DE60219058T2

DE60219058T2 - Schraube

Info

Publication number: DE60219058T2
Application number: DE60219058T
Authority: DE
Inventors: Sture Magnusson
Original assignee: Volvo Lastvagnar AB
Current assignee: Volvo Truck Corp
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2022-11-15
Also published as: SE520196C2; DE60219058D1; SE0103811L; SE0103811D0; ATE357607T1; EP1444447A1; EP1444447B1; WO2003042555A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schraube gemäß dem Oberbegriff von dem beigefügten Anspruch 1. Solch eine Schraube ist z.B. aus der GB-A-4340 (18. April 1912, Nr. 4340) bekannt.
Um eine elastische Vorspannung einer Schraubverbindung zu erreichen, besteht ein Erfordernis für einen so genannten Vorspannungsabstand zwischen der Kontaktfläche von dem Schraubenkopf und dem Kontaktpunkt der Gewindegänge der Schraube. Wenn das Ziel in einer großen Materialstärke besteht, ist es oft ausreichend, den Schaft der Schraube mit einem Abschnitt ohne Gewinde, der direkt an den Schraubenkopf angrenzt, zu versehen. Bei Schraubverbindungen mit Materialien mit relativ dünnen Wandstärken und ohne Mutter werden in bestimmten Fällen selbstschneidende Schrauben mit gewindedrückenden oder gewindeschneidenden Schraubengewinden verwendet, die bei gewöhnlichen Schrauben zu einem geringen Klemmabstand und geringen Möglichkeiten für eine elastische Vorspannung führen. Dies macht die Schraubverbindung relativ unelastisch und birgt die Gefahr von Materialbrüchen oder einem Lösen.
Zusammenfassung der Erfindung
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schraube zu erhalten, bei der die vorher genannten Nachteile beseitigt sind.
Dieses Ziel wird mittels einer Schraube gemäß der Erfindung erreicht, deren Eigenschaften aus dem beigefügten Anspruch 1 deutlich werden. Auf weitere Ausgestaltungen im Einklang mit Anspruch 1 wird in den abhängigen Ansprüchen Bezug genommen.
Figuren
Die Erfindung wird im Folgenden detaillierter unter Verwendung von einer beispielhaften Ausführungsform mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben, wobei
1 die Schraube gemäß der Erfindung in einer Teilschnittansicht in ein Objekt hineingeschraubt zeigt, während
2 eine Ansicht von einem Ende der Schraube zeigt.
Bevorzugte Ausführungsformen
Die Schraube gemäß der Erfindung besteht in bekannter Weise aus zwei miteinander verbundenen Hauptteilen, d.h. einem Schraubenkopf 1 und einem Schraubenschaft 2, der von dem Schraubenkopf vorsteht. Der Schraubenschaft weist ein inneres Ende 3 und ein äußeres Ende 4 auf. Dazwischen erstreckt sich ein Gewindeabschnitt 5. In dem dargestellten Beispiel erstreckt sich der Gewindeabschnitt 5 somit mehr oder weniger von der Ebene der Kontaktfläche 6 des Schraubenkopfes zu der Fläche 7 des Objekts 8, in das die Schraube hineingeschraubt werden soll. Das Objekt ist in 1 angedeutet und kann dünne Wände aufweisen oder eine Dicke aufweisen, die größer als die Länge des Schraubenschafts 2 ist. Die Schraube ist bevorzugt selbstschneidend, d.h. sie drückt oder schneidet das Gewinde in das Objekt 8, d.h. es wird eine Bohrung 20 ohne Gewinde in das Objekt gebohrt, die einen Durchmesser aufweist, der dem Durchmesser des Schraubenschafts 2 entspricht. Da die Schraube aus einem erheblich härteren Material als das Objekt besteht, kann das Schraubengewinde der Schraube selber verwendet werden, um ein entsprechendes Gewinde in das Objekt 8 zu formen. Alternativ kann die Bohrung 20 (und die Schraube ebenfalls) maschinell mit Gewinde versehen werden. Die Schraube ist normalerweise aus Metall, bevorzugt aus Stahl hergestellt.
Für die Montage/Demontage der Schraube weist der Schraubenkopf ein Eingriffselement auf, das mit einem Schraubwerkzeug, entweder einem Handwerkzeug oder einem Schraubendreher mit elektrischem Antrieb in Eingriff gebracht werden kann. In dem dargestellten Beispiel werden die Kontaktelemente durch Kontaktflächen 9 mit Ecken am Umfang der Schraube, z.B. einem sechseckigen Kopf gebildet. Alternativ kann der Kopf mit einer Aussparung an der äußeren Seite des Kopfes 10 versehen werden, z.B. einer Ausnehmung, einem geraden Schlitz, einem Kreuzschlitz, einem Torx-, Philips- oder Sechskantschraubenkopf. Die Schraube ist gemäß der Erfindung mit einer inneren Ausnehmung 11 versehen, die genau betrachtet in dem Schraubenkopf 1 an der Innenseite des Kopfes angeordnet ist, d.h. an der Kontaktfläche 6 zwischen dem Abschnitt und dem inneren Ende 3 von dem Schaft 2. Die Ausnehmung 11 ist ringförmig geformt und relativ tief, d.h. sie weist eine relativ große Erstreckung in der axialen Richtung, d.h. in der Richtung der Längsachse 12 auf. Ferner weist die Ausnehmung 11 in dem dargestellten Beispiel eine Breite b, d.h. eine radiale Erstreckung oder Abmessungen in der radialen Ebene von der Schraube auf, die wesentlich kleiner als die Tiefe von der Ausnehmung a ist, insbesondere ist die Breite kleiner als 1/3 von der Tiefe von der Ausnehmung. Ferner ist die Breite b von der Ausnehmung kleiner als die kleinste radiale äußere Erstreckung c von dem Schraubenkopf 1, was in Abhängigkeit von dem Eckenumfang variiert, je nachdem wie der Schnitt gemacht wurde. Im Detail ist die Breite von der Ausnehmung kleiner als die halbe Breite c von der Eingriffsfläche 6. Die Tiefe der Ausnehmung ist im Beispiel größer als die halbe Höhe d des Schraubenkopfes 1 dargestellt. Bei Ausführungsformen mit einer inneren Ausnehmung im Schraubenkopf für die Eingriffselemente von der Schraube, sollten deren Abmessungen so gewählt werden, dass eine ausreichende Materialdicke zwischen den Eingriffselementen und der Ausnehmung 11 erhalten wird. Die Tiefe der Ausnehmung ist gewählt, um eine optimale Ausgewogenheit zwischen den Anforderungen einer großen elastischen Vorspannungskraft und einer hohen strukturellen Stabilität zu erzielen. Abhängig von dem Abmessungen und der Materialwahl sollte die Tiefe von der Ausnehmung 11 jedoch innerhalb des Bereiches von 25-75% von der Höhe von dem Schraubenkopf sein. Zum Beispiel sollte die Tiefe der Ausnehmung 11 bei einer Sechskantschraube M8 im Bereich 2-3 mm liegen, während die entsprechende Tiefe bei M20 im Bereich 3-9 mm liegen sollte, zum Beispiel 7 mm bei einer Gesamthöhe des Kopfes von 12,5 mm.
Der Schraubenschaft ist im Wesentlichen zylindrisch mit einem Oberflächenprofil in der Form von einem Gewindeabschnitt. Der Schaft kann alternativ eine andere Querschnittsform als kreisförmig aufweisen. Der Querschnitt kann auch über die Länge von dem Schaft variieren, zum Beispiel zum freien Ende mit Gewinde versehen sein, sowie auch komplett oder teilweise konisch, zum Beispiel zugespitzt sein. Auf entsprechende Weise bildet die Ausnehmung 11 zwei zylindrische Flächenbereiche, die einander gegenüberliegen, eine inneren radial nach außen zeigende Ausnehmungsfläche 13 und eine äußere radial nach innen zeigende Ausnehmungsfläche 14. Diese Flächen erstrecken sich koaxial entlang der Schraube entlang ihrer Längsachse 12. Die innere Ausnehmungsfläche 13, wie im Beispiel dargestellt, weist die gleichen Parameter wie die Gewinderiefen von dem Schraubenschaft 2 auf, kann jedoch alternativ einen anderen Durchmesser, z.B. gleich dem Kerndurchmesser des Schafts aufweisen. Die Ausnehmung 11 bildet ergänzend eine ringförmige Öffnung 15 zwischen dem inneren Ende des Schraubenschafts und der Kontaktfläche 6, die durch eine scharfe ringförmige Kante 16, die einen Übergang von der Ausnehmungsfläche 14 und der Eingriffs fläche 6 bildet, begrenzt wird. Diese ist völlig eben und ist in einer radialen Ebene von der Längsachse 12 gelegen.
Die Ausnehmung 11 weist ferner vorteilhaft ein gerundetes Ende 17, d.h. einen inneren Abschnitt auf, der eine gerundete konkave Fläche zwischen den zylindrisch geformten Ausnehmungsflächen 13, 14 bildet. Die gerundete Fläche 17 weist im Querschnitt die Form eines Halbkreises auf und beseitigt lokale Spannungsspitzen im Material, die leicht an scharfen inneren Eckwinkeln auftreten.
Der Zweck der relativ tiefen ringförmigen Ausnehmung 11 im Schraubenkopf 11 liegt somit darin, einen zusätzlichen Klemmabstand zwischen dem inneren Ende des Gewindeabschnitts und der Eingriffsfläche 6 des Schraubenkopfes zu bilden, wodurch eine gute elastische Vorspannung bei dieser Schraubverbindung erreicht werden kann. Unter dem Gesichtspunkt der Materialbelastung kann festgestellt werden, dass die Ausnehmung 11 den Schraubenkopf in einen Stauchungsabschnitt 18 (siehe die Pfeile), der radial außerhalb von der Ausnehmung 11 angeordnet ist und einen Dehnungsabschnitt 19 (siehe Pfeile), der radial innerhalb von der Ausnehmung 11 angeordnet ist, teilt, was in der Praxis eine Ausdehnung des Schraubenschafts 2 darstellt, so dass die Elastizität des Schraubenmaterials maximal genutzt wird, um eine elastische Vorspannung mit einem verringerten Risiko von Materialbrüchen oder einem Lösen zu bilden.
Die Erfindung ist nicht auf die beispielhaften Ausführungsformen beschränkt, die oben beschrieben wurden und in den Figuren dargestellt wurden, sie kann innerhalb des Schutzbereiches von den beigefügten Ansprüchen variiert werden. Zum Beispiel kann die Ausnehmung 11 eine andere Form und andere Abmessungen aufweisen, um den gleichen Effekt zu erreichen. Zusätzlich kann der Gewindeabschnitt auf einer Ebene enden, die unter dem Schraubenkopf liegt, wodurch eine zusätzlich erhöhte Klemmlänge erreicht wird.

Claims

Schraube, mit: sowohl einem Schraubenkopf (1), welcher eine Anlagefläche (6) und Eingriffsflächen (9) zum Drehen der Schraube um ihre Längsachse (12) mittels Werkzeugen aufweist als auch einem Schraubenschaft (2), welcher von dem Schraubenkopf vorsteht und einen Gewindeabschnitt (5) aufweist, wobei sich (5) eine ringförmige Ausnehmung (11) an der Anlagefläche erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung in axialer Richtung der Schraube eine Tiefe (a) aufweist, die größer ist als die radiale Breite (b) der Ausnehmung; dass die Anlagefläche (6) des Schraubenkopfes eine Breite in radialer Richtung aufweist, die größer ist als die Breite der Ausnehmung (11); und dass die Tiefe (a) der Ausnehmung (11) größer ist als die Hälfte der Höhe (d) des Schraubenkopfes (1), durch welche der Schraubenkopf (1) aufgeteilt ist in einen äußeren Umfangsstauchungsabschnitt (18), welcher radial außerhalb der Ausnehmung angeordnet ist, und einen Ausdehnungsabschnitt (19), welcher radial innerhalb der Ausnehmung angeordnet ist, wobei beide Abschnitte zum elastischen Vorspannen der Schraube beim Schrauben derselben in Position ausgebildet sind.
Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (a) der Ausnehmung (11) größer ist als 25 % der Höhe (d) des Schraubenkopfes (1).
Schraube nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (a) der Ausnehmung (11) kleiner ist als 75 % der Höhe (d) des Schraubenkopfes (1).
Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeabschnitt (5) an seinem inneren Ende (3) auf einer Ebene mit der Anlagefläche (6) des Schraubenkopfes (1) abschließt.
Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube eine gewindeformende Schraube ist.
Schraube nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende (17) der Ausnehmung (11) konkav gebogen ist.
Schraube nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende (17) der Ausnehmung eine halbkreisförmige Querschnittsform aufweist.
Schraube nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (11) zwei zylindrische Oberflächen (13, 14) aufweist, die koaxial zu dem Schraubenschaft (2) sind.
Schraube nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die radial gesehen innere der zylindrischen Oberflächen (13) der Ausnehmung den gleichen Durchmesser wie der Schraubenschaft (2) besitzt.