DE4417921A1 - Befestigungsmittel zum Verbinden von Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Befestigungsmittel zum Verbinden von Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung des Befestigungsmittels gemäß Oberbegriff des Anspruchs 9.

Viele Arten von Befestigungsmitteln sind bekannt, beispielsweise Nieten oder Nägel zur nicht lösbaren mechanischen Verbindung von Werkstücken oder Schrauben zur löslichen Verbindung von Werkstücken. Dabei werden Nieten und Schrauben u. a. aus Stahl, Leichtmetallen oder Kunststoff hergestellt.

Im Fenster- und Fassadenbau z. B. kommt es darauf an, daß die Befestigungsmittel zum einen optisch ansprechend wirken und zum anderen die Korrosionsgefahr verhindert wird. Dazu werden die Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben einer Oberflächenbehandlung, wie z. B. das Aufbringen einer Zink-, einer Nickel- oder einer Chromschicht, unterzogen. Andererseits ist es bekannt, die Befestigungsmittel aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff, insbesondere aus einem korrosionsbeständigen Stahl, herzustellen, der nicht weiter behandelt werden muß.

Bei solchen aus gegen atmosphärische Korrosion beständige Stähle hergestellten Befestigungsmitteln treten jedoch fertigungstechnische sowie Festigkeitsprobleme auf. Rostfreie austenitische Stähle sind aufgrund ihrer Zusammensetzung durch Wärmebehandlung nicht härtbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Befestigungsmittel und ein Verfahren zur Herstellung des Befestigungsmittels zu schaffen, das optisch ansprechend wirkt, korrosionsbeständig ist und verbesserte Funktions- und Festigkeitseigenschaften hat.

Das Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 sowie des Merkmaie des Anspruchs 9 gelöst.

Vorzugsweise besteht das Befestigungsmittel aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen, und zwar zum einen aus einem, zähen, außen sichtbaren korrosionsbeständigen und zum anderen aus einem gehärteten Werkstoff. Das Befestigungsmittel weist den gehärteten Werkstoff in einem solchen Bereich auf, der erhöhten Beanspruchungen ausgesetzt ist. In einem weiteren Bereich des Befestigungsmittels, insbesondere in einem Bereich, der die Werkstücke befestigt und der Bereich, der sichtbar bleibt, besteht das Befestigungsmittel aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff. Hierdurch wird erreicht, daß die Verbindung der Werkstücke langfristig rostfrei gesichert ist und die freiliegenden Bereiche des Befestigungsmittels optisch ansehnlich bleiben.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besteht das Befestigungsmittel aus einer Schraube mit einem Kopf, einem Schaft und einem mit dem Schaft verpreßten Ring. Beide bestehen aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff. Der Ring ist mit einer Kalotte versehen. Der Schaftbereich der Schrauben zwischen dem aufgesetzten Ring und dem Schaftende ist mit einem Gewinde verstehen. Die vorzugsweise im Fensterbau verwendete Schraube wird in das Profil eingedreht, wobei der Ring als Anschlag dient. Die aus rostfreiem Material hergestellten Teile der Schraube garantieren eine lange Funktionsfähigkeit. Die Einschnürung zwischen dem Kopf und dem Ring dient vorzugsweise als Führung für ein Hebelgestänge mit Führungsschlitzen.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das Befestigungsmittel aus einer Schraube, deren Kopf und im wesentlichen deren Schaft aus einem korrosionsbeständigen zähen Edelstahl-Werkstoff hergestellt ist. Der dem Kopf gegenüberliegende Bereich des Schaftes besteht aus einem gehärteten Werkstoff. Dieser gehärtete Endbereich der Schraube ist als Spitze ausgebildet. Hiermit können z. B. moderne Edelstahlfensterrahmen ohne Vorbohrung gebohrt und geschraubt werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Befestigungsmittels wird nach Ausbildung des Rohlings zu einem zylinderförmigen Schaft mit Kopf dieser gerändelt und danach mit einem weiteren Teil aus rostfreiem Werkstoff im Bereich der Rändelung kraftschlüssig verpreßt. Erst darauffolgend erhält das Befestigungsmittel sein Gewinde und eine Bohrspitze, die abschließend gehärtet wird.

Ausführungsbeispiele sind auf der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1a) bis e) eine perspektivische Darstellung einer Schraube in Verfahrensschritten vom Zustand als Rohling bis in den Endzustand nach einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2a) bis e) eine perspektivische Darstellung einer Schraube in Verfahrensschritten zur Herstellung der Schraube nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 eine Perspektive einer Schraube in Variante zu Fig. 2b),

Fig. 4 und Fig. 5 Seitenansichten der Schraube mit Bohrspitze zum Verbinden zweier Bleche im unverbundenen und verbundenen Zustand,

Fig. 6 eine Perspektive einer Gewindeformschraube.

Die in den folgenden Ausführungsbeispielen beschriebenen Befestigungsmittel sind als Schrauben ausgebildet. Sie werden als Schrauben im Fenster- und Fassadenbau eingesetzt.

Fig. 1 zeigt die Verfahrensabschnitte a) bis e) zur Herstellung einer Spezialschraube nach dem ersten Ausführungsbeispiel. Ausgehend von einem zylindrischen Rohling (10) wird eine Schraube (11) mit einem Kopf (12), einem zylindrischen Schaft (13) und einem Ring (14) geschaffen. Der Rohling (10) besteht aus rostfreiem bzw. korrosionsbeständigem Stahl. Durch spanende Bearbeitung des Rohlings (10) wird der Kopf (12) und der zylinderförmige Schaft (13) ausgebildet (Fig. 1b). Nachfolgend wird der Schaft (13) in einem Schaftabschnitt mit einer Rändelung (15) versehen (Fig. 1c). Der gerändelte Schaftabschnitt (15) befindet sich vorzugsweise in einem dem Kopf (12) nahen Bereich des Schaftes (13).

In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß Fig. 1d wird der Ring (14) auf den Schaft (13) aufgeschoben und im Bereich der Rändelung (15) mit dem Schaft (13) verpreßt. Der Ring (14) ist rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei der Durchmesser der Ringbohrung in etwa dem Durchmesser des Schaftes (13) entspricht. Der Ring (14) ist aus einem gehärteten Stahl hergestellt.

In einem nachfolgenden Verfahrensschritt nach Fig. 1e wird der Schaft (13) mit dem Gewinde (17) versehen. Das Gewinde (17) erstreckt sich von dem gerändelten Schaftabschnitt (15) bzw. von dem Ring (14) bis zu einem dem Kopf (12) gegenüberliegenden Schaftende (18). Vorzugsweise kann das Schaftende (18) kegelförmig bzw. zu einer Spitze verlaufend ausgebildet sein.

Die Schraube (11) wird vorzugsweise zum Verbinden von Fensterprofilwänden eingesetzt. Diese befinden sich in einem Bereich des Schaftes (13), der mit dem Gewinde (17) versehen ist. Der Ring (14) dient als Anschlag beim Verbinden der Profilwände und liegt mit seiner einen Stirnfläche an der Wand an. In dem Bereich zwischen Ring (14) und Kopf (12) werden Riegelstangen geführt (nicht gezeigt). Hierdurch wird das Anbringen der Riegelstangen in die gewünschte Lage erleichtert und deren Herausreißen erschwert.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel gem. Fig. 2 wird in den Verfahrensabschnitten a) bis e) eine Schraube (19) aus zwei Rohlingen (30, 31) - Fig. 2a - gebildet und der Rohling (30) zu einem zylinderförmigen Schaft (21) mit Kopf (20) geformt. Der Schaft (21) besteht aus zwei Teilen, nämlich einem Schaftsegment (22), das einstückig mit dem Kopf (20) verbunden ist, und einem Schaftsegment (23), das aus dem Rohling (31) gebildet und mit dem Schaftsegment (22) verbunden wird (Fig. 2b).

Ein Teil der Schraube (19), nämlich der Kopf (20) und das mit diesem verbundene Schaftsegment (22) bestehen aus einem zähen, korrosionsbeständigen Stahl. Das weitere Schaftsegment (23) ist aus einem gehärteten Stahl gefertigt, so daß die Schraube (19) im Bereich des Schaftsegments (23) erhöhten Kraftbeanspruchungen widerstehen kann und insbesondere als Bohrspitze die Leichtmetall-, Kunststoff- und auch Edelstahlblechwände durchbohren kann.

Die Schraube (19) ist als Senkkopfschraube ausgebildet und weist an der Oberseite des Kopfes (20) einen Kreuzschlitz auf. Zur Herstellung des Schaftes (21) wird das Schaftsegment (22) im freien Endbereich im Querschnitt zu einem abgestuften Zapfen (25) verringert und mit einer Rändelung (24) versehen, so daß ein gerändelter Zapfen (25) entsteht (Fig. 2b). Das weitere Schaftsegment (23) weist an einer Seite eine Bohrung (26) auf (Fig. 2b), deren Tiefe in etwa der Ausdehnung des Zapfens (25) in Längsrichtung entspricht. Der Durchmesser des Zapfens (25) einerseits und der Bohrung (26) andererseits ist derart bemessen, daß die Schaftsegmente (22 und 23) im Bereich von dem Zapfen (25) bzw. der Bohrung (26) verpreßt werden (Fig. 2c). Nachdem die Schaftsegmente (22 und 23) miteinander verpreßt worden sind, wird der so gebildete Schaft (21) mit einem Gewinde (27) versehen, wobei die üblichen Maschinen zum Einsatz kommen (Fig. 2e).

Vorzugsweise befindet sich das Gewinde (27) im Bereich des Schaftsegments (22), so daß fertigungstechnisch die Gewindeanbringung auch vor dem Verpressen möglich ist. Nach dem Verpressen der Schaftsegmente (22 und 23) wird das Schaftsegment (23) derart weiter bearbeitet, daß der Schaft (21) zu einer Bohrspitze (28) ausläuft, die abschließend bearbeitet wird (Fig. 2d und 2e).

Fig. 3 zeigt eine Alternative zu Fig. 2, wobei die Schraube (19) hier ebenfalls aus zwei Rohlingen (30, 31) gebildet wird und einem Schaft (21) mit Kopf (20) und ein zweites Schaftteil (32) hat, welches aus dem Rohling (31) hergestellt und mit einem im Querschnitt verringerten, gerändelten Zapfen (33) versehen wird. Dieses zweit Schaftteil (32) wird mit seinem gerändelten Zapfen (33) in eine stirnseitige Bohrung (34) des Schaftes (21) eingepreßt, also umgekehrt wie bei Fig. 2 b.

Fig. 4 zeigt die Schraube (19) vor dem Verbinden zweier Bleche (35), z. B. rostfreie Bleche, wobei diese Schraube (19) mit ihrer Bohrspitze (28) sich in die Bleche (35) ein- und durchbohrt und Gewinde einschneidet; in Fig. 5 hat die Schraube (19) ihre Verbindungsstellung.

Der gehärtete Schaftteil (32) schließt die die Bohrspitze (28) und die beiden ersten Gewindegänge ein gemäß Maß X in Fig. 4; hierdurch wird eine einwandfreie Gewindeeinformung in die zu befestigenden und zu verbindenden Konstruktionsteile (35) erreicht.

Diese Schraube (19) kann wie Fig. 6 zeigt, auch ohne Bohrspitze als Gewindeformschraube ausgebildet sein, deren gehärteter und Gewindegänge aufweisender Schaftteil (32) dann in eine vorgebohrtes Loch der Konstruktionsteile (35) ein Gewinde einschneidet.

Claims (15)

1. Befestigungsmittel zum Verbinden von Werkstücken, mit einem zylinderförmigen Schaft und mit einem verbreiterten Kopf an einem Schaftende, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Teil des Befestigungsmittels aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff, insbesondere einem korrosionsbeständigen Stahl, besteht, der mit einem zweiten Teil aus gehärtetem Werkstoff, insbesondere gehärtetem Stahl, kraftschlüssig verbunden ist.

2. Befestigungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil einen Kopf (12) und einen zylindrischen Schafts (13) aufweist und als Rohling (10) zur Herstellung einer Schraube (11) in mindestens einem Schaftabschnitt eine Rändelung (15) aufweist, auf dem jeweils ein als Ring (14) ausgebildetes zweites und ggf. weiteres Teil kraftschlüssig aufgesetzt ist.

3. Befestigungsmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (13) in einem Schaftbereich zwischen dem gerändelten Schaftabschnitt (15) und einem dem Kopf (12) gegenüberliegenden Schaftende (18) ein Gewinde (17) aufweist.

4. Befestigungsmittel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Kopf (12) und dem gerändelten Schaftabschnitt (15) etwa einem Viertel der Schaftlänge entspricht.

5. Befestigungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Teil eine Schraube bilden, wobei das erste Teil einen Kopf (20) und ein mit diesem einstückig verbunden Schaftsegment (22) aufweist und das zweite Teil ein zweites Schaftsegment (23) umfaßt.

6. Befestigungsmittel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaftsegment (22) in einem Kopf (20) gegenüberliegenden Endbereich (24) einen Zapfen (25) aufweist, der reibschlüssig und formschlüssig in eine Bohrung (26) des zweiten Schaftsegments (23) eingreifbar ist zur Verbindung desselben mit dem Schaftsegment (22).

7. Befestigungsmittel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (25) und/oder die Bohrung (26) eine Rändelung aufweisen zur reibschlüssigen Verbindung von dem ersten Schaftsegment (22) und dem zweiten Schaftsegment (23).

8. Befestigungsmittel nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schaftsegment (22) mit einem Gewinde (27) versehen ist und das zweit Schaftsegment (23) als gehärtete Bohrspitze (28) ausgebildet ist.

9. Befestigungsmittel nach Anspruch 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaftteil (32) einen im Querschnitt abgestuften, gerändelten Zapfen (33) aufweist und in eine stirnseitige Bohrung (34) des Schaftes (21) eingepreßt ist.

10. Befestigungsmittel nach Anspruch 5, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das gehärtete Schaftteil (23, 32) die Bohrspitze (28) und die beiden ersten Gewindegänge (27) beinhaltet.

11. Verfahren zur Herstellung eines Befestigungsmittels, insbesondere einer Schraube, nach Anspruch 1 aus einem zylinderförmigen Rohling, dadurch gekennzeichnet, daß der aus korrosionsbeständigem Werkstoff bestehende Rohling (10) in mindestens einem Abschnitt gerändelt wird und dann unter kraftschlüssiger Verbindung mit mindestens einem zweiten, insbesondere aus gehärtetem Werkstoff bestehenden Teil verpreßt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einem Kopf (20) und einem ersten Schaftsegment (22) bestehende erste Teil an einem dem Kopf (20) gegenüberliegenden Endbereich (24) des Schaftsegments (20) gerändelt wird, das gerändelte Schaftsegmentende (Zapfen 25) in eine Bohrung (26) des ein zweites Schaftsegment (23) bildenden zweiten Teils gepreßt wird und dann der aus einem erstem und zweiten Schaftsegment (22, 23) gebildete Schaft mit einem Gewinde (27) versehen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Schaft (21) und Kopf (20) bestehende Schraubenteil im Schaft (21) mit einer Bohrung (34) versehen und das zweite Schaftteil (32) mit einem im Querschnitt verringert gerändeltem Zapfen (33) in die Schaftbohrung (34) eingepreßt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft im Endbereich des zweiten Schaftsegments (23) bohrspitzenförmig ausgearbeitet und gehärtet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das erste aus einem Kopf (12) und einem Schaft (13) bestehende Teil an einem Schaftabschnitt (15) gerändelt wird, ein Ring (14) als zweites Teil an dem Schaftende (18) aufgeschoben wird und im Bereich des Schaftabschnittes (18) aufgeschoben wird und im Bereich des Schaftabschnitts (15) mit dem Schaft (13) verpreßt wird und dann der Schaft (13) von dem gerändelten Schaftabschnitt (15) bis zum Schaftende (18) mit einem Gewinde (17) versehen wird.