DE10229670B4

DE10229670B4 - Schraube zum Eindrehen in einen Werkstoff niedriger Festigkeit

Info

Publication number: DE10229670B4
Application number: DE10229670A
Authority: DE
Inventors: Lothar Gens
Original assignee: Ejot GmbH and Co KG
Current assignee: Ejot GmbH and Co KG
Priority date: 2001-07-05
Filing date: 2002-07-02
Publication date: 2012-08-16
Anticipated expiration: 2022-07-03
Also published as: DE20111194U1; FR2827017A1; US20030007845A1; DE10229670A1; FR2827017B1; US6846142B2

Abstract

Schraube (1) aus Kunststoff zum Eindrehen in einen Werkstoff niedriger Festigkeit, z. B. Hartschaumstoff, mit einem gegenüber dem Schraubenschaft (2) hohen Gewinde (6), wobei der Schraubenschaft (2) konisch in eine Schraubenspitze (21) ausläuft, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: 1) die Flankenhöhe H und der Kerndurchmesser Dk des Gewindes bildet einen Quotienten Q1 = H/Dk in der Größe von 1 bis 3,5, vorzugsweise 2; 2) der Kerndurchmesser Dk und die Gewindesteigung P bilden einen Quotienten Q2 = Dk/P in der Größe von 3,0 und 0,6, vorzugsweise 0,5; 3) das Gewinde (6) ist randseitig spitz auslaufend mit einem Scheitelwinkel der Gewindezähne kleiner als 30° ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraube aus Kunststoff zum Eindrehen in einen Werkstoff niedriger Festigkeit, z. B. Hartschaumstoff, mit einem gegenüber dem Schraubenschaft hohen Gewinde, wobei der Schraubenschaft konisch in eine Schraubenspitze ausläuft.
Eine derartige Schraube ist aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 298 12 947 U1 bekannt. Bei dieser Schraube handelt es sich um einen Einschraubdübel, was aber an den das Gewinde der Schraube betreffenden Dimensionierungsverhältnissen gegenüber entsprechend einfachen Schrauben nichts ändert. Die bekannte Schraube ist ebenfalls insbesondere zum Eindrehen in Hartschaumstoff vorgesehen und hat dafür eine bestimmte Dimensionierung der Gewindegänge in Bezug auf den Schraubenschaft. Ein bei dieser Schraube erwünschter Effekt besteht darin, viel Material aus dem betreffenden Baustoff zu hintergreifen um hohe Haltekräfte zu erzielen. Zu diesem Zweck ist das Gewinde als Trapezgewinde ausgebildet, bei dem die Gewindegänge außen zylindrisch abgeflacht sind, so dass die Gewindegänge hier in Form einer Abflachung auslaufen, die in Richtung zum Schraubenkopf an Breite zunimmt. Als besonders günstige Dimensionierung wird in der Druckschrift eine Flankenhöhe des Gewindes von annähernd ¾ des Schaftdurchmessers und eine Steigung des Gewindes angegeben, die annähernd dem Schaftdurchmesser entspricht. Für den Flankenwinkel des Gewindes werden Werte zwischen 5° und 20° angegeben.
Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraube zu schaffen, deren Eindrehmoment und Haltekraft gegenüber den bekannten Schrauben wesentlich gesteigert ist. Erfindungsgemäß geschieht dies durch die Kombination folgender Merkmale:

1. die Flankenhöhe H und der Kerndurchmesser Dk des Gewindes bildet einen Quotienten Q1 = H/Dk in der Größe von 1 bis 3,5, vorzugsweise 2;
2. der Kerndurchmesser Dk und die Gewindesteigung P bilden einen Quotienten Q2 = Dk/P in der Größe von 3,0 und 0,6, vorzugsweise 0,5;
3. das Gewinde (6) ist randseitig spitz auslaufend mit einem Scheitelwinkel der Gewindezähne kleiner als 30° ausgebildet.

Bei einer großen Flankenhöhe H und einem kleinen Kerndurchmesser Dk lässt sich ableiten, wie tief die Gewindeflanken in den Werkstoff eingreifen können. Je tiefer der Eingriff ist, desto mehr Widerstand kann der Werkstoff auftretenden Ausreißkräften entgegensetzen. Demgemäß ist der Quotient Q1 = H/Dk von vorzugsweise 2 ein relativ hoher Wert, da er bedeutet, dass die Flankenhöhe H doppelt so groß ist wie der Kerndurchmesser Dk. Bei der bekannten Schraube wird für diese Dimensionierung der Flankenhöhe H nur etwa 3/4 des Schaftdurchmessers (Kerndurchmessers) Dk erreicht.
Der Quotient Q2 = Kerndurchmesser Dk/Gewindesteigung P macht eine Aussage, wie sich die Steigung P zum Kerndurchmesser Dk verhält. Dabei ist eine große Steigung darum günstig, weil sie beim Eindrehen der Schraube relativ große Bereiche des Werkstoffes zwischen den Gewindegängen belässt, womit diese Bereiche unzerstört bleiben, was für die hier in Rede stehenden relativ weichen Werkstoffe, wie insbesondere Hartschaumstoff, von besonderer Bedeutung ist. Diese Werkstoffe haben keinen besonders starken inneren Halt und neigen daher beim Einschrauben von Gewinden mit eng aufeinander folgenden Gewindegängen, also geringer Steigung, schnell zum Ausbröckeln, womit die Haltekräfte des Werkstoffes praktisch zerstört werden. Im Falle der erfindungsgemäße Schraube beträgt der Quotient Q2 = Dk/P 0,3 bis 6, vorzugsweise 0,5, d. h. die Steigung P ist im günstigen Falle doppelt so groß wie der Kerndurchmesser. Bei der bekannten Schraube ergibt sich eine wesentlich geringere Steigung darum, weil bei dieser die Steigung des Gewindes annähernd dem Schaftdurchmesser entspricht.
Bezüglich der Gestaltung der Gewindezähne kommt es bei der erfindungsgemäßen Schraube darauf an, diese spitzwinklig zu gestalten, was das schneidenartige Eindringen der Gewindezähne beim Eindrehen der Schraube in den Werkstoff gegenüber einem Trapezgewinde wesentlich erleichtert. Beim Trapezgewinde muss mit der äußeren Abflachung der Gewindegänge das Material flächig beiseite gedrückt werden, während durch das bei der erfindungsgemäßen Schraube verwendete schneidenartige Spitzgewinde demgegenüber aufgrund der Schneidwirkung relativ leicht in den Werkstoff eindringen kann. Bezüglich der Scheitelwinkel der Gewindezähne liegen bei der erfindungsgemäßen Schraube und der bekannten Schraube etwa gleiche Verhältnisse vor, was darauf zurück geht, dass bei den hier in Rede stehenden Schrauben grundsätzlich relativ kleine Scheitelwinkel verwendet werden.
Daraus ergibt sich, dass die erfindungsgemäße Schraube mit ihrer vorstehend angegebenen Dimensionierung der bekannten Schraube und damit auch anderen Schrauben hinsichtlich Eindrehmoment und Haftkräfte wesentlich überlegen ist.
Da die erfindungsgemäße Schraube zum Eindrehen in einen Werkstoff niedriger Festigkeit dient, besteht bei dieser immer eine gewisse Gefahr, dass sie sich z. B. durch Rüttelbewegungen im Werkstoff leicht lockert, da dieser aufgrund seiner Eigenschaft nur relativ geringe Reibungskräfte auf die Gewindegänge der Schraube ausüben kann. Um ein Zurückdrehen der Schraube zu erschweren, hat man bereits gemäß der DE 19816085 A1 bei einer Schraube mit zylindrischem Schraubenschaft und Spitzgewinde zum Eindrehen in einen Werkstoff niedriger Festigkeit Sperrzähne vorgesehen, die auf dem Gewindegrund zwischen den Gewindegängen als feste Bestandteile des Materials der Schraube heraus ragen.
Beim Eindrehen dieser Schraube furchen die Sperrzähne entsprechende Nuten in den Werkstoff ein, in den die Schraube eingedreht ist, da die Sperrzähne, wie gesagt, aus dem Gewindegrund der Schraube heraus ragen. Aufgrund einer gewissen Elastizität des Werkstoffes kann dieser jedoch nach dem Eindrehen der Schraube etwas entgegen der Verdrängungsrichtung in seine ursprüngliche Gestalt zurückweichen, jedoch lässt sich eine gewisse Verformung des Werkstoffes im Bereich des Eindrehens der Sperrzähne nicht vermeiden, so dass die Sperrwirkung dieser Sperrzähne nur gering ist.
Das Problem einer besonders guten Sicherung der Schraube gegen Rückdrehen wird erfindungsgemäß bei einer Schraube mit im Gewindebereich angeordneten Sperrgliedern dadurch gelöst, dass die Sperrglieder schwenkbar von Filmscharnieren gehalten sind, die in entspannter Lage aus dem Schraubenmaterial herausragen, beim Eindrehen der Schraube in eine Aussparung im Schraubenmaterial einschwenken und aus dieser beim Zurückdrehen der Schraube herausfedern.
Beim Eindrehen der Schraube werden von dem Werkstoff die Sperrglieder in die Aussparung im Schraubenmaterial hinein gedrückt, so dass sie praktisch keine Furchen beim Eindrehen der Schraube in den Werkstoff hinterlassen. Nach dem endgültigen Eindrehen der Schraube versuchen die Sperrglieder dann, aus der Axialbohrung herauszufedern, wofür ihnen die Filmscharniere die notwendige Spannung geben. Wenn dann ein Rückdrehmoment auf die Schraube wirkt, dann erhalten die Sperrglieder einen Druck auf ihre Sperrflächen, der auf diese Weise die Sperrglieder beim Herausfedern unterstützt und diese in den Werkstoff regelrecht eintreibt, womit eine besonders sichere Verhinderung des Rückdrehens ermöglicht wird.
Den Raum im Schraubenmaterial, in das die Sperrglieder eindrückbar sind, kann man in den Gewindegrund oder die Gewindegänge einlassen. Die zweckmäßige Lage ergibt sich aufgrund der jeweiligen Fertigungsbedingungen.
In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt:
Es zeigen:
1 die Schraube mit ihrer speziellen Gestaltung des Gewindes ohne Sperrglieder,
2a und b die gleiche Schraube mit Sperrgliedern, die in die Gewindegänge eingelassen sind,
3 und 4 Schnittzeichnungen der Schraube mit in den Gewindegrund eingelassenen Sperrgliedern.
Die in der 1 dargestellte Schraube 1 besteht aus Kunststoff, z. B. einem Glasfaser verstärkten Polypropylen, sie weist den Schraubenschaft 2 mit der Schraubenkopfspitze 21 und den Schraubenkopf 3 mit einem an den Schraubenkopf anschliessenden Bund 4 auf. In den Schraubenkopf 3 ist die Aufnahme 5 für einen Imbusschlüssel vorgesehen. Der Schraubenschaft 2 trägt das Gewinde 6, das, wie ersichtlich, aus spitzwinkeligen Gewindegängen besteht, die einen relativ kleinen Flankenwinkel α, beim ausgewählten Ausführungsbeispiel 25°, aufweisen. Bei der dargestellten Schraube 1 liegen weiterhin folgende Dimensionierungen vor: Der Quotient Q1 aus Flankenhöhe H und Kerndurchmesser Dk ist 1,75; der Quotient Q2 aus Kerndurchmesser Dk und Gewindesteigung P ist 0,55.
Die Schraube 1 in 1 läßt sich besonders leicht in einen Werkstoff niedriger Festigkeit, insbesondere Hartschaumstoff unter Selbstfurchen des Muttergewindes in den Werkstoff, eindrehen und entwickelt in diesem wegen der relativ großen Flächen der Gewindegänge auch große Haltekräfte.
Die in der 2a und b dargestellte Schraube 7 entspricht hinsichtlich der grundsätzlichen Gestaltung des Gewindes der Schraube 1 gemäß 1. Die Schraube 7 ist mit dem Sperrglied 8 versehen, das schwenkbare von dem Filmscharnier 9 an dem Gewindegang 10 gehalten ist. In der in 2a dargestellten entspannten Lage des Sperrgliedes 8 ragt dieses aus dem Material des Gewindeganges 10 heraus, lässt sich jedoch beim Eindrehen der Schraube 7 in die Aussparung 11 im Material des Gewindeganges 10 einschwenken, so dass die Oberfläche 12 des Sperrgliedes 8 praktisch einer ununterbrochenen Flanke des Gewindeganges 10 folgt und infolgedessen keine Behinderung für das Eindrehen der Schraube in ein Kunststoffmaterial bildet. Diese eingedrückte Lage ist in der 2b dargestellt. Nach Eindrehen der Schraube 7 in einen Werkstoff niedriger Festigkeit ergibt sich beim Zurückdrehen der Schraube 7 der Effekt, dass unter der Federkraft des Filmscharniers 9 das Sperrglied 8 aus seiner in der 2b dargestellten eingeschwenkten Lage sich heraus drückt und gegen das Material des Werkstoffs stemmt, was dazu führt, dass dabei das Sperrglied 8 die Tendenz erhält, sich vollständig in die in der 2a dargestellte Lage zurück zu bewegen, in der es dann seine Sperrwirkung gegen Zurückdrehen der Schraube 7 voll entfalten kann.
Ein Sperrglied 8 kann auch in mehreren Gewindegängen angeordnet sein.
Bei der in den 3 und 4 dargestellten Schraube 13 sind ebenfalls Sperrglieder vorgesehen, und zwar die Sperrglieder 14 und 19, die hier in den Gewindegrund 15 eingelassen sind. Um den Sperrgliedern 14 und 19 die notwendige Aussparung für das Einschwenken in das Schraubenmaterial zu geben, ist die Schraube 13 mit der Längsbohrung 16 versehen, so dass die Schraube 13 im Bereich des Schraubenschaftes 17 rohrartig ausgebildet ist.
Die 3 zeigt die Schraube 13 im Längsschnitt, und zwar mit den Sperrgliedern 14 und 19 in deren entspannter Lage. Aus dieser Lage können sich die Speerglieder 14 und 19 ersichtlich in die Längsbohrung 16 eindrücken lassen, wenn die Schraube 13 in ein Werkstück eingedreht wird.
4 zeigt einen Querschnitt durch die Schraube 13 längs der Linie IV-IV in 3. Bei diesem Schnitt ergibt sich eine Lage des Schnittes durch den Gewindegang 18, der in 3 nicht sichtbar ist, da er aus der Zeichenebene wegragt. Der Schnitt gemäß 4 verläuft durch die beiden Sperrglieder 14 und 19, wobei aus Gründen der Funktionsdarstellung das Sperrglied 14 in entspannter Lage und das Sperrglied 19 in eingeschwenkter Lage gezeichnet ist. Aus 4 ergibt sich somit deutlich in Gegenüberstellung die entspannte Lage des Sperrgliedes 14 und die eingeschwenkte Lage des Sperrgliedes 19. Das Sperrglied 19 wird in seiner eingeschwenkten Lage in die Längsbohrung 16 eingedrückt. Die Sperrglieder 14 und 19 werden durch die Filmscharniere 20 gehalten, die die entsprechende Bewegung der Sperrglieder 14 und 19 ermöglichen und dabei das Herausfedern der Sperrglieder in die entspannte Lage (siehe Sperrglied 14) bewirken.
Bezüglich der Funktion der Sperrglieder 14 und 19 sei auf die Erläuterungen des Sperrgliedes 8 im Zusammenhang mit den 2a und 2b verwiesen.
Durch den Begriff Filmscharnier wird eine Schwächung im Bereich des Überganges des Sperrgliedes in das Material der Schraube bezeichnet, die ein Einschwenken und ein Herausfedern der Sperrklinke im Sinne der vorstehenden Darlegungen ermöglicht.

Claims

Schraube (1) aus Kunststoff zum Eindrehen in einen Werkstoff niedriger Festigkeit, z. B. Hartschaumstoff, mit einem gegenüber dem Schraubenschaft (2) hohen Gewinde (6), wobei der Schraubenschaft (2) konisch in eine Schraubenspitze (21) ausläuft, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: 1) die Flankenhöhe H und der Kerndurchmesser Dk des Gewindes bildet einen Quotienten Q1 = H/Dk in der Größe von 1 bis 3,5, vorzugsweise 2; 2) der Kerndurchmesser Dk und die Gewindesteigung P bilden einen Quotienten Q2 = Dk/P in der Größe von 3,0 und 0,6, vorzugsweise 0,5; 3) das Gewinde (6) ist randseitig spitz auslaufend mit einem Scheitelwinkel der Gewindezähne kleiner als 30° ausgebildet.
Schraube (7, 13) aus Kunststoff zum Eindrehen in einen Werkstoff niedriger Festigkeit, z. B. Hartschaumstoff, mit im Gewindebereich angeordneten Sperrgliedern (8, 14, 19), die ein Zurückdrehen der Schraube (7, 13) erschweren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrglieder (8, 14, 19) schwenkbar von Filmscharnieren (9, 20) gehalten sind, die in entspannter Lage aus dem Schraubenmaterial herausragen, beim Eindrehen der Schraube (7, 13) in eine Aussparung (11, 16) im Schraubenmaterial einschwenken und aus dieser beim Zurückdrehen der Schraube herausfedern.
Schraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrglieder (8) in die Gewindegänge (10) eingelassen sind.
Schraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrglieder (14, 19) in den Gewindegrund (15) eingelassen sind.