CN1094182C - 将金属和/或塑料型材或板固定在基础上的螺钉 - Google Patents

Abstract

在一种将金属型材(10)固定在基础(11)上的螺钉中，设有一具有螺纹段(3)的杆(2)和一用于装上旋入机的作用段(3)。杆(2)与作用段(3)连接的段沿着朝作用段(3)的方向设计成渐扩的锥形。螺纹(5)旋入基础(11)内，与此同时，型材(10)当其遇到锥形段(6)时便被压向基础(11)。由于相应的摩擦使扭矩相应地强烈增加，所以可实现一种取决于扭矩的停止旋入。按本发明，在作用段(3)的用于接合旋入机的区域设计有一个起防止过度旋紧作用的额定断裂位置(29)。

Description

将金属和/或塑料型材或板固定在基础上的螺钉

本发明涉及一种将金属和/或塑料型材或板固定在基础上的螺钉，它由带螺纹段的杆和用于装上旋入机的作用段。

正是在将型材或板固定在基础上时带来下列问题，因它们必须在紧压在基础上的状态下固定。当刚度较大的型材或板在某些情况下还附加地变形或具有纵向翘曲时，强化了这些负面影响。在这种情况下旋入机一般不能靠深度定位进行工作。甚至在使用扭矩离合器时产生停机时刻的问题，因为在螺钉头贴靠在要固定的型材上之后扭矩相应增大并因而促使旋入机关闭。于是停止进一步的旋入运动便不再取决于现在要加以固定的金属和/或塑料型材或板是否已贴靠在此基础上。

因此本发明的目的是创造一种前言所述类型的螺钉，使用这种螺钉时可使要固定的型材或要固定的板在最终安装好的状态全面贴靠在基础上，并能取决于扭矩地关停旋入机。

为实现上述目的，按本发明提供了这样一种将金属和/或塑料型材或板固定在基础上的螺钉，它由一个具有螺纹段的杆和一个用于装上旋入机的作用段组成，其中：杆与作用段连接的段沿着朝作用段的方向呈锥形、阶梯状锥形或在截面内看成一曲线地逐渐扩大；以及，杆的这一扩张段邻近作用段的那一端的直径，大于在杆上的螺纹段的外径，因此大于在要固定的型材中安装螺钉的钻孔的直径，并因而也大于螺钉螺纹段的螺纹根直径；其特征为：在作用段的用于接合旋入机的区域设计有一个起防止过度旋紧作用的额定断裂位置。

采取这些按本发明的措施，在旋入螺钉时经过旋转一圈或多圈便已促使要固定的金属和/或塑料型材朝基础方向产生预紧力，并因而压向基础。杆的扩张段通过在钻孔内相应的摩擦以及通过沿螺钉旋入方向扩张的设计，在要固定的型材上作用造成一个力。

在这种情况下简单的做法是将一相应的扭矩离合器调整为，它直到扭矩比较大时才脱开。但在这一时刻要固定的型材由于扩张段的作用已经充分紧压在基础上了，所以涉及的只是使旋入机在达到相应的扭矩时关闭。此扭矩通过扩张段相对于钻孔壁强烈的摩擦达到。因此可以快速地取决于扭矩地切断，亦即可靠地防止进一步旋入。

此外，由于扩张段在钻孔壁上的作用，还导致极好也防止逆转。扩张段的表面实际上与钻孔壁处于一种配合，在这种情况下恰好在型材相应地变形或翘曲时，型材力图回复到它们的原始位置。因此在螺钉上始终存在一个附加的弹性负荷，特别考虑到扩张段的作用，这一负荷增强了防逆转安全性。

显然，扩张段必须从杆或从杆的一个无螺纹段开始，因为此扩张段应随着杆按简单的方式***在要固定的型材内的钻孔中。但随后便要求此扩张段应尽可能迅速和极为有效地与钻孔的壁啮合，以便由此能最佳地实现沿轴向的预紧力。也就是说，在螺钉达到旋入过程的最终结束前，在螺钉旋入的一个较短区域，起动扭矩并因而轴向预紧力便施加在要固定的型材上。

通过扩张段还导致在基础也许由一种薄钢板、由其他薄的材料或由强度低的材料例如加气混凝土或泡沫材料构成时也能最佳地固定在此基础上。因为扩张段实际上起扭矩相应地增加时的断路器的作用，所以在基础内的螺纹不可能过度旋紧。

按本发明还建议，杆的扩张段直接延伸到作用段或设计为螺钉头的作用段下侧。由此保证钻孔连续扩大直至螺钉最终到位。由此也不断增大扭矩，扭矩可被旋入机借助一可调式切断反应器检测到，或按其他方式防止螺钉进一步旋入。

在这里应特别注意的是，借助于扭矩的切断必须非常准确地进行，因为当过迟地切断时或许会破坏螺纹在基础内的啮合，从而仍会使固定失效。

现在是否在要固定的型材或板中存在预钻的钻孔或存在螺钉旋入其中的螺纹孔，对于取得本发明的最佳效果无关紧要。借助于扩张段在要固定的型材制有螺纹的钻孔中或在比螺纹外径大的钻孔中始终作用一个相应的轴向预紧力。在存在螺距的情况下，它们仍通过扩张段压紧或平压，因此与钻孔壁相比扩张段的摩擦，至少在前几圈还是要比若存在平的孔壁时的小。换句话说，在导致关停旋入机或中断螺钉的进一步旋入之前，仍保证要固定的型材或板与基础相应地拉紧。

若作用段由两个沿轴向彼此间隔的有用于工具工作面的不同结构的部分构成，则提供了一种有利的设计。因此有可能按照需要借助于一种宽度较大或较小的扳手并因而通过传递较大或较小的扭矩拧紧。

在这方面还提供了另一个有利的设计，即作用段的一个部分用于与旋入机啮合，而另一部分用于装上一个可能反转螺钉的工具，起防止过度旋紧作用的额定断裂位置设计在作用段的两个部分之间。由此提供了这种可能性，即借助于作用段的一个部分实施螺钉的旋入，此时在适当拉紧这两个互相要连接的构件后并由于在杆的扩张段起作用时扭矩相应地增加使此扭矩提高得如此之多，以致此作用段的第一部分断裂。因此螺钉的进一步旋入突然受阻，从而防止在尤其是厚度较小和/或强度较低的基础内过度旋紧。有时可能需要将螺钉连接拆开，但尽管如此仍存在作用段的一个附加部分，在这一部分上可以装上另一种工具。

一种有利的设计在于，将杆背对作用段的那一端设为一钻孔部分。这种设计对下列情况特别有利，即，这两个互相要连接在一起的构件厚度不大，或要固定在基础上的构件已经存在一个相应的钻孔。在这种情况下只需由螺钉本身再在基础中制成钻孔。

在厚度较小的两个构件应互相连接时，针对这种情况也可以将杆背对作用段的那一端设计为自动制成钻孔的贯入尖。当例如用铝或用塑料制的构件应互相连接时，这种结构设计尤其适宜。

若希望螺钉比较迅速地装好，则有利的是将杆的螺纹段设计为双头的。即使在螺钉沿轴向比较快速地送进，但由于扩张段的结构再结合作用段区域内的额定断裂位置，仍提供了一种最合理的方案。

为了避免在钻孔中攻螺纹时便已经过多地增加扭矩，建议将杆的螺纹段设计成一种制成自攻螺纹的螺纹。借助于这种设计，螺纹可用比较低的扭矩制成，从而防止发生过早关停或发生额定断裂位置过早断裂的危险。在这方面特别合宜的是，杆的螺纹段按等厚的型式例如三叶状设计。业已证明，螺纹的这样一种设计正好能有利地使用于厚度较小和/或强度较低的基础中。

根据金属和/或塑料型材或板在基础上具体的固定情况以及根据基础的材料，可以影响用于关停旋入机或用于断开额定断裂位置的预定扭矩。例如可以设想，将扩张段设计成喇叭状的。但还可以将扩张段设计为盅形的。

在这方面最简单的设计则是将扩张段设计为截锥形。在这种情况下，这一段的侵入深度可通过选择锥角预先规定，并除此之外根据锥角的不同可在钻孔或螺纹孔与截锥形段的表面之间产生或大或小的相互摩擦面。

本发明的另一项优点在于，将用于旋入机的作用段干脆设计为在杆扩张段内的内啮合装置。因此还可设想，作用段不规定为普通的螺钉头的形状，而是令螺钉就以此扩张段结束。

影响在扩张段与钻孔中和此扩张段配合作用的表面之间摩擦的另一种可能性在于，可在扩张段表面制有隆凸和/或凹槽、制有肋、沟纹、滚花等。因此可显著增加或改变摩擦，与此同时不降低在要固定的型材或板与基础之间拉紧的效果。扩张段表面的这种附加的设计，还导致进一步改善尤其在受振动或负荷不断变换的固定部位的防反转保险。

在下面的说明中借助于附图再详细地说明按本发明的其他特征和突出的优点。其中：

图1按本发明的螺钉结构形式图；

图2这种螺钉的使用举例，局部剖切表示；

图3图2中用X标示的部分放大图；

图4按图2固定型材的使用情况斜视图；

图5螺钉的另一种设计形式，以及

图6按图5中的线VI-VI的剖面；

图7至图11按本发明的螺钉的另一些实施方案；以及

图12至图14螺钉的两种使用方案，螺钉与圆盘状附加部分配合作用。

按本发明的螺钉1由杆2和例如设计为螺钉头的作用段3组成。杆2在其一端有一钻孔段4，此外它还有一螺纹段5。杆2与作用段3连接的一段6设计为朝作用段3的方向锥形扩大。

下面只讨论锥形扩张段6，这一段6的设计可按完全不同的方式进行。除这里所画的锥形结构外，还可以规定为阶梯式锥形结构方式或在截面中看呈曲线状扩张。有关这些结构形式还要借助于附图加以详细说明。

杆2的锥形段6一直延伸到直接在作用段3的下侧7。锥形段6靠近螺钉头的那一端的直径DK设计为大于要固定的型材10中安装螺钉1的钻孔14的直径D2。为了获得相应的最佳效果，锥形段6靠近螺钉头的那一端的直径DK设计为大于杆2上螺纹段5的外径DG。由例如图3可见，螺钉1用来将型材10和必要时衬垫10’固定在基础11上。

在图4中也表示了要详细说明的这种已画出的具体固定情况。在梁21上铺设梯形钢板22并与之固定连接。在装上阻汽片23后，将型材10必要时加上衬垫10’彼此隔开适当距离地固定在梯形钢板22上。此梯形钢板有较小的厚度，所以正是在这种固定情况下非常重要的不仅是希望牢固地压紧在梯形钢板上和型材10牢固固定在基础上，而且重要的是螺钉在安装时不过度旋紧，也就是说螺纹牢固锚固地留在梯形钢板22非常薄的板内。在安装好型材10之后加上隔热装置24，以及最后在隔热装置上装上金属或塑料制的直立折叠顶板。直立折叠板25与由梯形钢板22构成的基础的连接通过型材10实现，所以直立折叠板在由于风的影响产生的吸力作用下受到特殊的负荷。

对于这种固定形式有重要意义的不在于螺钉1的准确安装深度，由图2和3可看出这一点。在那里，在作用段3的下侧7想贴靠在型材10的上侧26上之前，螺钉1的进一步旋入中断。正是在这种应用中这一设计是有利的，因为接着铺设隔热装置24，所以螺钉1从型材10上侧26伸出的部分不会带来任何问题。在按图1、2和3的螺钉1结构形式中，杆2的扩张段6一直直接延伸到作用段3并因而延伸到设计为螺钉头的作用段3的下侧7。也可以设想锥形段6不直接延伸到设计为螺钉头的作用段3的下侧7，而是例如在此圆锥段6上连接一短的圆柱段，然后由后者过渡到设计为螺钉头的作用段3的下侧7。

在附图中同样可看出作用段3的一种特别的设计。此作用段3由两个沿轴向彼此相断的部分27和28组成，它们设计有不同的针对一种工具工作面的结构。其中，作用段3的部分27设计用于装上旋入机。在所示实施例中有比部分27大的外周边的另一部分28则用来装上一个可能反转螺钉1的工具，这是在一旦必须拆开此连接的情况下进行的。在两个部分27和28之间设计有一额定断裂位置29。在这里在从较细到较粗的材料过渡区至少一处有相应的缺口应力集中效应，以便借此实现防止过度旋紧保险。当锥形段6靠在钻孔14的壁上时以及当由于要连接的构件彼此压紧并因而由于锥形段6压紧而达到比较高的扭矩时，作用段3的部分27断裂，所以螺钉1的进一步旋入突然受阻。从而不可能导致在基础11中螺纹的过度旋紧，基础11通常用厚度较小或强度较低的材料制造。

两个部分27和28和处于两者之间的额定断裂位置29的结构性设计，当然可按不同的方式进行。完全可以设想将作用段的部分28用来旋入螺钉并与紧接着的段6通过一额定断裂位置分开。在这种情况下还可以设想，设一作为内啮合的相应部分替代伸出的部分27，此内啮合部分伸入锥形段6内。因此为旋入提供外啮合以及为反转提供内啮合。此外可以设想锥形段6的最上部设有相应的扳手作用区，亦即一种类型的部分28，不过它不从锥形段6的周边伸出。在这方面可有一系列的结构方案。

在按附图的各种设计方案中，杆2背对作用段3的那一端设计为钻孔部分4。这种设计对于下列情况特别有意义，即，当比较薄的构件应相互连接或当要固定的构件已经预钻有孔时。此时，可看出有一个较短的钻孔部分便足够了，因为钻孔过程必须在拧入螺纹区之前结束。

对于按图11的实施方案，显然螺钉1还可以设计一个自动制成此钻孔的贯入尖30。当无论型材10还是基础11都有比较小的厚度以及它们最好用铝或塑料制造时，便可选择这种设计方案。

杆2的螺纹段5可设计为单头或多头的。若是多头螺纹则最好规定双头螺纹结构形式，这尤其在要求比较快速就位的情况下考虑采用。

有利的是杆的螺纹段设计有制造自攻螺纹的螺纹。因此扭矩不会在螺纹成形时就已经过大，所以在扭矩强烈增高使额定断裂位置断裂或旋入机取决于扭矩的关闭，正是要在锥形段6嵌入时才实施。在这种情况下在螺纹的设计中最好规定螺纹段5按等厚的型式，例如三叶状的结构形式。

如已说明的那样，扩张段6可按不同的方式设计。按图8的型式，扩张段6设计为盅状，所以段6的嵌入角一开始比较平缓，然后越来越陡。与之相反，在按图9的设计中扩张段6制成喇叭状，所以段6相对于螺钉1中心线的嵌入角不断增大。以此方式还可附加实现与所要施加的扭矩相匹配。

扩张段6最简单的设计方案是将它制成截锥形，这可从大多数所表示的实施例中看出。

在按图10、11、14和15的设计型式中，在锥形段6上没有连接作用段的其他任何特别的部分。在那里仅设一形式上为内啮合20的作用段。

图5和6表示了一种结构形式，其中扩张段6按多边形平截头棱锥体的类型设计，由此造成隆凸和/或凹槽，它们用来在段6旋入相应的钻孔中时增大摩擦。

按图7的方案设有肋31或沟纹，它们有助于增大摩擦，但也有助于改善防止反转的可靠性。

在本发明的范围内还可以设其他方式的隆凸和/或凹槽、肋、沟纹或例如滚花等。此外在段6区域内可以是不同的横截面形状。例如，此段的横截面可设计为非圆形的，例如椭圆形，或等厚的形状，例如三叶状。

由图12可以看出，按本发明的螺钉也特别适合于使用在强度较低的材料中。例如完全可以按这种方式固定在加气混凝土或泡沫材料中，而且尽管有足够牢固的固定也不会导致螺纹段在基础11中过度旋紧。

由按图13的设计可以看出，在压得很紧或在型材10相应地翘曲时也许会导致型材10与基础11之间产生间隙32。但即使在这种不值得追求的固定状态下，仍始终保证存在螺钉的防松保险。当有相应的负荷沿箭头方向33作用在型材10上时，换句话说例如由于风的影响造成相应的吸力时，型材10相应地向上提并因而更强烈地相对于段6楔紧。由此提供了进一步改善的防反转保险。

在按图14的设计中，形式上为两侧设盖板封闭的隔热装置的型材10或相应的板固定在基础11上。螺钉1的螺纹段5旋入基础11中，其中，扩张段6紧压地和摩擦增大地在孔中啮合在型材10的外侧上。因此也可以实现这样一种固定，即无需使螺钉头或螺钉头的下侧紧靠在型材10的表面上。

由图15和16可见另一种实施方案。在这种设计中例如型材10和基础11互相连接，此时在型材10上装上一种类型的成型盘35，在螺钉的旋入过程中它防止旋转地固定着。通过螺纹段5的旋入，一旦段6与盘35漏斗状内表面36进入接触，型材10和基础11便互相压紧。在这里同样促成相应的拉紧，除此之外通过扩张段6产生相应的摩擦，以便由此促使在旋入机中脱开扭矩离合器或使作用段3的一个部分断裂。在按图15的方案中只存在一内啮合20，而在按图16的型式中则设计有一个类似于按图1的结构形式的作用段3。

作用段3可针对完全是专门的使用目的在其下侧7附加地设隆凸和/或凹槽。在这里可以设计肋、槽、波纹状肋、表面粗糙化、一个个尖齿、锯齿形肋等。这样一种设计在要固定的型材或要固定的板用强度较低的材料制成时格外有其重要意义，这样一来扩张段也许被整个地拉入要固定的型材或要固定的板中。于是旋入机实际上直至尽可能晚的时刻和在突然极端地增加扭矩负荷时才被切断。在这里采用具有机械、电子或液压控制器的扭矩离合器便足够了。

采取按本发明的措施，沿螺钉轴向看始终造成一个相应的拉紧力矩，所以要固定的型材或要固定的板始终可靠和紧紧地压在牢固的基础11上。此外，由于扩张段6贴靠和通过相互夹紧造成扭矩的强烈增高，这种扭矩的增高及时地使旋入机取决于扭矩地关闭或触发固定装置在额定断裂位置区内断裂。即使在没有通过要固定的构件的相互拉紧而产生任何轴向力的情况下，仍可由于在固定装置上所作用的例如来自旋入机的适当的压力而获得足够大的扭矩增高。由于在扩张段啮合时产生的这种大的扭矩增高，可靠地保证在可能损伤基础内的螺纹的事态发生之前实现旋入机的关停，所以按本发明的螺钉不仅可按有利的方式用于薄板中，而且也可以在用较薄的材料或强度较低的材料制造的基础中使用。此外始终保证相应的防反转保险。

Claims (15)

1.将金属和/或塑料型材或板固定在基础上的螺钉，它由一个具有螺纹段的杆和一个用于装上旋入机的作用段组成，其中：杆(2)与作用段(3)连接的段(6)沿着朝作用段(3)的方向呈锥形、阶梯状锥形或在截面内看成一曲线地逐渐扩大；以及，杆(2)的这一扩张段(6)邻近作用段的那一端的直径(DK)，大于在杆(2)上的螺纹段(5)的外径(DG)，因此大于在要固定的型材(10)中安装螺钉(1)的钻孔(14)的直径(D2)，并因而也大于螺钉(1)螺纹段(5)的螺纹根直径(D1)；其特征为：在作用段(3)的用于接合旋入机的区域设计有一个起防止过度旋紧作用的额定断裂位置(29)。

2.按照权利要求1所述的螺钉，其特征为：杆(2)的扩张段(6)直接延伸到作用段(3)或设计为螺钉头的作用段(3)下侧(7)。

3.按照权利要求1或2所述的螺钉，其特征为：作用段(3)由两个沿轴向彼此间隔的部分(27、28)构成，它们有用于工具工作面的不同结构。

4.按照权利要求3所述的螺钉，其特征为：作用段(3)的部分(27)设计用于与旋入机啮合，另一个部分(28)设计用于装上一个可能反转螺钉(1)的工具。

5.按照权利要求4所述的螺钉，其特征为：上述起防止过度旋紧作用的额定断裂位置(29)设计在作用段(3)的两个部分(27、28)之间。

6.按照权利要求1所述的螺钉，其特征为：杆(2)背对作用段(3)的那一端设计为一钻孔部分(4)。

7.按照权利要求1所述的螺钉，其特征为：杆(2)背对作用段(3)的那一端设计为自动制成钻孔的贯入尖(30)。

8.按照权利要求1所述的螺钉，其特征为：杆(2)的螺纹段(5)设计为双头的。

9.按照权利要求1所述的螺钉，其特征为：杆(2)的螺纹段(5)设计有一种制成自攻螺纹的螺纹。

10.按照权利要求8或9所述的螺钉，其特征为：杆的螺纹段(5)按等厚的型式设计。

11.按照权利要求1或2所述的螺钉，其特征为：扩张段(6)设计为喇叭状的。

12.按照权利要求1或2所述的螺钉，其特征为：扩张段(6)设计为盅形的。

13.按照权利要求1或2所述的螺钉，其特征为：扩张段(6)设计为截锥状的。

14.按照权利要求1或2所述的螺钉，其特征为：用于旋入机的作用段(3)直接设计为在杆(2)扩张段(6)内的内啮合装置。

15.按照权利要求1或2所述的螺钉，其特征为：扩张段(6)在其表面制有用于增大摩擦的结构。

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