DE602004002898T2

DE602004002898T2 - Schraube besonders geeignet für Kunststoffe

Info

Publication number: DE602004002898T2
Application number: DE602004002898T
Authority: DE
Inventors: Kenneth R. Levey; Frank W. Bechtel Jr.
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2004-06-17
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2024-06-18
Also published as: CN100420862C; CA2471444A1; CN1584351A; US20040184897A1; EP1489313A1; CA2471444C; EP1489313B1; DE602004002898D1; ES2275185T3; US6976818B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Befestigungsmittel mit Gewinde, und insbesondere betrifft die Erfindung Befestigungsmittel mit Außengewinde, die besonders geeignet zur Benutzung in weichen Materialien wie z.B. Kunststoffen sind.
Verschiedene Befestigungsmittelkonfigurierungen wurden mit unterschiedlichem Erfolg zur Verankerung in weichen Materialien wie z.B. Kunststoff benutzt. viele Befestigungsmittel werden in Gewindeformungsanwendungen benutzt. Ein Vorbohrungsloch wird in dem Verankerungskörper ausgebildet, und die Gewinde des Befestigungsmittels schneiden in die Wand des Vorbohrungslochs, während das Befestigungsmittel eingeführt wird.
Verschiedene Materialien stellen die Auslegung von darin zu verankernden Befestigungsmitteln vor unterschiedliche Herausforderungen. Ein Merkmal vieler Kunststoffe, das als „Kunststoffkriechen" bezeichnet wird, macht es schwierig, eine dauerhafte Verankerung im Material zu erreichen. Kunststoffkriechen bezeichnet die dimensionalen Veränderungen, die im Laufe der Zeit in einem Kunststoffkörper auftreten. Es wird auch als Kaltverstreckung bezeichnet, und die Rate des Kriechens oder der Kaltverstreckung erhöht sich oft mit zunehmender Temperatur. Aufgrund von Kunststoffkriechen kann sich eine Verbindung, die durch ein Befestigungsmittel mit Gewinde, das in einem Kunststoffkörper verankert ist, im Laufe der Zeit lösen. In der Vergangenheit haben Auslegungen der Befestigungsmittel mit unterschiedlichem Erfolg versucht, die Auswirkungen zu kompensieren, die vom Kunststoffkriechen hervorgerufen werden.
Ein übliches Schraubgewinde kann als eine geneigte Rampe von zylindrischer Form betrachtet werden. Während eine Schraube nach unten angezogen wird, wandert das Material, in das die Schraube getrieben wird, die Rampe hinauf, und wird gegen den Schraubkopf gezogen. Beim abschließenden Anziehen wird das Material komprimiert, die Schraube selbst wird gestreckt, und eine Spannkraft wird erzeugt. Wenn das Material sich im Laufe der Zeit entspannt, wie es beim Kunststoffkriechen geschieht, weist das Material eine natürliche Neigung auf, an der geneigten Rampe des Schraubgewindes abwärts zu rutschen. Die Spannkraft geht verloren, und die Verbindung lockert sich.
Auch bei der Verankerung von Befestigungsmitteln mit Gewinde in Kunststoffkörpern, die Vibration ausgesetzt sind, sind Schwierigkeiten aufgetreten. Vibration kann das Material dazu veranlassen, sich auf der geneigten Rampe des Schraubgewindes zu bewegen, natürlich in Lockerungsrichtung. Es kann also schwierig sein, das vorgeschriebene Anzugsdrehmoment eines Befestigungsmittels mit Schraubgewinde in einem Kunststoffkörper aufrechtzuerhalten.
Aufgrund der Natur von Kunststoffen und der daraus gefertigten Strukturen wird es bevorzugt, dass ein Befestigungsmittel mit relativer Leichtigkeit in das Material getrieben wird. Allerdings tritt ein weiteres Problem auf, wenn das „Überdrehungsfenster" klein ist. Das Überdrehungsfenster ist die Differenz zwischen dem Drehmoment, das nötig ist, um die Schraube in das Material zu treiben, und dem maximalen Drehmoment, das an der angezogenen Schraube im Material tolerierbar ist, bevor es zu einem Überdrehen in dem Verankerungsmaterial kommt. Große Überdrehungsfenster sind wünschenswert, um ein unbeabsichtigtes Überdrehen zu verhindern, insbesondere wenn Elektroschraubendreher benutzt werden, um das Befestigungsmittel in das Material zu treiben.
Schrauben sind in verschiedenen Größen sowohl im Durchmesser als auch in der Länge vorgesehen. Es war üblich, Schrauben eines bestimmten Durchmessers mit gleichartigen Gewindegängen zu versehen. Allerdings wurde auf diese Weise festgestellt, dass eine Schraube einer Größe relativ gute Ergebnisse in Kunststoffen erzielen kann, während eine andere mit einer größeren oder geringeren Größe mit derselben allgemeinen Gewindeauslegung keine so guten Ergebnisse liefert. Es war deshalb schwierig, Schrauben unterschiedlicher Größe derart auszulegen, dass sie in ähnlichen Materialien gleich bleibend gute Ergebnisse erzielten.
Was der Stand der Technik benötigt, ist ein Befestigungsmittel mit Gewinde für Kunststoffe und andere weiche Materialien, das leicht in das Material zu treiben ist, jedoch trotzdem eine sichere Verbindung mit verbesserter Rückhaltung bereitstellt, auch wenn es Kunststoffkriechen oder Vibration ausgesetzt ist. Es muss außerdem eine Gewindeauslegung bereitgestellt werden, die skalierbar ist, um eine gleichmäßig verbesserte Leistung bei verschiedenen Schraubengrößen bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Befestigungsmittel mit Außengewinde bereit, das doppelte beabstandete Gewinde mit hoher und tiefer Konfigurierung aufweist, um die Materialverdrängung zu minimieren, während gleichzeitig die innere Beanspruchung gesenkt und die Zugkraft erhöht wird, die zum Herausziehen benötigt wird. An wenigstens einigen der Gewinde sind Druckflankenmerkmale vorgesehen, die in Verbindung mit dem Kunststoffkriechen wirksam sind, um die Rückhaltung zu verbessern, und die Lockerung des Befestigungsmittels in dem weichen Verankerungsmaterial zu minimieren. Für die Höhe und Beabstandung der Gewinde sind spezifische Verhältnisse vorgesehen, um eine verbesserte Leistung in Kunststoff zu erzielen, die gleichmäßig für Schrauben unterschiedlicher Größe gilt.
US-A-4 576 534 offenbart eine Gewindeform für weiches Material.
DE-A-19 848 717 offenbart eine Schraube zur Benutzung an Kunststoffkomponenten, die einen Kopf eines Schafts und ein Doppelgewinde aufweist.
US-A-2002/081171 offenbart eine Gewindeformungsschraube.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Befestigungsmittel mit Außengewinde vorgesehen, das Folgendes aufweist:
einen Schaft mit einem Kopfende und einem distalen Ende, wobei das distale Ende das Führungsende des Befestigungsmittels begrenzt;
ein Hochgewinde, das den Schaft helixförmig umgibt, wobei das Hochgewinde eine Hochgewindetreibflanke aufweist, die dem distalen Ende gegenüberliegend angeordnet ist, und eine Hochgewindedruckflanke, die dem Kopfende gegenüberliegend angeordnet ist; und
ein Tiefgewinde, das den Schaft helixförmig umgibt, wobei das Tiefgewinde eine Tiefgewindetreibflanke aufweist, die dem distalen Ende gegenüberliegend angeordnet ist, und eine Tiefgewindedruckflanke, die dem Kopfende gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die Tiefgewindeflanken einen Tiefgewindeöffnungswinkel von etwa 30 ° und etwa 120 ° aufweisen,
wobei:
das Hoch- und das Tiefgewinde jeweils flache Kämme aufweisen; und
das Hoch- und das Tiefgewinde an dem Schaft voneinander durch eine Nutfläche beabstandet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass:
die Hochgewindetreibflanke und die Hochgewindedruckflanke einen Tiefgewindeöffnungswinkel von etwa 35 ° und etwa 60 ° begrenzen; und
eine Serie von Vertiefungen in der Hochgewindedruckflanke ausgebildet sind.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Anordnung einer Schraube in einem Vorbohrungsloch eines Kunststoffwerkstücks vorgesehen, wobei:
das Vorbohrungsloch eine Vorbohrungslochwand in dem Werkstück aufweist, wobei das Vorbohrungsloch einen Durchmesser aufweist;
die Schraube eine Außengewinde-Befestigungsmittel gemäß einem der vorangehenden Ansprüche ist; und
die Anordnung das folgende Verhältnis erfüllt: A2 ≥ A1, wobei:A₁ der Bereich einer im Wesentlichen trapezförmigen Region des Hochgewindes ist, die in einer Ebene begrenzt ist, die eine Achse der Schraube enthält, wobei die erste Region eine erste, zweite, dritte und vierte Seite in dieser Ebene auf derselben Seite der Achse aufweist, wobei die erste und die zweite Seite parallel zu der Achse angeordnet sind, wobei sich die erste Seite entlang dem Hochgewindekamm von einer Kante desselben aus zu einer Mitte desselben erstreckt, wobei die zweite Seite eine Länge aufweist, die der halben Stärke des Hochgewindes an der Vorbohrungswand entspricht, und sich von einer Kante des Hochgewindes in der Ebene bis zu der Mitte des Hochgewindes erstreckt, wobei die dritte Seite senkrecht zu und sich zwischen der ersten und der zweiten Seite durch das Hochgewinde erstreckend angeordnet ist, und wobei die vierte Seite sich zwischen der ersten und der zweiten Seite entlang einer Flanke des Hochgewindes erstreckt; und
A₂ der Bereich einer zweiten im Wesentlichen trapezförmigen Region ist, die in der Ebene zwischen dem Hochgewinde und dem Tiefgewinde von der Nutfläche bis zu der Vorbohrungslochwand begrenzt ist, wobei die zweite Region auf derselben Seite derselben Achse eine erste, zweite, dritte und vierte Seite der zweiten Region aufweist, wobei die erste und die zweite Seite der zweiten Region im Wesentlichen parallel zu der Achse angeordnet sind, wobei sich die erste Seite der zweiten Region entlang der Nutfläche von dem Hochgewinde zu dem Tiefgewinde erstreckt, wobei die zweite Seite der zweiten Region sich entlang der Kante der Vorbohrungs lochwand zwischen der dritten Seite und der vierten Seite der zweiten Region erstreckt, wobei sich die dritte Seite der zweiten Region entlang dem Hochgewinde von der Nutfläche zu der Vorbohrungslochwand erstreckt, und wobei sich die vierte Seite der zweiten Region entlang dem Tiefgewinde von der Nutfläche zu der Vorbohrungslochwand erstreckt.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass ein Befestigungsmittel mit Gewinde für Kunststoffe bereitgestellt wird, das interne Belastungen reduziert und die Zugkraft zum Herausziehen des Befestigungsmittels erhöht.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass ein Befestigungsmittel mit Gewinde zur Benutzung in Kunststoffen und anderen Materialien bereitgestellt wird, das leicht eingetrieben werden kann, sich jedoch sicher in dem Material verspannt, wenn es leichter ausgebildet wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass ein Befestigungsmittel mit Gewinde für Kunststoffe bereitgestellt wird, das einer Lockerung durch Vibration oder Kunststoffkriechen widersteht.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass eine Auslegung eines Schraubgewindes mit verbesserter Leistung in Kunststoff bereitgestellt wird, das zur Anwendung auf verschiedene Schraubengrößen skaliert werden kann.
Eine bestimmte Ausführungsform gemäß dieser Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beschrieben werden; wobei:
1 eine Seitenansicht eines Befestigungsmittels mit Gewinde gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine vergrößerte Querschnitt-Teilansicht des Befestigungsmittels mit Gewinde ist, das in einem Vorbohrungsloch im Verankerungsmaterial angeordnet ist;
3 eine vergrößerte Querschnitt-Teilansicht ähnlich wie 2 ist, die jedoch einen anderen Abschnitt des Befestigungsmittels in einem anderen Abschnitt des Vorbohrungslochs zeigt;
4 eine vergrößerte Querschnitt-Teilansicht ähnlich wie 2 und 3 ist, die jedoch einen weiteren Abschnitt des Befestigungsmittels in einem weiteren Abschnitt des Vorbohrungslochs zeigt;
5 eine vergrößerte Querschnitt-Teilansicht eines Abschnitts des Befestigungsmittels mit Gewinde ist, die ein Merkmal zeigt, das an der Druckflanke des Hochgewindes des Befestigungsmittels zeigt, wobei der Querschnitt entlang der Gewindelänge erfolgte; und
6 eine vergrößerte Querschnitt-Teilansicht ähnlich wie 2 bis 4 ist, die das Merkmal der Druckflanke zeigt.
Unter genauerer Bezugnahme auf die Figuren, und dabei insbesondere auf 1, ist ein Befestigungsmittel mit Gewinde 10 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Befestigungsmittel 10 weist einen Kopf 12 auf einem Schaft 14 auf, wobei an dem Schaft 14 ein Hochgewinde 16 und ein Tiefgewinde 18 ausgebildet sind. Das Hochgewinde 16 und das Tiefgewinde 18 erstrecken sich von einem distalen Ende 20 des Schafts 14 in einer abwechselnd spiralartigen Weise entlang der Längserstreckung von Schaft 14 zu einem Kopfende 22 desselben benachbart zu Kopf 12.
Das Befestigungsmittel mit Gewinde 10 kann aus verschiedenen Materialien ausgebildet werden, und kann vorteilhafterweise in einem Kaltumformungsverfahren aus Metall ausgebildet werden. Das Befestigungsmittel 10 kann in verschiedenen unterschiedlichen Größen und Längen bereitgestellt werden, abhängig von der Anwendung und Nutzungsweise des Befestigungsmittels 10. Die vorliegende Erfindung kann vorteilhaft auf verschiedene Größen von Befestigungsmittel 10 angewandt werden, wie im Folgenden erläutert werden soll.
Das Hochgewinde 16 und das Tiefgewinde 18 sind in den Figuren in einer Erstreckung vom distalen Ende 20 zum Kopf 12 gezeigt. Allerdings können beide oder jeweils eins von ihnen in einigen Anwendungen und Nutzungsweisen der vorliegenden Erfindung über weniger als die volle Strecke von Schaft 14 vorgesehen sein. Beispielsweise können die Gewinde 16 und 18 vom distalen Ende 20 aus innen liegend beginnen, und beabstandet von Kopf 12 enden, derart, dass ein gewindefreier Abschnitt an Schaft 14 vorgesehen ist, und zwar entweder benachbart zum distalen Ende 20, benachbart zu Kopf 12, oder benachbart zu beiden.
Der Kopf 12 kann in verschiedenen Konfigurierungen bereitgestellt sein, die zum Verbinden mit und Angetriebenwerden durch ein Werkzeug oder Gerät geeignet sind. Beispielsweise kann der Kopf 12 eine Bohrung aufweisen, die darin ausgebildet ist, in der ein geeigneter Schraubenschlüssel oder ein Hand- oder Elektrowerkzeug aufgenommen werden können, um das Befestigungsmittel 12 zu drehen, während es zur Verankerung in einen Körper eingeführt wird. Der Kopf 12 kann mit einem Schlitz oder einer anders geformten Bohrung zum Aufnehmen eines Schraubendrehers oder anderen Geräts konfiguriert sein. Außerdem kann der Kopf 12 mit einer Außenkopfform konfiguriert sein, die flache Seiten zum Eingreifen in einen Schraubenschlüssel oder ein anderes, ähnliches Werkzeug aufweist. Außerdem kann der Kopf 12 eine konische Form aufweisen, um sich auf einer konkaven Bohrung zum Senken des Kopfs 12 in das Material, in dem er verankert ist, niederzulassen. Alle diese Konfigurierungen von Kopf 12 und Variationen derselben sind Fachleuten allgemein bekannt, und sollen hier nicht genauer beschrieben werden.
Im Querschnitt sind Hochgewinde 16 und Tiefgewinde 18 kegelstumpfförmig. Jedes weist jeweils eine Treibflanke 24 bzw. 26 auf, sowie jeweils eine Druckflanke 28 bzw. 30. Die Treibflanken 24 und 26 sind jeweils diejenigen kontinuierlichen Flächen der Gewinde 16 bzw. 18, die im Allgemeinen dem distalen Ende 20 zugewandt sind. Die Druckflanken 28 und 30 sind jeweils diejenigen kontinuierlichen Flächen der Gewinde 16 bzw. 18, die im Allgemeinen dem Kopf 12 zugewandt sind.
Wie durch die Terminologie nahe gelegt, erstreckt sich das Hochgewinde 16 vom Schaft 14 radial weiter nach außen als das Tiefgewinde 18.
Hochgewinde 16 ist mit einer Serie von Hohlräumen oder Vertiefungen 32 in Druckflanke 28 versehen. Vorteilhafterweise sind die Vertiefungen 32 im Hochgewinde 16 gleichmäßig vom Kopfende 22 bis zum distalen Ende 20 beabstandet. In einer Modifikation der vorliegenden Erfindung können die Vertiefungen 32 in einer oder mehreren helixförmigen Windungen des Hochgewindes 16 benachbart zu Kopf 12, oder in den helixförmigen Windungen des Gewindes 16, die am nächsten zu Kopf 12 angeordnet sind, vorgesehen sein, wenn das Gewinde 16 mit einiger Distanz von Kopf 12 beabstandet ist.
Um an späterer Stelle verschiedene physikalische Verhältnisse der Merkmale des Befestigungsmittels mit Gewinde 10 zu beschreiben, sollen nun unter Bezugnahme auf 2 bis 6 einige der Abmessungen desselben definiert werden. Die Längsachse des Befestigungsmittels 10 ist durch eine gestrichelte Linie 40 angezeigt. Der Radius von Schaft 14 ist durch eine Pfeillinie 42 angezeigt. Der Radius 42 beträgt die Hälfe des kleineren Durchmessers (⌀_min) des Befestigungsmittels 10, wobei es sich um den Durchmesser von Schaft 14 handelt. Das Hochgewinde 16 definiert einen größeren Durchmesser (⌀_hi), der das Doppelte des Radius des Hochgewindes beträgt, der in 2 durch die Pfeillinie 44 angezeigt ist. Das Tiefgewinde 18 definiert einen größeren Durchmesser (⌀_lo), der das Doppelte des Radius des Tiefgewindes beträgt, der in 2 durch die Pfeillinie 46 angezeigt ist. Das Hochgewinde 16 definiert einen eingeschlossenen Winkel (α_h), der in 2 durch Pfeillinie 48 angezeigt ist, und das Tiefgewinde 18 definiert einen eingeschlossenen Winkel (α_l), der durch Pfeillinie 50 angezeigt ist. Die Winkel, mit denen das Hochgewinde 16 und das Tiefgewinde 18 an Schaft 14 vorgesehen sind, definieren den Gewindegang, oder die axiale Beabstandung zwischen benachbarten Abschnitten jedes Gewindes. Pfeillinie 52 zeigt in dem Ausführungsbeispiel den Gewindegang an.
Hochgewinde 16 und Tiefgewinde 18 weisen jeweils abgeflachte Gewindekämme 62 bzw. 64 auf. Die Breite (f_c) der Kammflächen 62 und 64 ist jeweils dieselbe, und ist durch Pfeillinie 66 angezeigt.
Zwischen Hochgewinde 16 und Tiefgewinde 18 ist eine Nutfläche 68 begrenzt, und bildet eine Spiralfläche, die an Befestigungsmittel 10 vom distalen Ende 20 zum Kopf 12 abwärts verläuft. Die Breite (f_q) der Nutfläche 68 ist durch Pfeillinie 70 angezeigt.
Befestigungsmittel 10 wird in einem Vorbohrungsloch 72 in dem Kunststoffverankerungsmaterial 74 benutzt, wobei das Vorbohrungsloch durch eine Vorbohrungslochwand 76 begrenzt ist. Wie Fachleuten bekannt, kann das Vorbohrungsloch 72 sich verjüngen, wie z.B. mit einem eingeschlossenen Winkel von etwa einem Grad. So ist ein Durchmesser (⌀_hole) des Vorbohrungslochs in unterschiedlicher Tiefe des Vorbohrungslochs 72 verschieden. An der in 2 gezeigten Position ist der Durchmesser (⌀_hole) des Vorbohrungslochs annähernd gleich dem größeren Durchmesser (⌀_lo) von Tiefgewinde 18. 3 zeigt einen Bereich von Befestigungsmittel 10, der weniger tief in Vorbohrungsloch 72 liegt, wobei der Durchmesser (⌀_hole) des Vorbohrungslochs etwas größer ist als der Durchmesser (⌀_lo) des Tiefgewindes. In einem tieferen Abschnitt des Vorbohrungslochs 72, gezeigt in 4, ist der Durchmesser (⌀_hole) des Vorbohrungslochs geringer als der Durchmesser (⌀_lo) des Tiefgewindes.
Der eingeschlossene Winkel (α_h) 48 des Hochgewindes beträgt vorzugsweise etwa zwischen 35 ° und 60 °, und beträgt optimal etwa 48 °. Der eingeschlossene Winkel (α_l) 50 des Tiefgewindes beträgt vorzugsweise etwa zwischen 30 ° und 120 °, und beträgt optimal etwa 90 °. Die Breite (f_q) der Nutfläche 68 beträgt vorzugsweise etwa zwischen 0,003 und etwa 0,020 Zoll (etwa 0,075 und etwa 0,5 mm), und beträgt optimal etwa 0,005 Zoll (etwa 0, 125 mm). Die Breite (f_c) der Kammflächen 62 und 64 an jedem Gewinde Hochgewinde 16 und Tiefgewinde 18 beträgt vorzugsweise etwa zwischen 0,002 Zoll und etwa 0,010 Zoll (etwa 0,05 mm und etwa 0,25 mm). Das Verhältnis des Durchmessers (⌀_hole) des Vorbohrungslochs 72 zu dem Durchmesser (⌀_min) des Hochgewindes 16 liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 55 % bis 85 %, und kann für die meisten Größen von Befestigungsmitteln gemäß der vorliegenden Erfindung auf 80 % festgelegt sein.
Details zu Größe, Form und Positionierung der Vertiefungen 32 sind in 5 und 6 gezeigt. 5 zeigt einen Abschnitt von Druckflanke 28, im Allgemeinen entlang einer Krümmung, die der Längserstreckung des Gewindes 16 folgt. 6 ist eine axiale Querschnitt-Teilansicht von Befestigungsmittel 10. Die Vertiefungen 32 sind in einer radialen Richtung gestreckt, und sind an Hochgewindekamm 62 offen, wobei sie sich von dort aus über weniger als die volle Strecke bis zu Schaft 14 nach innen erstrecken. Der Radius der Krümmung am Boden jeder Vertiefung 32, angezeigt durch Pfeillinie 80, beträgt optimal etwa 0,008 Zoll (etwa 0,2 mm). Der Umfangszwischenraum zwischen benachbarten Vertiefungen 32, angezeigt durch Pfeillinie 82, beträgt vorzugsweise etwa 0,040 Zoll (etwa 0,1 mm). Die Tiefe jeder Vertiefung 32, angezeigt durch Pfeillinie 84, beträgt vorzugsweise etwa 0,005 Zoll (etwa 0,125 mm). Die Länge (Länge PPF) jeder Vertiefung 32, angezeigt durch Pfeil linie 86, ist vorzugsweise durch die folgende mathematische Beziehung definiert: 0 ≤ LängePPF ≤ 1/3(⌀hi – ⌀min)·sek(1/2αh).
Andere Formen können für die Vertiefungen 32 ebenfalls vorteilhaft benutzt werden. In einigen Nutzungsweisen der vorliegenden Erfindung können Vorteile erzielt werden, wenn die Vertiefungen sich von Kamm 62 nahezu vollständig bis zu Schaft 14 nach innen erstrecken. Auch ist vorgesehen, dass in einigen Anwendungen der Erfindung Vorteile erzielt werden, wenn Vertiefungen an der Druckflanke 30 des Tiefgewindes 18, wenigstens an der Außenkante desselben, benachbart zu Kamm 64 bereitgestellt werden.
Es wurde entdeckt, dass der Gewindegang, der durch Pfeillinie 52 angezeigt ist, Gewindehöhe und andere ähnliche Abmessungen, die in anderen Auslegungen von Befestigungsmitteln Auslegungskonstanten darstellten, alle als Variablen bei der Skalierung des Befestigungsmittels innerhalb allgemein akzeptabler Befestigungsmittelgrößen dienen können. Um die Vorteile der vorliegenden Erfindung von einem Befestigungsmittel einer Größe zu einem Befestigungsmittel einer anderen Größe beizubehalten, werden die Verhältnisse zwischen dem Volumen des muldenartigen Bereichs zwischen benachbarten Gewinden und dem Volumen der Gewinde, und insbesondere dem Volumen des Materials, das durch die Gewinde verdrängt wird, berücksichtigt. Diese Volumina variieren in jeder jeweiligen Anbringung eines Befestigungsmittels in einem Vorbohrungsloch, da das Standard-Vorbohrungsloch 72 für Kunststoffmaterial sich verjüngt.
Um die geeignete Gewindegröße und den geeigneten Gewindegang auszuwählen, werden drei verschiedene Situationen berücksichtig. Regionen, die von den Gewinden begrenzt werden, und Regionen innerhalb der muldenartigen Region zwischen Gewinden werden in zwei Abmessungen berücksichtigt, im Wesentlichen in einer Ebene einschließlich Befestigungsmittelachse 40. Die drei berücksichtigten Situationen sind Bereiche von Vorbohrungsloch 72, in denen der Vorbohrungslochdurchmesser (⌀_hole) gleich, größer und kleiner als der größere Tiefgewindedurchmesser (⌀_lo) ist.
Ein erster Bereich A₁ ist in den Figuren durch Bezugszeichen 90 ausgewiesen, und kann im Allgemeinen damit beschrieben werden, dass er einen Bereich des Verankerungsmaterials 74 darstellt, das durch Hochgewinde 16 an einer Position in Vorbohrungsloch 72 entfernt wird, die in einer Ebene einschließlich Achse 40 begrenzt ist. A₁ ist eine im Wesentlichen trapezförmige Region des Hochgewindes 16 in der Ebene, und beinhaltet eine Hälfte des Bereichs des Hochgewindes 16, das in dem Verankerungsmaterial 74 eingebettet ist. A₁ weist erste und zweite gegenüberliegende parallele Seiten 92 bzw. 94 auf, die parallel zu Achse 40 liegen. Die erste Seite 92 weist eine Länge auf, die gleich der Hälfte der Breite (f_c) ist, und erstreckt sich entlang der Kammfläche 62 von der Kante derselben zur Mitte derselben. Die zweite Seite 94 von Bereich A₁ weist eine Länge auf, die gleich der Hälfte der Dicke des Hochgewindes 16 an der Vorbohrungslochwand 76 ist, und erstreckt sich von einer Kante der Vorbohrungslochwand 76 in der genannten Ebene bis zur Mitte des Hochgewindes 16. Eine dritte Seite 96 von Bereich A₁ ist senkrecht zu und erstreckt sich zwischen den Seiten 92 und 94, und weist eine Länge auf, die gleich der Höhe des Hochgewindes 16 von der Vorbohrungslochwand 76 bis zum Hochgewindekamm 62 ist. Eine vierte Seite 98 des Bereichs A₁ ist die Länge, mit der das Hochgewinde 16 in dem Verankerungsmaterial 74 entlang einer Flanke von Hochgewinde 16 eingebettet ist. Die Abmessungen der zweiten, dritten und vierten Seite 94, 96 und 98, die den Bereich A₁ begrenzen, sind an verschiedenen Positionen entlang dem sich verjüngenden Vorbohrungsloch 72 unterschiedlich, wie durch einen Vergleich von 2, 3 und 4 deutlich wird.
Ein zweiter Bereich A₂ in der genannten Ebene ist durch Bezugszeichen 100 ausgewiesen, und kann im Allgemeinen als der Bereich beschrieben werden, der zwischen dem Hochgewinde 16 und dem Tiefgewinde 18 von der Nutfläche 68 bis zu der Vorbohrungslochwand 76 begrenzt ist. A₂ ist eine im Wesentlichen trapezförmige Region, die gegenüberliegende parallele Seiten aufweist, die im Wesentlichen parallel zu Achse 40 liegen. Eine erste Seite 102 der Länge (f_g) erstreckt sich entlang der Nutfläche 68 zwischen Hochgewinde 16 und Tiefgewinde 18. Eine zweite Seite 104 des Bereichs A₂ erstreckt sich entlang der Kante der Vorbohrungslochwand 76, zwischen einer dritten Seite 106 und einer vierten Seite 108, die noch zu beschreiben sind. Die dritte Seite 106 des Bereichs A₂ erstreckt sich entlang dem Hochgewinde 16, von der Nutfläche 68 zu der Vorbohrungslochwand 76. Die vierte Seite 108 des Bereichs A₂ erstreckt sich entlang dem Tiefgewinde 18, von der Nutfläche 68 bis zu der Vorbohrungslochwand 76, und enthält jede vorspringende Länge jenseits des Tiefgewindekamms 64 bis zu Vorbohrungslochwand 76, wie in 3 gezeigt. Die Abmessungen der zweiten, dritten und vierten Seite 104, 106 und 108, die den Bereich A₂ begrenzen, sind an verschiedenen Positionen entlang dem sich verjüngenden Vorbohrungsloch 72 unterschiedlich.
Ein dritter Bereich A₃ ist durch Bezugszeichen 110 ausgewiesen, und ist in 4 gezeigt. A₃ kann im Allgemeinen damit beschrieben werden, dass er einen Bereich des Verankerungsmaterials 74 darstellt, das durch Tief gewinde 18 an einer Position in dem Vorbohrungsloch 72 entfernt wird, wo der Durchmesser (⌀_hole) des Verbohrungslochs 72 kleiner ist als der Durchmesser (⌀_lo) des Tiefgewindes 18. A₃ ist eine trapezförmige Region innerhalb des Tiefgewindes 18. A₃ weist erste und zweite gegenüberliegende parallele Seite 112 bzw. 114 auf, die parallel zu Achse 40 liegen. Die erste Seite 112 weist eine Länge auf, die gleich der Hälfte der Breite (f_c) ist, und erstreckt sich entlang der Tiefgewinde-Kammfläche 64 von der Kante derselben bis zu der Mitte derselben. Die zweite Seite 114 des Bereichs A₃ weist eine Länge gleich der Hälfte der Dicke des Tiefgewindes 18 an der Vorbohrungslochwand 76 auf, und erstreckt sich von einer Kante der Vorbohrungslochwand 76 in der genannten Ebene bis zu der Mitte des Tiefgewindes 18. Eine dritte Seite 116 von Bereich A₃ ist senkrecht zu und erstreckt sich zwischen der ersten und zweiten Seite 112 und 114, und weist eine Länge auf, die gleich der Höhe des Tiefgewindes 18 von der Vorbohrungslochwand 76 bis zu dem Tiefgewindekamm 64 ist. Eine vierte Seite 118 des Bereichs A₃ erstreckt sich zwischen der ersten Seite 112 und der zweiten Seite 114 entlang dem Abschnitt des Tiefgewindes 18, der in dem Verankerungsmaterial 74 eingebettet ist. Die Abmessungen der zweiten, dritten und vierten Seite 114, 116 und 118, die den Bereich A₃ begrenzen, sind an verschiedenen Positionen entlang dem sich verjüngenden Vorbohrungsloch 72 unterschiedlich.
Es wurde eine mathematische Analyse durchgeführt, um Parameter zu definieren, die zum Skalieren der Erfindung für Befestigungsmittel unterschiedlicher Größen benutzt werden. In dem ersten Fall ist der Durchmesser (⌀_hole) des Vorbohrungslochs 72 gleich oder größer als der Durchmesser (⌀_lo) des Tiefgewindes 18 2 und 3 zeigen Situationen, die den ersten Fall darstellen.
Wenn der Bereich eines Trapezes gleich 1/2 (b₁ + b₂)·h ist, dann: A1 = 1/2(1/2fc + xi)·hi Gl. 1. x1 = 1/2fc + hi·tan(1/2αh) Gl. 2. hi = 1/2(⌀hi – ⌀hole) Gl. 3. A2 = 1/2(fg + x2)·h2 Gl. 4. x2 = h2·tan(1/2αl) + fg + h2·tan(1/2αh) Gl. 5. h2 = 1/2(⌀hole – ⌀min) Gl. 6.
Das Einsetzen von Gl. 2 und 3 in Gl. 1 impliziert: A1 = 1/2[1/2fc + (1/2fc + 1/2(⌀hi – ⌀hole)·tan(1/2αh))]·1/2 (⌀hi – ⌀hole) A1 = 1/4(⌀hi – ⌀hole)(fc + 1/2(⌀hi – ⌀hole)·tan(1/2αh)) Gl. 7.
Das Einsetzen von Gl. 5 und 6 in Gl. 4 impliziert: A2 = 1/2 [fg + (fg + 1/2(⌀hole – ⌀min)·tan(1/2αl) + 1/2 (⌀hole – ⌀min)·tan(1/2αh))]·1/2(⌀hole – ⌀min) A2 = 1/4(⌀hole – ⌀min)[2fg + 1/2(⌀hole – ⌀min)·(tan(1/2αl) + tan(1/2αh))] Gl. 8.
Deshalb sind die mathematischen Verhältnisse, die ein Befestigungsmittel der vorliegenden Erfindung für Fall 1 definieren, wie folgt: A1 = 1/4(⌀hi – ⌀hole)(fc + 1/2(⌀hi – ⌀hole)·tan(1/2αh)) 1. A2 = 1/4(⌀hole – ⌀min)[2fg + 1/2(⌀hi – ⌀hole)·(tan(1/2αl) + tan(1/2αh))] 2. A2 ≥ A1 3.
In einer zweiten Analyse der Erfindung, bezeichnet als Fall 2, wurden die Beziehungen an einer Position analysiert, an der der Durchmesser (⌀_hole) des Vorbohrungslochs 72 kleiner ist als der Durchmesser (⌀_lo) des Tiefgewindes 18. Diese Situation tritt relativ tief in einem sich verjüngenden Standard-Vorbohrungsloch ein, und ist in 4 gezeigt. Die äußere Spitze des Tiefgewindes 18 ist in dem Verankerungsmaterial eingebettet.
Wiederum, wenn der Bereich eines Trapezes gleich 1/2 (b₁ + b₂)·h ist, dann: A1 = 1/2(1/2fc + xi)·hi Gl. 1. x1 = 1/2fc + hi·tan(1/2αh) Gl. 2. hi = 1/2(⌀hi – ⌀hole) Gl. 3. A2 = 1/2(fg + x2)·h2 Gl. 4. x2 = h2·tan(1/2αl) + fg + h2·tan(1/2αh) Gl. 5. h2 = 1/2(⌀hole – ⌀min) Gl. 6. A3 = 1/2(1/2fc + x3)·h3 Gl. 7. x3 = 1/2fc + h3·tan(1/2αl) Gl. 8. h3 = 1/2(⌀lo – ⌀hole) Gl. 9.
Das Einsetzen von Gl. 2 und 3 in Gl. 1 impliziert: A1 = 1/2[1/2fc + (1/2fc + 1/2(⌀hi – ⌀hole)·tan(1/2αh))]·1/2 (⌀hi – ⌀hole) A1 = 1/4(⌀hi – ⌀hole)(fc + 1/2(⌀hi – ⌀hole)·tan(1/2αh)) Gl. 10.
Das Einsetzen von Gl. 5 und 6 in Gl. 4 impliziert: A2 = 1/2[fg + (fg + 1/2(⌀hole – ⌀min)·tan(1/2αl) + 1/2 (⌀hole – ⌀min)·tan(1/2αh))]·1/2(⌀hole – ⌀min) A2 = 1/4(⌀hole – ⌀min)[2fg + 1/2(⌀hole – ⌀min)·(tan(1/2αl) + tan(1/2αh))] Gl. 11.
Deshalb sind die mathematischen Verhältnisse, die ein Befestigungsmittel der vorliegenden Erfindung für Fall 2 definieren, wie folgt: A1 = 1/4(⌀hi – ⌀hole)(fc + 1/2(⌀hi – ⌀hole)·tan(1/2αh)) 1. A2 = 1/4(⌀hole – ⌀min)[2fg + 1/2(⌀hi – ⌀hole)·(tan(1/2αl) + tan(1/2αh))] 2. A3 = 1/4(⌀lo – ⌀hole)(fc + 1/2(⌀lo – ⌀hole)·tan(1/2αl)) 3. A2 ≥ A1 4.
Wie aus den vorangehenden Ausführungen zu erkennen, können für gegebene Werte der eingeschlossenen Winkel 48 und 50 größere Radien 44 und 46, kleinerer Radius 42, und der Gewindegang 52 von Gewindekämmen 62 und 64 variiert werden, um eine geeignete Nutfläche 68 bereitzustellen, um die oben genannten Verhältnisse zu erfüllen. Ebenso können, wenn ein bestimmter Gewindegang 52 bereitgestellt werden soll, andere Abmessungsverhältnisse variiert werden, um die genannten Verhältnisse zu erfüllen, und um ein Befestigungsmittel bereitzustellen, das die Vorteile der vorliegenden Erfindung auf weist. So lange der muldenartige Bereich zwischen dem Hochgewinde 16 und dem Tiefgewinde 18 ausreichend groß ist, um das Verankerungsmaterial aufzunehmen, das von dem Hochgewinde 16 und dem Tiefgewinde 18 entfernt wird, ist das Befestigungsmittel der vorliegenden Erfindung leicht eintreibbar, und arbeitet mit den hier beschriebenen Vorteilen. Wie die oben gezeigte mathematische Analyse verdeutlicht, können verschiedene Abmessungen des Befestigungsmittels zusammen mit anderen Abmessungen modifiziert werden, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Veränderungen des Gewindegangs können benutzt werden, um die Länge der Seite 102 in A₂ zu ändern, wodurch der Gesamtbereich von A₂, sowie das Volumen des muldenartigen Bereichs zwischen Gewinden 16 und 18 beeinflusst wird.
Bei der Benutzung der vorliegenden Erfindung wird das Vorbohrungsloch 72 durch Bohren oder Ähnliches in einem Körper aus Verankerungsmaterial 74 ausgebildet. Das Befestigungsmittel 10 wird in dem Vorbohrungsloch 72 angeordnet und gedreht, um in das Vorbohrungsloch zu dringen. Das Hochgewinde 16 schneidet in die Wand 76 des Vorbohrungslochs 72 im Verankerungsmaterial 74, und bewegt Material daraus in das muldenartige Volumen zwischen Hochgewinde 16 und Tiefgewinde 18. In Regionen, in denen der Durchmesser (⌀_hole) des Vorbohrungslochs 72 kleiner ist als der Durchmesser (⌀_lo) des Tiefgewindes 18, schneidet auch das Tiefgewinde 18 in die Wand 76 des Vorbohrungslochs 72, und bewegt Verankerungsmaterial 74 von der Wand 76 in das muldenartige Volumen zwischen Hochgewinde 16 und Tiefgewinde 18. Die Konfigurierung des Befestigungsmittels 10 mit doppelten Gewindesteigungen für das Hochgewinde 16 und das Tiefgewinde 18 reduziert die Materialverdrängung, und reduziert interne Beanspruchungen, während das Befestigungsmittel 10 in das Vorbohrungsloch 72 getrieben wird. Zugleich wird die Zugkraft erhöht, die nötig ist, um das Befestigungsmittel 10 aus dem Verankerungsmaterial zu ziehen. Auf diese Weise kann eine sicherere Verbindung gebildet werden.
Die Vertiefungen 32 an der Druckflanke 28 gelangen nicht in Kontakt mit dem Verankerungsmaterial 74, während das Befestigungsmittel 10 eingetrieben wird, weshalb die Vertiefungen 32 das Drehmoment nicht beeinflussen, das zum Einführen des Befestigungsmittels 10 nötig ist. Die Vertiefungen 32 werden erst dann wirksam, wenn und nachdem das Befestigungsmittel 10 fest angezogen wurde. Während Spanndruck durch das abschließende Anziehen des Befestigungsmittels 10 ausgeübt wird, neigt das Kunststoffverankerungsmaterial, das das Hochgewinde 16 umgibt, dazu, in die Vertiefungen 32 zu fließen. Dieses Merkmal der Drehmomentabsorption erhöht im Vergleich zu üblichen Befestigungsmitteln ohne Vertiefungen 32 das Drehmoment, das für ein Überdrehen erforderlich ist. Auf diese Weise stellen Befestigungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung ein hohes Überdrehungsfenster bereits, indem das Überdrehmoment erhöht wird.
Bei Tests, die mit M4-Schrauben durchgeführt wurden, die in eine ABS-Nabe mit einem Vorbohrungsloch von 3,5 mm getrieben wurden, stellten Befestigungsmittel der vorliegenden Erfindung ein Überdrehungsfenster von 17,3 in/lbs (1,95 Nm) bereit, während bekannte übliche Schrauben jeweils Überdrehungsfenster von 10,1 in/lbs (1,14 Nm) bereitstellten. Ähnliche Tests wurden in ungefülltem Polypropylen, Acetyl Celcon M90 und PBT-Celanex 3300 mit dreißigprozentiger Glasfüllung durchgeführt. Befestigungsmittel der vorliegenden Erfindung wiesen im Vergleich zu bekannten Befestigungsmitteln jeweils um 48 %, 35 % bzw. 59 % erhöhte Überdrehungsfenster auf.
Befestigungsmittel der vorliegenden Erfindung bleiben im Material verspannt, auch wenn Kunststoffkriechen und Vibration auftreten. Im Laufe der Zeit wird das Füllen der Vertiefungen 32 durch das Kunststoffkriechen weiter verstärkt, wenn das Befestigungsmittel 10 im Verankerungsmaterial angeordnet bleibt. Anstelle einer Lockerung der Verbindung durch Kunststoffkriechen dient das Kunststoffkriechen bei Befestigungsmitteln der vorliegenden Erfindung dazu, die Rückhaltung des Befestigungsmittels 10 im Material zu erhöhen. Ebenso lockert auch Vibration die Verbindung nicht, sondern neigt dazu, das Kunststoffmaterial in die Vertiefungen 32 zu zwingen, und fördert so die Fixierung des Befestigungsmittels 10 im Verankerungsmaterial. Die Wirkungen von Zeit, Temperatur und Vibration dienen alle dazu, die Verbindung zwischen Befestigungsmittel 10 und dem Material zu stärken, in dem es verankert ist.
Um das Befestigungsmittel 10 aus dem Material zu lösen, in dem es verankert ist, ist eine vergleichsweise höhere Kraft nötig, um die Vertiefungen 32 vorbei an dem Kunststoffmaterial zu zwingen, das sich darin abgesetzt hat. Deshalb ist im Vergleich zu bekannten Befestigungsmitteln, die keine Vertiefungen 32 aufweisen, eine erhöhte „Bruch"-Kraft erforderlich, um das Befestigungsmittel 10 aus dem Material zu entfernen.
Es wurden Tests durchgeführt, um das Drehmoment, das zum Lösen von Befestigungsmitteln der vorliegenden Erfindung nötig ist, mit dem Drehmoment zu vergleichen, das zum Lösen von anderen, bekannten Befestigungsmitteln nötig ist. Die Tests wurden an ungefülltem ABS-Kunststoff, ungefülltem Polypropylen, Acetal Celcon M90 und PBT Celanex 3300 mit dreißigprozentiger Glasfüllung durchgeführt. Bei Umgebungstemperaturen war bei Befestigungsmitteln der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu bekannten Befestigungsmitteln ein jeweils um 86 %, 134 %, 139 % bzw. 33 % erhöhtes Drehmoment erforderlich. Wenn ein Wärmezyklus für dieselben Materialien durchgeführt wurde, war bei Befestigungsmitteln der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu bekannten Befestigungsmitteln ein jeweils um 447 %, 331 %, 247 % bzw. 73 % erhöhtes Drehmoment erforderlich.
Das Merkmal des Hoch-Tief-Doppelgewindes des vorliegenden Befestigungsmittels erleichtert die Benutzung tiefer, grob beabstandeter Gewinde, was einen schwereren Scherbereich und einen tieferen Gewindeeingriff in dem Kunststoff oder anderen Material bereitstellt, in dem das Befestigungsmittel eingebettet ist. Dies verbessert auch die Leistung des Befestigungsmittels 10 weiter.

Claims

Befestigungsmittel mit Außengewinde (10), das Folgendes aufweist: einen Schaft (14) mit einem Kopfende (12) und einem distalen Ende (20), wobei das distale Ende das Führungsende des Befestigungsmittels begrenzt; ein Hochgewinde (16), das den Schaft helixförmig umgibt, wobei das Hochgewinde eine Hochgewindetreibflanke (24) aufweist, die dem distalen Ende gegenüberliegend angeordnet ist, und eine Hochgewindedruckflanke (28), die dem Kopfende gegenüberliegend angeordnet ist; und ein Tiefgewinde (18), das den Schaft helixförmig umgibt, wobei das Tiefgewinde eine Tiefgewindetreibflanke (26) aufweist, die dem distalen Ende gegenüberliegend angeordnet ist, und eine Tiefgewindedruckflanke (30), die dem Kopfende gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die Tiefgewindeflanken einen Tiefgewindeöffnungswinkel (α_l) von etwa 30 ° und etwa 120 ° aufweisen, wobei: das Hoch- und das Tiefgewinde jeweils flache Kämme (62, 64) aufweisen; und das Hoch- und das Tiefgewinde an dem Schaft voneinander durch eine Nutfläche (68) beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass: die Hochgewindetreibflanke und die Hochgewindedruckflanke einen Hochgewindeöffnungswinkel (α_h) von etwa 35 ° und etwa 60 ° begrenzen; und eine Serie von Vertiefungen (32), die in der Hochgewindedruckflanke ausgebildet sind.
Befestigungsmittel (10) nach Anspruch 1, wobei die Kämme (62, 64) des Hochgewindes (16) und des Tiefgewindes (18) eine Breite (f_c) von zwischen etwa 0,002 Zoll und etwa 0,010 Zoll (etwa 0,05 mm und etwa 0,25 mm) aufweisen.
Befestigungsmittel (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vertiefungen (32) gerundete Böden aufweisen, die an einem Radius (80) von etwa 0,008 Zoll (etwa 0,2 mm) ausgebildet sind; und/oder wobei die Vertiefungen von benachbarten Vertiefungen mit wenigstens etwa 0,040 Zoll (etwa 0,1 mm) beabstandet sind; und/oder wobei die Vertiefungen eine Tiefe (84) von etwa 0,005 Zoll (etwa 0,125 mm) aufweisen.
Befestigungsmittel (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Vertiefungen Längen (86) von weniger oder gleich folgendem Wert aufweisen: 1/3 (⌀hi – ⌀min)·sek(1/2αh), wobei⌀_hi ein Durchmesser des Hochgewindes (16) ist, ⌀_min ein Durchmesser des Schafts (14) ist, und α_h der Öffnungswinkel ist, der durch die Hochgewindetreibflanke (24) und die Hochgewindedruckflanke (28) begrenzt ist.
Befestigungsmittel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Öffnungswinkel (α_h) zwischen der Hochgewindedruckflanke (28) und der Hochgewindetreibflanke (24) etwa 48 ° beträgt; und/oder wobei der Öffnungswinkel (α_l) zwischen der Tiefgewindetreibflanke (26) und der Tiefgewindedruckflanke (30) etwa 90 ° beträgt.
Befestigungsmittel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Nutfläche (68) eine Breite (f_g) von zwischen etwa 0,003 Zoll und etwa 0,020 Zoll (etwa 0,075 mm und etwa 0,5 mm) aufweist, wobei die Breite der Abstand zwischen dem Hochgewinde (16) und dem Tiefgewinde (18) ist.
Befestigungsmittel nach Anspruch 6, wobei die Nutfläche (f_g) etwa 0,005 Zoll (0,125 mm) beträgt.
Anordnung einer Schraube in einem Vorbohrungsloch (72) eines Kunststoffwerkstücks, wobei: das Vorbohrungsloch eine Vorbohrungslochwand (76) in dem Werkstück aufweist, wobei das Vorbohrungsloch einen Durchmesser (⌀_hole) aufweist; die Schraube ein Außengewinde-Befestigungsmittel (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche ist; und die Anordnung das folgende Verhältnis erfüllt: A2 ≥ A1, wobei:A₁ der Bereich einer im Wesentlichen trapezförmigen Region (90) des Hochgewindes (16) ist, die in einer Ebene begrenzt ist, die eine Achse (40) der Schraube enthält, wobei die erste Region eine erste (92), zweite (94), dritte (96) und vierte (98) Seite in dieser Ebene auf derselben Seite der Achse aufweist, wobei die erste und die zweite Seite parallel zu der Achse angeordnet sind, wobei sich die erste Seite entlang dem Hochgewindekamm (62) von einer Kante desselben aus zu einer Mitte desselben erstreckt, wobei die zweite Seite eine Länge aufweist, die der halben Stärke des Hochgewindes an der Vorbohrungswand entspricht, und sich von einer Kante des Hochgewindes in der Ebene bis zu der Mitte des Hochgewindes erstreckt, wobei die dritte Seite senkrecht zu und sich zwischen der ersten und der zweiten Seite durch das Hochgewinde erstreckend angeordnet ist, und wobei die vierte Seite sich zwischen der ersten und der zweiten Seite entlang einer Flanke des Hochgewindes erstreckt; und A₂ der Bereich einer zweiten im Wesentlichen trapezförmigen Region (20) ist, die in der Ebene zwischen dem Hochgewinde und dem Tiefgewinde von der Nutfläche (68) bis zu der Vorbohrungslochwand begrenzt ist, wobei die zweite Region auf dersel ben Seite derselben Achse eine erste (102), zweite (104), dritte (106) und vierte (108) Seite der zweiten Region aufweist, wobei die erste und die zweite Seite der zweiten Region im wesentlichen parallel zu der Achse angeordnet sind, wobei sich die erste Seite der zweiten Region entlang der Nutfläche von dem Hochgewinde zu dem Tiefgewinde erstreckt, wobei die zweite Seite der zweiten Region sich entlang der Kante der Vorbohrungslochwand zwischen der dritten Seite und der vierten Seite der zweiten Region erstreckt, wobei sich die dritte Seite der zweiten Region entlang dem Hochgewinde von der Nutfläche zu der Vorbohrungslochwand erstreckt, und wobei sich die vierte Seite der zweiten Region entlang dem Tiefgewinde von der Nutfläche zu der Vorbohrungslochwand erstreckt.
Anordnung nach Anspruch 8, die außerdem das folgende Verhältnis erfüllt: A2 ≥ A1 + A3, wobei:A₃ der Bereich einer im Wesentlichen trapezförmigen dritten Region (110) des Tiefgewindes (18) ist, die in der Ebene begrenzt ist, wobei die dritte Region eine erste (112), zweite (114), dritte (116) und vierte (118) Seite der dritten Region in der Ebene an derselben Seite der Achse aufweist, wobei die erste und die zweite Seite der dritten Region parallel zu der Achse angeordnet sind, wobei die erste Seite der dritten Region sich entlang dem Tiefgewindekamm (64) von einer Kante desselben bis zu der Mitte desselben erstreckt, wobei die zweite Seite der dritten Region eine Länge aufweist, die der Hälfte der Stärke des Tiefgewindes an der Vorbohrungslochwand entspricht, und sich von einer Kante des Tiefgewindes in der Ebene zu der Mitte des Tiefgewindes erstreckt, wobei die dritte Seite der dritten Region senkrecht zu und sich zwischen der ersten und der zweiten Seite durch das Tiefgewinde erstreckend angeordnet ist, und wobei die vierte Seite der dritten Region sich zwischen der ersten und der zweiten Seite der dritten Region entlang einer Flanke des Tiefgewindes erstreckt.