DE69318412T2

DE69318412T2 - Haltevorrichtungen

Info

Publication number: DE69318412T2
Application number: DE69318412T
Authority: DE
Inventors: Reginald Frederick Coilers End Cornwall P14 5Jq Morton
Original assignee: Multiclip Co Ltd
Current assignee: Multiclip Co Ltd
Priority date: 1992-09-04
Filing date: 1993-08-24
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2013-08-25
Also published as: GB2271159A; TR27018A; EP0659239B1; HRP931266B1; SI9300458B; SK27995A3; YU57793A; DE69318412D1; AU4969293A; WO1994005920A1; AP9300564A0; ES2115072T3; CZ54195A3; EP0659239A1; GB2271159B; CZ284120B6; GB9308020D0; SI9300458A; CA2143755C; BR9307003A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Befestigung von mit Schraubengewinden versehenen Vorrichtungen in Aufnahmesubstraten und auf Vorrichtungen zur Verbesserung des Sitzes solcher Vorrichtungen in Aufnahmesubstraten, beispielsweise Holz oder Kunststoff oder zusammengesetzten, eine Schraube aufnehmenden Materialien, und auf das Wiederherstellen des Sitzes einer Schraube in einem Loch, das von der Schraube in derartigen Materialien hergestellt worden ist, nach einer gewissen Benutzungszeitdauer. Die Erfindung wurde im Hinblick auf die Probleme von einschraubbaren Schienenstiften, sogenannten Schraubstiften, entwickelt, ist jedoch nicht, wie angenommen wird, in ihren Anwendungsmöglichkeiten nur auf diese Anwendung beschränkt, obwohl sie speziell unter Bezugnahme auf solch einen Anwendungsfall beschrieben wird.
Die vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung oder Modifikation des Spiralelements, welches zum Einführen in ein Substrat geeignet ist und in unserem europäischen Patent EP-B-188 490 beschrieben ist.
In der früheren Anmeldung hat das Spiralelement konstante Querabmessungen entlang seiner gesamten Länge und ist als eine Spirale geformt, die einen Innendurchmesser hat, der leicht, jedoch bei einem konstanten Winkel von dem oberen Ende zu seinem unteren Ende hin geneigt ist. Der Außendurchmesser ist daher auch leicht geneigt, obwohl Anordnungen, bei denen die Helix einen konstanten Durchmesser hat, ebenfalls in der früheren Anordnung mit eingeschlossen sind.
Das Helix- oder Spiralelement hat eine dreieckige Form, wobei die Spitze des Dreiecks nach außen zeigt und die Seitenwände des Dreiecks gerade sind und die Basis gerade oder pfeilspitzenförmig ausgebildet ist. In dem kommerziellen Produkt ist die Basis in einer im allgemeinen elliptischen Form kurvenförmig ausgebildet. Das untere Ende der Spirale ist über die Achse nach innen und dann zurück über die Achse gebogen, um einen Mitnehmerzapfen zu verwirklichen.
Das Spiralelement wird in das Loch in der Schwelle dadurch eingeführt, es auf einem Einsetzwerkzeug montiert wird, das eine spiralförmige Nut an seiner Außenfläche, in die sich das Spiralelement einfügt, und eine axiale Bohrung umfaßt, in der der axiale Mitnehmerzapfen des Spiralelementes liegt, wenn das Spiralelement voll auf das Werkzeug aufgeschraubt ist. In diesem Zustand bildet eine Schulter des Werkzeuges neben der Bohrung eine Antriebsschulter, und die Anordnung kann leicht in das Loch eingeschraubt werden. Das Spiralelement kann dann an seiner Stelle in dem Loch dadurch zurückgelassen werden, daß das Werkzeug in der entgegengesetzten Richtung gedreht wird. Dieses Konzept ist sehr wirkungsvoll, indem er verwirklicht, daß ein Spiralelement aus weichenm Metall, beispielsweise Aluminium, fest in das Loch eingesetzt werden kann, und es wird in der vorliegenden Erfindung eingesetzt.
Recherchen nach dem Stand der Technik haben eine Anzahl von Einsätzen gebracht, die zur Verwendung in der Verstärkung von Löchern in Holz oder Metall vorgeschlagen wurden, wie sie beispielsweise gezeigt sind in DE 51016 (ADAMS, 1889), DE-C-126935 (THOLLIER, 1901), DE-C-144331 (THOLLIER, 1902), US 730585 (THOLLIER, 1903), GB 21852/1905 (FARRINGTON, 1906), "Der Eisenbahnbau der Gegenwart" von BARKHAUSEN et al (Seite 213, veröffentlicht von C. W. Kreidet's Verlag, Wiesbaden 1908), US 1011392 (THOLLIER, 1911), GB-A-179144 (AARTS, 1923), NL 21113 (KLOET, 1930), DE 588968 (STREIT, 1933), GB-A-449916 (STREIT, 1936), US 2150876 (CAMINEZ, 1939), US 2520232 (BEREZA, 1950), FR-A-990787 (STREIT, 1951), GB 759302 (HELICOIL, 1956), LU-A-39292 (GOMER, 1960), DE 1016066 (HELIGOIL, 1958), GB 1289718 (NEUMANN, 1972), GB 2048739 (MITE, 1980), EP 0090698 A (OTALU, 1983), und GB 2184808 (MULTICLIP, 1987).
Das EP-8188490 gezeigte Produkt hat hervorragende Eigenschaften im Einsatz in bestimmten Situationen, wo die Schienen sehr hohe Lasten tragen, ist jedoch eine noch bessere Verstärkung des alten Loches in der Schienenschwelle erwünscht. Nach sorgfältigen Beobachtungen und Untersuchungen haben wir gefunden, daß ein Effekt in der Relativbewegung zwischen dem Spiralelement und dem Schraubstift in longitudinaler Richtung liegt.
Wir haben diesen Effekt durch eine sorgfaltige Neukonzeption der Querschnitte des Spiralelements reduziert. Dazu wurde zusätzliches Metall an den oberen und unteren Rändern des Querschnittes der Spirale vorgesehen, um den Raum zwischen den Windungen des Schraubstiftes besser auszufüllen, während dennoch ein leichtes Einführen des Schraubstiftes in das Spiralelement ermöglicht wird. Es war nicht ausreichend, nur die Fläche der Basis des Spiralelements zu vergrößern. Es war notwendig, zusätzliche Reibungskräfte beim Einsetzen zu überwinden und die Form so zu ändern, daß sich die Masse des Spiralelementes nicht ungebührlich erhöht. Dies wurde dadurch erreicht, daß das Spiralelement so konzipiert wurde, daß es anfänglich nur einen Punktkontakt mit dem Schraubstift hat, während der Schraubstift in das in das Holz eingesetzte Spiralelement eingeschraubt wird, wie es in GB-2184808 gezeigt ist, während zusätzlich zusätzliches Material an den Rändern des Spiralelementes vorgesehen wurde, ohne sein Gewicht ungebührlich zu erhöhen. Zusätzlich werden die Ränder des Spiralelements mit Ansätzen komplexer Form versehen, die so ausgebildet sind, daß sie zusammenbrechen oder sich zusammenfalten, wenn sie mit den Flanken des Schraubstiftes in Berührung kommen.
Somit ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Spiralelement zum Vergrößern des Widerstandes gegen ein Herausziehen einer Schraube, die aus einem harten Material hergestellt ist und in einem Loch in einem Körper von schraubenaufnehmendem Material aufgenommen ist, welches aus einem weicheren Material als die Schraube besteht, wobei das Spiralelement zylindrisch oder zu einem Ende konisch ausgebildet und an einem Ende oder an seinem schmalen Ende, wenn es konisch ausgebildet ist, nach innen gedreht ist, um einen Mitnehmerzapfen zu bilden, der von einem Einsetzwerkzeug zu erfassen geeignet ist, welches durch die Innenseite des Spiralelementes hinunter einsetzbar ist, so daß das Spiralelement in das Loch von seinem unteren Ende her eingeschraubt werden kann, wobei das Spiralelement aus einem Material gefertigt ist, dessen Härte geringer als die der Schraube und größer als die Härte des schraubenaufnehmenden Materials ist, und der Querschnitt des Spiralelements im allgemeinen dreieckig in seiner Form ist, die eine Grundfläche, die zur Achse des Spiralelementes hin gerichtet ist, und Seitenflächen aufweist, die von der Achse nach außen gerichtet sind und sich an einem Scheitel treffen, der scharf oder abgerundet ausgebildet sein kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisfläche kurvenförmig ausgebildet ist und sich in Flügel nach außen über die Seitenflächen hinaus erstreckt, wobei die Seitenflächen gerade oder kurvenförmig ausgebildet sind und die Flügel abgerundet sind, und daß die Flügel eine derartige Form haben, daß sie kollabieren oder gefaltet werden, wenn sie von den Flanken der Schraube erfaßt werden.
Die Seitenflächen sind vorzugsweise gerade in der Nachbarschaft des Scheitels.
Die Seitenflächen sind vorzugsweise nach außen kurvenförmig ausgebildet, um in die Ansätze überzugehen.
Die äußersten Teile der Ansätze definieren die Gesamtlänge der Windung, und die Linie von dem Scheitel zu dem Mittelpunkt dieser Länge und weiter bis zur Basis definiert die Höhe oder das radiale Ausmaß der Windung, d.h. der Abstand von dem Scheitel bis zur Basis, und dies wird als Mittellinie bezeichnet. Die Windung ist vorzugsweise symmetrisch in bezug auf die Mittellinie. Die Ansätze haben vorzugsweise die gleiche Größe und Form. Schraubstifte für Gleise haben in den meisten Fällen Gewindegänge, bei denen eine Fläche unter 15º und die andere unter 45º zu dem Radius des Schraubstiftes geneigt sind, so daß sie einen Winkel von etwa 60º einschließen.
Einige Schraubstifte haben eine obere Stirnfläche bei einem flacheren Winkel, andere haben eine untere Stirnfläche mit einem flacheren Winkel, und sehr wenige haben Stirnflächen mit demselben Winkel von 30º.
Vorzugsweise ist ein Spiralelement in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der maximalen axialen Länge (ALm) des Querschnitts zu der axialen Länge bei halber Höhe (AL0,5), d.h. die Länge senkrecht zu der Mittellinie auf halbem Weg von dem Scheitel des Querschnitts bis zu der Basis des Querschnitts, ALm/AL0,5 größer als 1,9:1, vorzugsweise wenigstens 2,0:1, d.h. wenigstens 2,1:1, 2,2:1 oder 2,3:1 oder 2,4:1 oder 3:1, 4:1, 5:1 oder 6:1 oder mehr ist, d.h. in dem Bereich von 2,0:1 bis 7:1, vorzugsweise in dem Bereich von 2:1 bis 5:1, beispielsweise 2:1 bis 4:1 oder 2,2:1 bis 3,5:1 liegt.
Die Beziehungen des Verhältnisses der axialen Länge zu der Höhe an einer vorgegebenen Höhe erfüllt vorzugsweise die folgende Bedingung:
ALm/Hm> AL0,5/H0,5)≥AL0,25/H0,25.
wobei H0,5, H0,25 und Hm die Längen von dem Scheitel bis zum halben Weg bis zur Basis, bis zu einem Viertel Weg zu der Basis und bis zu einem Punkt auf der Mittellinie angeben, an der die axiale Länge ein Maximum ist, und AL0,25 die axiale Länge bei Viertel-Höhe, nämlich die Länge senkrecht zu der Mittellinie auf einem Viertel des Weges von dem Scheitel des Querschnittes bis zu der Basis des Querschnittes.
Vorzugsweise sind die Ansätze mit Vertiefungen versehen, die vorzugsweise von der Basis des Spiralelements nach außen weisen. Das Einfalten oder Zusammendrücken der Ansätze, wenn sie mit dem Schraubstift in Berührung kommen, wird durch die Vertieflingen erleichtert, die eine einzige Vertiefung oder mehr als eine Vertiefung in jedem Ansatz aufweisen kann. Die Vertiefung kann im Querschnitt V- oder U-förmig oder mit einer anderen Form ausgebildet sein. Die Ansätze können sich in der unverformten Form in eine Zwiebelform ausdehnen, und diese kann sich nach hinten, d.h. von dem Scheitel weg und zu der Basis des Spiralelements hin erstrecken und kann sich auf demselben Niveau wie die Basis oder selbt darüber hinaus erstrecken.
Die Achse der Vertiefung kann sich nach außen von der Mittellinie des Querschnitts des Spiralelements erstrecken statt zu der Mittellinie hin oder parallel dazu. Solche eine Anordnung kann leichter mit einem Querschnitt mit stabilen Abmessungen und einer stabilen Form extrudiert werden. Solch eine Anordnung bietet auch weniger Widerstand gegenüber dem Einführen des Schraubstiftes, während sie dennoch einen ausgezeichneten Sitz in dem Zustand liefert, wenn der Stift voll eingeschraubt ist.
Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Teilesatz, der sich aus einem Schraubstift und einem Spiralelement gemaß der Erfindung zusammensetzt und dadurch gekennzeichnet ist, daß nebeneinanderliegende Windungen des Spiralsitzes zwischen nebeneinanderliegenden Schraubengängen des Schraubstiftes und die Ansätze der Spirale so dimensioniert sind, daß sie gegen geneigt verlaufende, obere und untere Oberflächen der danebenliegenden Schraubengänge drücken.
Dadurch wird ermöglicht, daß die Spirale mit beliebigen Schraubstiften verwendet werden kann, und es ist vorteilhaft, die Windungen der Spirale symmetrisch um die Mittellinie zu machen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine strikte Symmetrie oder überhaupt auf irgendeine Symmetrie beschränkt; ein Ansatz kann so gemacht sein, daß es sich weiter erstreckt, oder daß er dicker ist als der andere Ansatz oder beides oder ein Ansatz könnte dünner sein und sich weiter erstrecken.
Die Oberfläche der Basis der Windung ist vorzugsweise so ausgeführt, daß sie von dem Boden der Schraube zwischen nebeneinanderliegenden Schraubengängen wenigstens bei Beginn des Einsetzens der Schraube in die Spirale bleibt.
Wie in EP-B-188490 ist das Spiralelement aus einem Material geformt, welches härter als das Material des Substrates ist, beispielsweise aus Mahagoni oder Jarrah-Holz oder Weichholz, woraus Holzschwellen für Eisenbahnzwecke in typischen Fällen hergestellt sind, ist jedoch weicher als das Material des Schraubstiftes, der in typischen Fällen aus Gußeisen oder Stahl besteht. Das Material des Spiralelements kann auch weicher als Hartbronzedraht sein. Typische geeignete Materialien sind Materialien mit einer Härte in derselben Größenordnung wie die Aluminiumlegierungen, die in der früheren Anmeldung beschrieben worden sind.
Ein geeignetes Material für das Spiralelement ist die Aluminiumlegierung HE9. Diese Legierung, die mit BS 1474, Nr.6063 TF übereinstimmt, hat einen 0,2 % Proof-Streß-Wert von 160 MPa, eine Zugfestigkeit von 185 MPa und eine Bruchgrenze bei Bruch von 7 %. Seine Zusammensetzung ist wie folgt: 0,2 - 0,6 % Si, 0,35% Fe, 0,1% Cu, 0,1% Mn, 0,45-0,9% Mg, 0,1% Cr, 0,1% Zr, 0,1 Ti, Restaluminium.
Andere Legierungen, die für nützlich gehalten werden, sind in der Tabelle 1 mit ihren physikalischen Eigenschaften angegeben: TABELLE 1
Nach einer breiteren Definition werden daher Materialien mit Zugfestigkeiten im Bereich 130 bis 275 MPa und Bruchgrenzeen von 7 bis 14 % für geeignet gehalten.
Wir haben auch gefunden, daß das Spiralelement aus einem Material hergestellt werden sollte, welches, während es hart genug ist, um in das Holz einzudringen, ob es sich um hartes Holz, beispielsweise Mahagoni, oder weiches Holz handelt, welches für Schienenschwellen benutzt wird, weich genug oder nachgiebig genug ist, um sich der Form der Gewindegänge in den Stiften anzupassen, ohne einen Gewindegang zu überspringen.
Das Spiralelement wird, so wird angenommen, im Effekt durch den Gewindegang und das Holz, in das es hineingedrückt wird, eingeklemmt, und, um sich in der Form den Gewindegängen anzupassen, scheint notwendig zu sein, daß es im Effekt von den Gewindegängen extrudiert oder ausgezogen wird, während der Stift eingeschraubt wird.
Zusätzlich füllt das Spiralelement das Loch mehr als aus, und auf diese Weise hilft die Tatsache, daß es sich der Form des Schraubstiftes anpassen kann, bei der Verwirklichung eines festen Sitzes in dem Loch.
Das Spiralelement scheint sich um etwa 3/4 einer Windung in die Schwelle hineinzuwinden, wenn der Schraubstift eingeschraubt wird, es kann jedoch auch eine Streckung des Spiralelementes in seiner Länge auftreten. Wir sind noch nicht ganz sicher, welcher Mechanismus im Spiel ist, wir haben jedoch gefunden, daß bei einem Stift aus weichem Stahl und harten oder weichen Hölzern, die oft für Schwellen verwendet werden, die oben erwähnte Aluminiumlegierung sich sehr gut verhält.
Es wird angenommen, daß andere Materialien, nicht notwendigerweise Metalle, die eine ähnliche Härte und Ziehfähigkeit, Duktilität, Verformbarkeit und Bruchgrenzencharakteristik wie diese Aluminiumlegierungen haben, ebenfalls wirkungsvoll sind.
Die Erfindung kann auf verschiedene Art und Weisen und in einer Anzahl von speziellen Ausführungsbeispielen des Spiralelements in die Praxis umgesetzt werden, und eines der Werkzeuge wird als Beispiel beschrieben, um die Erfindung unter Bezuguahme auf die beigefügten Zeichnungen darzustellen, in denen:
Figur 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Eisenbahnschwelle aus Holz ist und den Bodenbereich einer Haltervorrichtung des früheren Falls im Längsschnitt, wenn sie in ein altes Loch eingesetzt wird, von dem ein Schraubstift sich gelockert hat und dann entfernt worden ist, wobei der alte Schraubstift teilweise in das Loch zurückgeschraubt worden ist, wobei die Hälfte des Stiftes auf der linken Seite der Mittellinie 21 weggelassen ist, so daß die gesamte Metallspirale auf dieser Seite gezeigt werden kann, und wobei die zurückgezogene Oberfläche des Holzes schematisch auf der rechten Seiten dargestellt ist (dies ist Figur 1 unserer früheren EP 188490 B1, mit der der vorliegende Fall eng zusammenhängt und gegenüber der er eine Verbesserung darstellt);
Figur 2 in Draufsicht, die ein Setzwerkzeug der EP 188490 B1 zeigt, wobei ein Spiralelement in Übereinstimmung mit EP 188490 B1 auf einem Werkzeug aufgewickelt ist, und das Spiralelement voll in die Schwelle unmittelbar vor dem Beginn des Herauswindens des Einsatzwerkzeuges voll eingesetzt ist, wodurch das Spiralelement in dem Loch zurückgelassen wird und zum Einsetzen eines Stiftes bereit ist;
Figur 3 eine Darstellung ähnlich Figur 1 mit einem stark vergrößerten Maßstab im Vergleich zu den Figuren 1 und 2 ist und Teile eines Schraubstiftes zeigt, der gerade dabei ist, in ein erstes Ausführungsbeispiel des Spiralelementes gemaß der vorliegenden Erfindung eingeschraubt zu werden;
Figur 4 eine Darstellung ähnlich Figur 2 mit demselben Maßstab wie Figur 3 ist und einen Teil eines Einsatzwerkzeuges und eine Windung des Spiralelements des ersten Ausführungsbeispiels gemaß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 5 eine Darstellung ähnlich Figur 1 in demselben Maßstab wie Figur 3 ist, die den voll eingeschraubten Schraubstift und das Spiralelement des ersten Ausführungsbeispiels zeigt, welches in das Holz der Schwelle eingetrieben ist und verformt ist, um sich der Form der Gewindegänge in dem Schraubstift anzupassen;
Figur 6 eine Darstellung ähnlich wie Figur 4 jedoch bei Meinerem Maßstab ist, die schematisch das Ausmaß zeigt, bis zu dem ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Spiralelementes gemaß der vorliegenden Erfindung von dem Einfügungszustand zu dem Endzustand nach außen getrieben wird;
Figur 7 eine Darstellung ähnlich wie Figur 6 ist, die zeigt, wie das Spiralelement sich der Form der Schraube anpaßt;
Figuren 8 bis 12 sich auf ein zweites Ausführungsbeispiel eines Spiralelements gemaß der vorliegenden Erfindung bezieht;
Figur 8 ein Querschnitt einer extrudierten Stange ist, aus der das Spiralelement gewickelt wird;
Figur 9 eine perspektivische Rohdarstellung der Stange nach gewissen vorläufigen Herstellungsschritten ist, die vor dem Wickeln ausgeführt werden;
Figur 10 ein Querschnitt der Stange nach dem Wickeln ist, der zeigt, wie die Einsätze durch das Wickels mehr hakenförmig oder hornförmig gemacht werden;
Figur 11 eine Querschnittsdarstellung ahnlich wie Figur 2 ist, wobei jedoch zwei Windungen gezeigt sind; und
Figur 12 eine Darstellung ähnlich wie Figur 5 ist, wobei jedoch zwei Windungen gezeigt sind; wobei die Figuren 11 und 12 im Vergleich zu Figur 8 in einem reduzierten Maßstab sind.
Figur 1 ist im einzelnen in EP 188490 beschrieben, und ihre Beschreibung wird hiermit durch Bezuguahme eingeschlossen, wobei die gleichen Bezugszahlen verwendet werden.
Zuerst wird auf Figur 1 Bezug genommen, in der ein Abschnitt eines britischen Schraubstiftes 20 in Längsschnitt in der rechten Hälfte der Zeichnung dargestellt ist, wobei die Linie 21 die Mittellinie des Stiftes ist. Der Kern 22 des Stiftes ist von oben nach unten abgeschrägt, wobei die Linie 23, die tiefsten Punkte von jedem Boden zwischen angrenzenden Windungen verbindet, die Bodenlinie 23, unter einem Winkel zu der Mittellinie 21 geneigt ist. Die Verjüngung beträgt typischerweise 1 mm bei 4 inch (10,2 cm) Länge des mit Schraubgewinde versehenen Abschnittes des Stiftes, einige Schraubstifte sind jedoch nicht verjüngt. Der Kern trägt einen einzigen helixförmigen Außengewindegang 26, der an der Schwelle angreift. Der Gewindegang hat eine obere Stirnfläche 27, die unter einem Winkel A von etwa 70º gegenüber der Längsachse 21 des Schraubstiftes angeordnet ist, und eine untere Stirnfläche 28, die unter einem Winkel B von etwa 30º zu derselben Achse geneigt ist.
Der Gewindegang erstreckt sich um einen Abstand 29 (radiale Tiefe oder Höhe) von der Bodenlinie 23 von etwa 3,1 mm oder etwas allgemeiner 2,5 - 3,5 mm nach außen.
Die genauen Abmessungen der Schraubstifte, die in anderen Ländern verwendet werden, unterscheiden sich von denen, die in dem Vereinigten Königreich verwendet werden, sind jedoch in ihrer Größenordnung ähnlich. Das Spiralelement wird für solch andere Länder so modifiziert, daß es das gleiche oder ein ähnliches Verhältnis zu dem Stift hat.
Wenn der Schraubstift zuerst in das Holz 35 der Schwelle geschraubt, paßt sich das Holz dicht an die Oberfläche des Kerns und des Schraubengangs auf dem Schraubstift an. Der Zustand, der nach einer Benutzungsdauer vorherrscht, ist schematisch auf der rechten Seite von Figur 1 dargestellt. Hier hat sich die Oberfläche 36 des Holzes, die vorher an dem Kern 22 angelegen hat oder nahe dabei angeordnet war, von dem Kern zurückgezogen, und der Bereich des Holzes, der in Kontakt mit der oberen Stirnfläche 27 des Gewindeganges steht, hat sich sehr schwerwiegend reduziert. Der genaue Grund, warum sich das Holz in dieser Weise zurückzieht, ist nicht bekannt, es kann jedoch sein, daß es von dem Kern des Stiftes durch den Gewindegang des Stiftes beim Lockerungsprozeß weggedrückt wird; es kann auch eine Korrosion oder Verrottung des Holzes stattfinden, die durch Eindringen des Wassers zwischen dem Holz und dem metallischen Schraubstift verursacht wird. Die Anmelder haben bei Tests beobachtet, daß, während der Schraubstift bis zu einer Festigkeit, die weitgehend die gleiche wie die ursprüngliche Festigkeit ist, und von der man denken kann, daß sie einen ausreichenden Sitz vermittelt, eingeschraubt werden kann, dennoch der Widerstand der Anordnung gegen ein Herausziehen des Schraubstiftes sehr schwerwiegend reduziert worden ist, oft auf einen Wert so niedrig wie nur 25 % des ursprünglichen Wertes. Ein geradliniger Zug ist selbstverständlich nicht das gleiche wie die Kräfte, die zwischen dem Schraubstift und der Schwelle im Gebrauch auftreten, diese Änderung ist jedoch überraschend, wenn der Schraubstift scheinbar so fest in der Schwelle fixiert ist.
Der britische Schraubstift ist in typischen Fällen 7,5 inch (19 cm) über alles lang, (obwohl einige länger sind, beispielsweise 8 inch (20,3 cm) für spezielle Zwecke), und der Gewindebereich verdickt sich von einem 0,88 inch (2,24 cm) Durchmesser an seinem unteren Ende zu einem 0,95 inch (2,41 cm) an der Stelle, wo er an den Schaft ohne Gewinde angrenzt, der etwa 2,2 inch (5,6 cm) lang ist und im Gebrauch durch eine Kunststofihülse umgeben ist, die durch den Stuhl zu einem Flansch mit flacher Unterseite und abgerundeter Oberseite verläuft, wobei die flache Unterseite desselben einen Druck auf den Stuhl über die Kunststoffhülse ausübt. Der Schraubstift endet in einem quadratischen Kopf.
Der Schraubstift ist gewöhnlich aus einem weichen Stahl hergestellt, der verzinkt sein kann, um eine Korrosion im Einsatz zu reduzieren. Die Ganghöhe des Gewindes ist typischerweise 0,5 inch (1,3 cm); die Gewindewinkel und die Gewindehöhe wurden bereits erwahnt.
Erneut bezugnehmend auf Figur 1 wird ein erstes Ausführungsbeispiel eines Spiralelementes 114 entsprechend unserem früheren Fall im Schnitt in der rechten Hälfte der Zeichnung und in Draufsicht in der linken Hälfte gezeigt. Das Spiralelement hat einen nicht kreisförmigen Querschnitt von gleichschenkliger, dreieckiger Form mit Seiten 171, 172, 173, wobei eine Seite 173 des Dreieckes, nämlich die Innenseite, im wesentlichen parallel zu der Linie 145 liegt, die gegenüber der Achse 21 unter einem größeren Winkel geneigt ist als die Bodenlinie 123 des Schraubstiftes. Die Seite 173 bildet eine innere Schubfläche. Diese innere Schubfläche 173 drückt gegen den Kern 22 des Stiftes zwischen angrenzenden Gewindegängen und hat, wie in Figur 1 zu sehen ist, die gleiche Größe oder ist geringfügig größer als die Länge des Kerns in Längsrichtung des Schraubstiftes.
Der Scheitel 174 des Dreiecks bietet einen nach außen gerichteten Vorsprung und eine Schneidkante, um in die Wand des Loches einzuschneiden, wobei der Zweck darin besteht, in das unberührte Holz radial außerhalb der alten Nut einzudringen und einen verbesserten Sitz zu schaffen. Die radiale Tiefe oder Mittellinie 175 des Spiralelementes in diesem Ausführungsbeispiel (der senkrechte Abstand) relativ zu der Mittellinie von der inneren Schubfläche 173 zu dem Scheitel 174 ist 5,2 mm.
Das in Figur 1 gezeigte Profil hat eine maximale axiale Länge (ALM) von 6 Einheiten und eine axiale Länge bei halber Höhe (AL0,5), d.h. eine Länge senkrecht zu der Mittellinie 175 auf halbem Weg von dem Scheitel 174 zu der Basis 173, von 3,25 Einheiten. Das Verhältnis ALm/AL0,5 ist daher 1,9:1.
Die untere Windung des Spiralelementes hat einen Innendurchmesser von etwa 1,5 - 1,6 cm vor dem Einsetzen in das Loch.
Das Einschrauben des Spiralelementes 140 vom Boden her bewirkt, daß die Spirale festgezogen wird und damit ihren Durchmesser reduziert, was ihre Anordnung in den flachen Nuten erleichtert, die in den Wänden des Loches in der Schwelle übriggeblieben sind, wenn ein Schraubstift gelöst und herausgenommen worden ist (beispielsweise herausgeschraubt worden ist).
Der Schraubstift 20 ist in Figur 1 teilweise erneut eingesetzt dargestellt, wobei sein unteres Ende (welches schematisch als 60 dargestellt ist) sich der letzten vollen Windung des Spiralelements 40 nähert, es jedoch noch nicht berührt. Nur der Abschnitt des Stiftes rechts von der Mittellinie 21 ist dargestellt, um die Form der Windungen des Spiralelementes 140 leichter darstellen zu können. Wenn der Schraubstift voll in das dreieckige Spiralelement in der Schwelle eingeführt ist, wobei eine Kunststoffhülse den Abschnitt des Schaftes ohne Gewinde von dem Stuhl unter Abstand hält, drückt der Kern 22 jede Windung nach außen in die alte, flache Nut, wobei sie tiefer gemacht und die Haltevorrichtung in dem Holz der Schwelle eingebettet wird. Die Gewindegänge des Schraubstiftes schneiden eine neue Nut 61 in dem Abschnitt 36 des Holzes zwischen jeder Windung des Spiralelements (siehe Figur 1).
Wir haben herausgefunden, daß die Festigkeit gegen Herausziehen von einer solchen Anordnung, wenn sie voll eingesetzt ist, in der Größenordnung von 3 Tonnen bei Weichholzschwellen und 6,0 Tonnen bei Hartholzschwellen liegt, d.h. die Festigkeit gegen Herausziehen wird im wesentlichen wiederhergestellt oder wenigstens bis auf eine Festigkeit des Holzes um das Loch herum wiederhergestellt.
Das Spiralelement kann dadurch hergestellt werden, daß ein gewünschter Querschnitt beispielsweise durch Extrudieren hergestellt wird (der in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel Seitenflächen 171, 172 und 173 hat, die 6 mm lang sind, und der eine radiale Tiefe 175 von 5,2 mm hat) um ihn dann um einen Dorn mit dem erforderlichen Durchmesser zu wickeln. Um jedoch die innere Schubfläche flach gegen den Dorn zu bekommen, ist es notwendig, den dreieckigen Querschnitt zu verdrehen.
Das Verdrehen des extrudierten Querschnittes um den Dorn verändert den Querschnitt aufgrund einer Streckung an dem äußeren Scheitel 174, und dadurch schrumpft die axiale Tiefe nach dem Strecken etwas, beispielsweise um 5 bis 10 oder 15 %.
Der dreieckige Metalldraht ist 20,5 inch (52 cm) lang vor dem Wickeln, und um 7 Windungen im Uhrzeigersinn von etwa 2,5 cm Innendurchmesser zu erzeugen, muß er zuerst im Uhrzeigersinn gleichmaßig zwischen seinen Enden um 1 ½ Windungen (540º) gebogen werden. Der Dorn vergrößert sich, so daß das Spiralelement sich von einem Innendurchmesser für die untere Windung von 1,5 - 1,6 cm bis zu einem Innendurchmesser für die obere Windung von 1,7 cm ausdehnt.
Das oben beschriebene Spiralelement, das aus der Aluminiumlegierung HE9 hergestellt wurde, wurde auf Federwirkung getestet. So hat es sich um 1,75 inch (4,45 cm) in seiner Länge wänrend einer Sekunde ausgedehnt, wenn sein oberes Ende festgehalten wurde und ein Gewicht von 120 lbs (54,5 kg) an dem Element 146 befestigt wurde, und es kehrte zu einer Länge von 5,5 inch (14 cm) (von einer ursprünglichen Länge von 11,4 cm von der Unterseite der Klammer zu der Unterseite des Elements) in einer Sekunde nach dem Entladen wiederhergestellt, wobei die Last während 10 Minuten aufrechterhalten wurde. Die axiale Länge des Spiralelementes erhöhte sich daher signifikant.
Diese Legierung, die in Übereinstimmung mit BS 1474 Nr. 6063 TF ist, hat einen 0,2 % Streckfließgrenzenwert von 160 MPa, eine Zugfestigkeit von 185 MPa und eine Bruchgrenze von 7 %. Seine Zusammensetzung ist wie folgt: 0,2 - 0,6 % Si, 0,35% Fe, 0,1% Cu, 0,1%Mn, 0,45 - 0,9% Mg, 0,1% Cr, 0,1% Zn, 0,15 Ti, Restaluminium.
Figur 2 zeigt ein Spiralelement und ein Einsatzwerkzeug entsprechend unserem früheren Fall, wobei derselbe Typ von Einsatzwerkzeug mit dem Spiralelement der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Figur 2 ist dieselbe Figur wie die Figur 4 von EP 188490, und deren Beschreibung trifft in gleicher Weise auf die vorliegenden Figur 2 zu und wird durch Bezugnahme einbezogen, wobei die gleichen Bezugszahlen hier verwendet werden.
Das Werkzeug 50 hat eine Form, die einer heruntergeschnittenen Version des Schraubstiftes gleichkommt, der in der ausgeschlagenen Schwelle mit Hilfe des Spiralelementes befestigt werden soll. Der rechteckige Kopf 160 und die kreisförmigen Schultern 161 sind daher unverändert, während der Schaft 162 verkleinert sein kann, um seinen Durchmesser geringfügig zu reduzieren, um einen freien Durchgang durch den Stuhl sicherzustellen, und der Schaft 162 ist an seiner Verbindungsstelle mit der ersten Windung des Gewindeganges genügend abgearbeitet, um zu verhindern, daß er an der Innenseite des Loches angreift.
Die Gewindegänge sind auf konische, flache Vorsprünge 164 abgearbeitet, wobei die Konizität größer als die des Schraubstiftes ist, mit dem der Einsatz verwendet werden soll, nämlich 13 - 17 oder 14 - 18 mm Innendurchmesser im Vergleich zu 16 - 17 mm, wobei der untere Wert an dem unteren Ende der Spirale vorhanden ist. Eine rechteckige Nut 165 ist zwischen jedem flachen Vorsprung ausgebildet. Die axiale Länge der Nuten, beispielsweise ¼" (6,3 mm oder 7 mm) (länger bei dem Spiralelement der vorliegenden Erfindung) ist vorzugsweise so gewählt, daß ein Zwischenraum auf beiden Seiten jeder Windung des Spiralelementes verwirklicht wird, so daß das Spiralelement in dem Werkzeug verhältnismäßig lose angeordnet ist, beispielsweise ist die axiale Länge jeder Nut vorzugsweise 101 oder 105 % oder 110 bis 120 % oder 130 %, beispielsweise etwa 115 % der maximalen axialen Länge (beispielsweise 5 mm) von jeder Windung des Spiralelements.
Die Tiefe jeder rechteckigen Nut ist etwa 5/64" (2 mm).
Das untere Ende des Spiralelements 140 bildet einen Mitnehmerzapfen 180, der in die Längsachse des Spiralelements hineingedreht ist, um einen eingedrehten Abschnitt 201 zu bilden, und es ist nach oben und zurück gebogen, so daß es entlang der Achse liegt und sich über die Länge von etwa einer Windung zurück gerade aufwärts an der Achse des Spiralelementes erstreckt, um einen axialen Endteil 182 zu bilden. Der Endteil 182 des Mitnehmerzapfens hat etwa 6 mm Querschnitt, und das untere Ende des Einsatzwerkzeuges hat eine longitudinale, axiale Bohrung 166, die einen engen aber freien Sitz für den axialen Endteil des Mitnehmerzapfens des Spiralelementes bildet, beispielsweise kann sie eine Bohrung von etwa 7 mm Durchmesser sein. Die Bohrung 166 ist axial länger als der Endteil 182 des Mitnehmerzapfens. Das untere Ende des Einsatzwerkzeuges hat auch eine sich im allgemeinen radial erstreckende Schulter 167, die sich von der Bohrung 166 nach außen erstreckt. Diese Schulter greift an dem nach innen gebogenen Endabschnitt 201 des Mitnehmerzapfens des Spiralelements an und ist vorzugsweise gerundet, um sicherzustellen, daß der formbare Mitnehmerzapfen des Spiralelements nicht von dem harten Metall des Einsatzwerkzeugs abgeschert wird.
Die kürzeste Länge, die der Endteil und die axiale Bohrung haben können, um die gewünschte Funktion zu erreichen, ist nicht bekannt, sie müssen jedoch eine solche Länge und einen solchen Durchmesser relativ zueinander aufweisen, daß eine genügende Klemmwirkung erzeugt wird, um zu verhindern, daß die Schulter 167 den Endteil 182 aus der axialen Bohrung 166 herauszieht, bevor das Spiralelement voll in die Bohrung eingesetzt ist, wobei sein oberes Ende unterhalb der Fläche der Schwelle liegt (so daß es an seinem Ort in der Schwelle festsitzt; wenn dieser feste Sitz nicht erreicht wird, würde die oberste Windung sich anheben, und der Schraubstift würde schwieriger in das Spiralelement anfänglich einzuführen sein).
Die Wirkung der Reibung der oberen Windungen und des Endes, welches sich in das Holz eingräbt, verhindert, daß das Spiralelement sich abwickelt, wenn das Einsatzwerkzeug herausgedreht wird.
Es ist zu beachten, daß, wenn diese Klemmwirkung und Reibungswirkung nicht auftritt, der Endteil aus der Bohrung herausgezogen würde, und daß dadurch aufgrund der Formbarkeit der bevorzugten Materialien für das Spiralelement verformt würde, um die Form der Nut in dem Einsatzwerkzeug anzunehmen, und er würde nicht mehr eingeschraubt, und das Einsatzwerkzeug würde sich lediglich durch das stationäre Spiralelement in das Loch hineindrehen.
Figur 3 zeigt den Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform für das Profil des Spiralelements entsprechend der vorliegenden Erfindung. Der Querschnitt ist im wesentlichen dreieckig, wobei der Scheitel des Dreiecks den nach außen gerichteten Vorsprung 174 und die Basis des Dreiecks die Schubfläche 173 bildet. Die Höhe oder die radiale Tiefe 175 des Spiralelements ist 6,1 mm nach dem Extrudieren und vor dem Aufwickeln auf dem Dorn; nach dem Aufwickeln schrumpft sie (wie oben beschrieben wurde) beispielsweise auf etwa 5,7 mm.
Die unteren Ecken des Dreiecks stehen nach außen vor, um Flügel oder Vorsprünge 190 und 191 zu erzeugen, die teilweise elliptisch oder oval in ihrer Form sind. Diese verlaufen in einer sanften Kurve nach unten in die Basis 173 an ihren hinteren Flächen 192. Die Basis ist in ihrer Form ebenfalls kurvenförmig oder elliptisch. Die Flügel verlaufen ebenfalls in einer sanften Kurve, d.h. in S- Form, in die Seitenwände 171 und 172 an ihren Außenflächen 193.
Andere Formen oder Proportionen könnten verwendet werden, es ist jedoch der Effekt, einen im allgemeinen pilziörmigen Querschnitt zu schaffen.
So könnten die Seitenwände 171 und 172 über ihrer gesamten Länge kurvenförmig ausgebildet sein; der Winkel zwischen 171 und 172 könnte Meiner oder größer als der gezeigte Winkel sein, ein Winkel von 30 bis 65º bei 174 wird jedoch für den wahrscheinlich am meisten geeigneten Winkel gehalten.
Der Scheitel 174 ist als spitz dargestellt, für einige Hölzer könnte er jedoch abgeflacht oder abgerundet sein.
Das Profil ist symmetrisch um die Linie von dem Scheitel zu dem Mittelpunkt der Basis, was bedeutet, daß das extrudierte Profil in dem einen oder anderen Sinne um den Dorn gewickelt werden kann, um das Spiralelement zu bilden. Das Profil ist symmetrisch um eine Linie, die durch den Mittelpunkt der Linie von dem Scheitel zu dem Mittelpunkt der Basis und parallel zu der Basis verläuft.
Wie in Figur 3 zu ersehen ist, sind die Abmessungen der Flügel 190 und 192 so gewahlt, daß sie die geneigten Oberflächen der angrenzenden Gewindegänge 28 bzw. 27 des Schraubstiftes im wesentlichen an den einzigen Stellen 194 und 195 kontaktieren, während die kurvenförmig ausgebildete Basis 173 des Profils nicht in Kontakt mit dem Kern 22 der Schraube ist.
Dies ist dazu gedacht, die Reibungskräfte während des Einschraubens der Schraube zu reduzieren, während genügend Metall des Spiralelements zwischen den Schraubengängen bereitgestellt wird, um die Festigkeit zu erhöhen, wenn es voll installiert ist.
Das in ausgezogenen Linien dargestellte Profil, das in Figur 3 gezeigt ist, hat eine maximale axiale Länge (ALm) von 11,6 Einheiten und eine axiale Länge auf halber Höhe (AL0,5), nämlich eine Länge senkrecht zu der Mittellinie auf halbem Weg von dem Scheitel 174 und der Basis 173, von 5,0 Einheiten. Das Verhältnis ALm/AL0,5 ist daher 3,3:1. Das in gestrichelten Linien dargestellte Profil hat ein Verhältnis von ALm/AL0,5 von 2,4:1.
Diese sind erheblich größer als das Verhältnis des in Figur 1 gezeigten Profils, welches 1,9:1 ist.
Der Endteil 182 des Spiralelements ist vorzugsweise komprimiert, so daß er eine mehr abgerundete Form aufweist oder so geformt ist, daß sichergestellt ist, daß er in die axiale Bohrung 166 in dem Werkzeug 50 paßt.
Figur 4 zeigt das Spiralelement 140 positioniert in dem Einsetzwerkzeug 50, wobei seine kurvenförmige Basis 173 auf dem Boden der Nut 165 zwischen den flachen Abschnitten 164 ruht.
Wie zu ersehen ist, ist die Länge des Spiralelementes 140 zwischen seinen Flügeln 190 und 191 kleiner als die Länge der Nut 165. Die Länge der Nut 165 ist länger als die, die in Figur 2 gezeigt ist, und die flachen Abschnitte 164 sind entsprechend kürzer.
Figur 5 zeigt das Spiralelement 140, wie es in die alte Nut der Schwelle hineingetrieben ist, wobei die Gewindegänge 26 des Schraubstiftes 20 neue Nuten 61 in der Oberfläche 36 gemacht haben. Die Flügel 190 und 191 sind so deformiert worden, daß ihre Außenflächen 193 an die Oberfläche 36 des Holzes 35 dichter herantreten als in Figur 1, und ihre hinteren Flächen 192 greifen an den geneigten Flächen 28 und 27 über beachtlichen Flächen an. Die kurvenförmig ausgebildete hintere Fläche 173 paßt sich eng an den Kern 22 des Schraubstiftes an.
Der Raum für eine relative Längsbewegung zwischen dem Schraubstift 20 und dem Spiralelement 140 ist auf diese Weise stark reduziert.
Einige Eisenbahnlinien, beispielsweise die Englische Westliche Region, haben größere Löcher, und hier ist die radiale Tiefe 175 beim Extrudieren 7,4 mm (d.h. das Dreieck ist gleichschenklig und ist nach dem Wickeln auf 6,9 mm geschrumpft). In einer Abwandlung wird der Endteil 182 dünner ausgeführt, so daß er einen Durchmesser von etwa 5,7 mm hat, so daß er in die Bohrung des Werkzeuges paßt, ohne daß das Werkzeug modifiziert werden muß.
Das in gestrichelte Linien dargestellte Profil, das in den Figuren 2, 4 und 5 gezeigt ist, ist für ein Spiralelement mit diesen größeren Abmessungen vorgesehen.
Für sehr harte Hölzer kann die Höhe der Spirale geringer gemacht werden, als in ausgezogenen Linien in diesen Figuren dargestellt ist.
Einige Schraubstifte haben einen leicht kurvenförmigen Kern statt einem flachen Kern, und die Verformbarkeit des bevorzugten Spiralelements ist daher wiederum ein Vorteil, der es ermöglicht, während des Einführens des Schraubstiftes mit einem derartigen kurvenförmigen Kern eine Deformation bis auf einen engen Paßflächenkontakt stattfindet.
Figur 6 zeigt schematisch das Verhältnis zwischen der Kante 70, der Bohrung 71 in der Basisplatte 72, den flachen Abschnitten 164 auf dem Einsetzwerkzeug 50 und dem Scheitel 174 des Spiralelements 140 auf dem Werkzeug 50. Wie aus der gestrichelten Linie 175 zu ersehen ist, befindet sich der Scheitel 174 gerade innerhalb von dem Rand 70 der Bohrung 71.
Das Spiralelement 140 hat eine abgewandelte Hülsform in Figur 6 im Vergleich zu der in den Figuren 3, 4 und 5. Der Winkel zwischen den Oberflächen 171 und 172 ist kleiner, und diese Oberflächen sind länger. 23 bezeichnet die Bodenlinie der Schraube, die sie am Ende einnimmt, wenn sie voll eingeschraubt ist, und sie liegt nahe bei der Oberfläche 36 des Holzes 35. Wenn die Schraube in die Spirale in dem Holz eingeschraubt wird, drückt sie die Schraube und ihren Scheitel 174 von der in ausgezogenen Linien dargestellten Position nach außen in die Position, die in strichpunktierten Linien gezeigt ist, d.h. in die Endposition.
Das in ausgezogenen Linien dargestellte Profil, das in Figur 6 gezeigt ist, hat eine maximale axiale Länge (ALm) von 10,5 Einheiten und eine axiale Länge bei halber Höhe (AL0,5), nämlich eine Länge senkrecht zu der Mittellinie auf halbem Weg von dem Scheitel 174 zu der Basis 173, von 4,6 Einheiten. Das Verhältnis ALm/AL0,5 ist daher 3,3:1.
Figur 7 ist eine ähnliche Darstellung wie Figur 6, wobei die Deformation des Spiralelements und die ursprüngliche Lage des Gewindes des Schraubstiftes in dem Holz vor der Verstärkung dargestellt ist.
Der Scheitel des Gewindes 26 des Schraubstiftes erreicht gerade die Linie 75 und der Schraubstift kann daher durch die Bohrung 70 hindurchtreten.
Der Abstand zwischen den Scheiteln 40 und 41 ist die Ganghöhe des Gewindes 26.
Der radiale Abstand von der Linie zwischen den Scheiteln 40 und 41 und dem Scheitel 174 des Spiralelementes ist der Gewinn an dem radialen Durchmesser, der durch das Spiralelement gegenüber der Schraube erreicht wird.
Die Flügel 190 und 191 sind deformiert und in ihrer Form an die geneigten Flächen 28 und 27 der Schraube 26 und des Kerns 22 angepaßt dargestellt.
Der Bereich, der um die Linie 45 herum gestrichelt dargestellt ist, ist der beschädigte Bereich um die ursprüngliche Nut, die von dem Gewinde 26 in der ursprünglichen Position 47, die in gestrichelten Linien dargestellt ist, eingenommen worden ist.
Es wird auf Figur 8 Bezug genommen, wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile wie in den Figuren 1 bis 7 verwendet werden.
Figur 8 ist ein Querschnitt einer gerade extrudierten Stange aus Aluminiumlegierung, aus der das Spiralelement durch Aufwickeln auf einem Dorn hergestellt wird, wie oben erwähnt wurde.
Figur 9 ist eine perspektivische Darstellung eines Abfallstücks der Stange, nachdem ein Ende 300 abgeschnitten und heruntergecrimpt worden ist, um ein kompaktes Ende zu bilden, welches den Mitnehmerzapfen 182 bildet und das nach innen gebogen worden ist; d.h. um die Linie Alm an der Innenfläche oder Basis 210 herum. Dieses nach innen gebogene Ende wird in eine axiale Bohrung in dem Dorn angesetzt und hält die Stange an demDorn, während sie um den Dorn herumgewickelt wird, um das Spiralelement zu bilden.
Die bevorzugte Form des Dorns weitet sich an seinem Ende aus, welches von dem Ende entfernt liegt, in dem die Bohrung liegt. Diese aufgeweitete Abschnitt führt zu einer nach außen geneigten Aufweitung auf der Innenseite des Spiralelements, daß es sich an seinem offenen, oberen Ende ausweitet. Um diese Vergrößerung im Innendurchmesser ohne eine Vergrößerung im Außendurchmesser aufnehmen zu können, muß die Außenfläche der Spirale zurückgeschnitten werden. Dies wird dadurch vorgenommen, daß eine Schräge 301 entlang dem Scheitel der Stange geschnitten wird, wie in Figur 9 dargestellt ist.
Bezuguehmend wiederum auf Figur 8 wird der Scheitel mit 174 und die geraden Seitenwände werden mit 171 bezeichnet.
Die Flügel 200 und 201 unterscheiden sich in ihrer Form den Hügeln 190, 191 in Figur 3.
Zusätzlich unterscheidet sich die hintere Fläche 210 des extrudierten Querschnittes und das Spiralelement von dem in Figur 3 gezeigten.
Da die hintere Fläche 210 einen kurvenförmigen oder elliptischen Mittelabschnitt 211 aufweist, der bei 212 und 213 endet und sich in geraden Abschnitten 214, 215 vorzugsweise senkrecht zu der Mittellinie nach außen erstreckt. Diese geraden Abschnitte erstrecken sich nach außen und erstrecken sich ei 240 und 241 in Kurven herum, um wulstartige Abschnitte 217, 218 zu bilden, die sich nach hinten bis zu etwa demselben Niveau wie wie die Mitte der kurvenförmigen Basis 211 erstrecken. Die wulstförmigen Abschnitte verlaufen herum, um kurvenförmige Außenflächen 220, 221 zu bilden, die gegen die Flanken 26 und 28 des Gewindes 26 drücken können.
Die Vorderflächen 223, 224 der wulstförmigen Abschnitte haben im Querschnitt Vertiefungen 226, 227, vorzugsweise in V-Form, die nach außen gerichtet sind, und deren Achsen, die von dem Boden der Ausnehmung ausgehen, sind nach außen in bezug auf die Mittellinie 178 geneigt; die Ausnehmungen bilden Nuten, die sich entlang der Länge des Spiralelementes erstrecken, d.h. senkrecht zur Zeichenebene.
Die Oberfläche des Spiralelements erstreckt sich dann von den inneren Rändern 232, 233 um die Kurve 140, 141 zu den Seitenwänden 171 und 172.
Wenn der Schraubstift 20 in das Spiralelement hineingedreht wird, werden die Flügel zu der Mittellinie 175 hin eingedrückt, wobei sie sich um die Bereiche 240 und 241 falten. Die Bereiche 212 und 240 auf der Rückseite und 140 auf der Vorderseite bilden einen Hals für einen Flügel 200 und der Bereich zwischen 213 und 241 auf der Hinterseite und 141 auf der Vorderseite bildet einen Hals für den anderen Flügel 210.
Wenn die Seiten des Querschnitts gerade sind, ist das Verhältnis von Breite zu Höhe an einer vorgegebenen Breite, gemessen an unterschiedlichen Höhen entlang der Mittellinie, konstant. Daher gilt AL0,5/H0,5 = AL0,25/H0,25 = ALm/Hm, wobei H0,5, H0,25 und Hm die Längen von dem Scheitel zum halben Weg zur Basis, ein Viertel des Weges zu der Basis und zu dem Punkt auf der Mittellinie ist, an der die axiale Länge ein Maximum ist.
Für das Profil in Figur 1 sind diese Verhältnisse alle 2:1.
Für das Profil in Figur 3 sind diese Verhältnisse ALm/Hm = 11,6/5,8 = 2:1; AL0,5/H0,5 = 5,0/3,8 = 1,3:1 und für AL0,25/H0,25 = 2,4/2,3 = 1:1.
Für das Profil in Figur 6 sind diese Verhältnisse ALm/Hm = 10,5/11,6 = 0,9:1;AL0,5/H0,5 = 4,6/7,4 = 0,6:1 und für AL0,25/H0,25 = 2,4/3,7 = 0,6:1.
Für das Profil, das in Figur 8 gezeigt ist, sind diese Verhältnisse ALm/Hm = 11,7/5,8 = 2:1; AL0,5/H0,5 = 4,9/3,3 : 1,5:1 und für AL0,25/H0,25 = 2,6/1,6 = 1,6:1. Diese Verhältnisse werden durch die Abrundung des Scheitels verzerrt; wenn diese Verzerrung dadurch beseitigt wird, daß die geraden Linien der Seitenwände bei AL0,25 verlängert werden, um einen punktförmigen Scheitel zu erzeugen, sind diese Verhältnisse 1,9:1, 1,3:1 und 1,3:1 respektive.
Folglich ist ein Spiralelement gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise gekennzeichnet durch das folgende Verhältnis:
ALm/Hm> AL0,5/H0,5≥AL0,25/H0,25.
Um Meßfehler zu reduzieren, sollten die Profile vor der Vermessung vergrößert werden auf eine Größe, bei der ALm wenigstens 5 cm beträgt.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird das Wickeln der in Figur 8 gezeigten Stange um den Dorn so durchgeführt, daß die Flügel oder Hörner 200 und 201 zwangsweise ihre Form verändern, wobei sie sich nach oben zu dem Scheitel 274 hin verbiegen.
Der Betrag der Verbiegung kann variiert und, wenn erwünscht, weggelassen werden.
In den Ausführungsbeispielen der Figuren 10 bis 12 wird jedoch von dem Aufbiegen Gebrauch gemacht.
Wie in Figur 10 zu ersehen ist, hat sich der äußere Rand 224 verdünnt und nach oben an dem Punkt 233 vorbei verlängert. Die Vertiefüng 227 ist nicht mehr so tief. Der Rand 224 wirkt nun mehr wie ein Haken. Eine genaue Überprüfung einer Schwelle, von der diese Form von Spiralelement nach dem Einsatz entfernt worden ist, zeigt drei Nuten, die in dem Holz ausgebildet worden sind, wobei die hauptsächliche von dem Scheitel 174 und zwei kleinere Nuten auf beiden Seiten durch 224 und 223 verursacht worden sind. Dieser dreifache Verankerungseffekt tritt wenigstens an den Windungen des Spiralelementes auf, die am nächsten an dem oberen Ende (d.h. von dem Mitnehmerzapfen 182 entfernt) liegen, obwohl er weiter abwärts an der Spirale weniger markant auftreten kann.
Figur 11 zeigt die Oberfläche 301 des Holzes in der Schwelle unmittelbar, nachdem ein Schraubstift eingesetzt worden ist, und die Fläche 311, nach dem Abrieb aufgetreten ist. Sie zeigt ferner zwei Windungen des Spiralelementes entsprechend einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung, die in dem alten Schraubgewinde sitzen und in den Nuten des Einsetzwerkzeuges aufgenommen sind, bevor das Einsetzwerkzeug entfernt wird und bevor das Spiralelement durch das erneute Einsetzen des Schraubstiftes nach außen in das Holz gedrückt wird. Figur 11 zeigt, wie das Spiralelement in dem Einsetzwerkzeug 50 gehalten wird, wobei aufeinanderfolgende Windungen in Nuten 165 zwischen den flachen Abschnitten 164 sitzen.
Figur 12 zeigt zwei Windungen des Spiralelementes in Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt, nachdem sie in die alten Schraubengänge über die Linie 311 des alten Schraubengangs hineingedrückt worden sind. Figur 12 zeigt ferner zwei Schraubengänge 26 des Schraubstiftes.
Das Spiralelement ist nach oben gebogen, so daß es mit der Form der asymmetrischen Nut in dem Holz übereinstimmt, und gleichzeitig sind die Flügel oder Hörner 200 und 201 weiter zu dem Scheitel 174 hin gebogen. Das genaue Maß der Verbiegung und das genaue Maß der Deformation der Flügel hängt offensichtlich von dem genauen Größenverhältnis des alten Gewindes, des Spiralelements und des Schraubstiftes ab. Das Gewinde kann erheblich variieren aufgrund unterschiedlicher Abriebgrade, und die Schraubstifte sind nicht mit engen Toleranzen hergestellt. Zusätzlich werden die Schraubstifte in verschiedenen Größen hergestellt.
Figur 12 soll daher eine schematische Darstellung sein und den Trend der Verbiegung und Formveränderung anzeigen, die vermutlich auftreten werden, statt der genauen Werte solcher Bewegungen.
Die Verformbarkeit des Spiralelements ermöglicht es, daß es diese verschiedenen Variationen leicht aufnimmt.
Die Verbiegung und die Formänderung der Flügel haben den vorteilhaften Effekt, daß die Form des Spiralelementes an die Gewindegänge enger angenähert wird, und daß zusätzliche Greifstellen, nämlich die beiden Flügel, gebildet werden, deren Verformung dazu führt, daß sie verlängert und in das Holz gedrückt werden.
Figur 12 zeigt auch die Formen der Flügel, wie in Figur 8 durch strichpunktierte Linien 350 und wie in Figur 10 durch punktierte Linien 360.
Wie erwähnt wurde, ist die Oberfläche (die ausgeschlagene Oberfläche) vor dem Einsetzen des Schraubstiftes in das Spiralelement durch die Linie 311 dargestellt, die teilweise strichpunktiert ist.
Die Holzoberfläche wie im Neuzustand ist durch eine unterbrochene Linie 370 gezeigt.

Claims

1. Spiralelement (140) zum Vergrößern des Widerstandes gegen ein Herausziehen einer Schraube (20), die aus einem harten Material hergestellt ist und in einem Loch in einem Körper von schraubenaufnehmendem Material aufgenommen ist, welches aus einem weicheren Material als die Schraube besteht, wobei das Spiralelement zylindrisch oder zu einem Ende konisch ausgebildet und an einem Ende oder an seinem schmalen Ende, wenn es konisch ausgebildet ist, nach innen gedreht ist, um einen Mitnehmerzapfen (180) zu bilden, der von einem Einsetzwerkzeug zu erfassen geeignet ist, welches durch die Innenseite des Spiralelementes hinunter einsetzbar ist, so daß das Spiralelement in das Loch von seinem unteren Ende her eingeschraubt werden kann, wobei das Spiralelement aus einem Material gefertigt ist, dessen Härte geringer als die der Schraube und größer als die Härte des schraubenaufnehmenden Materials ist, und der Querschnitt des Spiralelements im allgemeinen dreieckig in seiner Form ist, die eine Grundfläche (173), die zur Achse des Spiralelementes hin gerichtet ist, und Seitenflächen (171, 172) aufweist, die von der Achse nach außen gerichtet sind und sich an einem Scheitel (174) treffen, der scharf oder abgerundet ausgebildet sein kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisfläche kurvenförmig ausgebildet ist und sich in Flügel (190, 191) nach außen über die Seitenflächen (171, 172) hinaus erstreckt, wobei die Seitenflächen gerade oder kurvenförmig ausgebildet sind und die Flügel (190, 191) abgerundet sind, und daß die Flügel eine derartige Form haben, daß sie kollabieren oder gefaltet werden, wenn sie von den Flanken der Schraube erfaßt werden.

2. Spiralelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel mit einem Halsabschnitt zwischen den äußeren Abschnitten der Flügel und dem Hauptkörper des Spiralelements versehen sind.

3. Spiralelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in dem die Flügel einen wulstförmigen Abschnitt bilden, der zum Angreifen an den Flanken der Schraube geeignet ist.

4. Spiralelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Vertiefungs- oder Nutmittel in den Flügeln angeordnet sind.

5. Spiralelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungs- oder Nutmittel sich von der Basis des Spiralelementes weg erstrecken.

6. Spiralelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen kurvenförmig nach außen verlaufen, um in die Flügel überzugehen.

7. Spiralelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der maximalen axialen Länge (ALM) des Querschnitts zu der axialen Länge bei halber Höhe (AL0,5), nämlich die Länge senkrecht zu der Mittellinie auf halbem Weg von dem Scheitel des Querschnittes zu der Basis des Querschnittes, ALm/AL0 größer als 1,9:1, und vorzugsweise bei wenigstens 2,0:1 ist.

8. Spiralelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Verhältnis ALm/Hm> AL0,5/H0,5≥AL0,25/H0,25.

9. Spiralelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel spitze Strukturen aufweisen, die zum Eindringen in das schraubenaufnehmende Material geeignet sind.

10. Teilezusammenstellung, bestehend aus einem Schraubstift und einem Spiralelement, wie es in einem der Ansprüche 1 bis 9 beansprucht ist, dadurch gekennzeichnet, daß angrenzende Windungen des spiralförmigen Sitzes zwischen nebeneinanderliegenden Windungen des Schraubstiftes und die Flügel der Spirale so dimensioniert sind, daß sie auf die geneigten oberen bzw. unteren Oberflächen von angrenzenden Gewinden drücken.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisfläche der Spirale von dem Kern der Schraube zwischen angrenzenden Gewindegängen wenigstens am Beginn des Einsetzens der Schraube in die Spirale freibleibt.