist. Die Teile der Verbindung 5 weisen Bohrungen 6 auf, die miteinander ausgefluchtet sind. In den ausgefluchteten Bohrungen steckt die Schraube, die auf der nicht dargestellten Seite mit einer oder mehreren Muttern von Unterlegscheiben verspannt wird.
• Auf der Oberseite 7 des Teiles 4 der Verbindung 5 stützt sich eine Unterlegscheibe 8 ab, welche einen Zylindermantel 9 und eine Außenfase 10 aufweist.
• Der Schraubenkopf 3 weist sechs Schlüsselflächen auf, von denen eine bei 11 dargestellt ist.
• In beiden Ausführungsformen der Erfindung weist der Schaft 2 unter dem Kopf 3 eine Taille 12 auf, welche bei 14 unmittelbar an den Schaftzylinder ansetzt und eine Mantelfläche aufweist, die der eines sich aus dem Schaft 2 verbreiternden Kegelstumpfes entspricht.
• Die Mantelfläche bzw. die Taille 12 endet bei 15, wobei jedoch ein nach einem Abrundungsradius R gekrümmter Übergang 16 vorgesehen ist. Der Übergang leitet die Mantelfläche 12 in die äußere Ringfläche 17 der Scheibe 8 über, auf der sich der Schraubenkopf abstützt. Im links dargestellten Ausführungsbeispiel ist zu diesem Zweck ein Hals 18 unter dem Schraubenkopf 3 vorgesehen, welcher eine an die Unterseite des Schraubenkopfes ansetzende Zylinderfläche 19 und einen daran ansetzenden Kegelstumpf 20 aufweist.
• Die Mantelfläche des Kegelstumpfes 20 dient als Stützfläche des Schraubenkopfes auf der äußeren Ringfläche 17.
• In dem links wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist die äußere Ringfläche 17 entsprechend der Kegelstumpfmantelfläche des Schraubenhalses abgeschrägt, wodurch sich ein flacher Übergang aus der Taille 12 in den Schraubenhals 18 ergibt.
• Beim rechts wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist der Schraubenhals lediglich mit dem Abschnitt 22 verwirklicht, der die Zylinderfläche 19 aufweist.
• Demzufolge ist die äußere Ringfläche 21 der Scheibe 8 eben. In jedem Fall endet die äußere Ringfläche 21 der Scheibe 8 an einer Fase 23, die ihrerseits das Ende einer Kegelstumpffläche 24 bildet, welche der Kegelstumpffläche 12 der Taille entspricht.
• Die Mantelfläche der Taille stützt sich beim Anziehen der Schraube auf der Kegelstumpffläche 24 der Scheibe 8 ab und nimmt derart einen Teil der Verspannkraft auf. Beim Bruch bzw. Abplatzen des Schraubenkopfes 3 bildet die Scheibe 8 eine axiale Sperre, die den Verlust des Schraubenschaftes 2 in der Verbindung 5 verhindert. Dieser wirkt.daher als Scherbolzensicherung.
• Die Taille 12 am Schraubenschaft und die abgeschrägte äußere Ringfläche 17 gemäß dem links dargestellten Ausführungsbeispiel ergeben zusammen einen flachen Übergang vom Schraubenkopf in den Schraubenschaft und vermindern auf diese Weise die Kerbwirkung am Ubergang mit dem Radius R.
• Die Fase 23 an der äußeren Ringfläche 17 der Scheibe 8 verhindert eine Beschädigung des überganges mit dem Radius R an der Schraube.

Claims (4)

1. Patentansprüche 1.

   Mehrkantkopfschraube, z.B. Durchsteckschraube mit Teilgewinde und Unterlegscheibe, die mit einr äußeren Ringfläche den Schraubenkopf unterstützt und deren Scheibenaussparung an einer Fase in die äußere Ringfläche übergeht, wobei die Unterlegscheibe mit einer inneren Ringfläche der Verbindung aufliegt, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , daß der Schraubenschaft (2) unterhalb des Kopfes (3) mit einer an den Schaftzylinder (2) ansetzenden Mantelfläche eines sich aus dem Schaft (2) verbreiterten liegelstumpfes tailliert ist, und daß die Aussparung der Unterlegscheibe (8) eine der Mantelfläche der Taille (12) anliegende Kegelstumpffläche (24) aufweist, Wliic an der der inneren Verbindung zugeordneten Ringfläche (21) der Unterlegscheibe (8) ansetzt und die Aussparung bis zur Innenfase (23) erweitert.
2. 2. Mehrkantkopfschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche der Taille (12) an einem Hals (18), auf dem der Schraubenkopf (3) sitzt oder an der Unterseite des Schraubenkopf es (3) endet und ein Übergang mit einem Abrundungsradius vorgesehen ist.
3. 3. Mehrkantkopfscbraube nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e 1 c hn e t , daß die äußere Ringfläche (17) der Unterlegscheibe (8) gemäß einer Kegelstumpffläche (20) des Schraubenhalses (18) abgeschrägt ist und bis zur Fase (8) reicht.
4. 4. Mehrkantkopfschraube nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Übergang aus der Mantelfläche der Taille (12) in den Hals (18) in einen zylindrischen Abschnitt (22). führt.