DE10119560C1 - Kopfschraube oder Schraubenmutter - Google Patents

Abstract

Die Kopfschraube hat an dem von dem Gewinde abgewandten Endabschnitt ihres Zylinderschaftes einen Ansatz größeren Durchmessers, in dessen Umfangswand eine umlaufende Nut ausgebildet ist, in die mehrere Durchgangsbohrungen, die von der Oberseite des Ansatzes ausgehen, einmünden. An dem Ansatz ist ein Kunststoffkörper angespritzt, der einstückig die Nut und die Bohrungen ausfüllt und auf der Oberseite des Ansatzes einen Schraubenkopf bildet. Entsprechend kann eine Schraubenmutter ausgebildet sein. Wenn ein vorgegebenes maximales Anzugsmoment erreicht ist, wird der Schraubenkopf abgeschert, wobei das maximale Moment mit großer Genauigkeit eingehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kopfschraube sowie eine Schraubenmutter gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 10.

Es gibt zahlreiche Anwendungsfälle, bei denen sichergestellt werden muß, daß eine Kopfschraube oder eine Schraubenmutter mit einem vorbestimmten Drehmoment angezogen wird. Als ein typisches Beispiel sei die Anordnung zur wasserdichten Durchführung von Kabeln durch eine Gebäudewand erwähnt. Hierbei werden beidseitig der Gebäudewand Ringdichtungen um die Kernlochbohrung angeordnet und Stahlplatten fest gegen die Ringdichtung angezogen, und zwar mittels die Kernlochbohrung durchgreifenden Gewinde­ stiften und darauf sitzenden Muttern. Wenn hierbei die Stahlplatten zu fest angezogen werden, können die Ringdichtungen beschädigt werden. Wird das korrekte Drehmoment unterschritten, wird ebenfalls die angestrebte Wasserdichtigkeit nicht erreicht.

Bei derartigen sogenannten Mehrsparteneinführungen von Kabeln in Gebäude können auch Kopfschrauben eingesetzt werden, die exakt mit einem vorge­ gebenen Drehmoment angezogen werden sollen, um mittels eines Flansches mit mindestens 2 Kopfschrauben Silikondichtungen so an die eingeführten Kabel der dergleichen anzupressen, daß auch hier ein wasserdichter Verschluß entsteht. Die Einhaltung des Anpreßdruckes, der durch die Kopfschrauben durch den Flansch erzeugt wird, muß genau eingehalten werden, damit der Kabelmantel nicht zusammengepreßt wird. Preßdruck und Gegendruck der Außenisolierung des Kabelmantels müssen genau abgestimmt werden. Dasselbe gilt auch für Kunststoffrohre für Gas und Wasser.

Es sind bereits Schrauben aus Stahl bekannt, die mit einem Schraubenkopf versehen sind, der bei Erreichen eines maximalen Drehmoments abreißen soll. Diese Abreißschrauben haben im Verbindungsbereich eine umlaufende V-förmige Einschnürung, die die Sollbruchstelle bildet. Nachteilig an dieser vorbekannten Schraube ist, daß sich das maximale Drehmoment, bei dem der Schraubenkopf abreißt, nur ungenau bestimmen läßt. Dies ist besonders im Bereich kleiner Drehmomente gravierend.

Aus der US 48 36 727 ist eine Schraube bekannt, bei der an den Kopf und in mehrere Bohrungen Kunststoff angespritzt ist, der einen Abreißkopf bildet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kopfschraube und eine Schraubenmutter anzugeben, bei denen das maximal aufbringbare Drehmoment genauer bestimmbar ist. Dabei soll bevorzugt dieses maximal aufbringbare Drehmoment verhältnismäßig klein sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 10 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Kopfschraube, bei der es sich bevorzugt um eine Metallschraube aus Messing oder Stahl handelt, hat an dem von dem Gewinde abgewandten Endabschnitt in seiner Umfangswand eine umlaufende Nut, in der mehrere Durchgangsbohrungen einmünden, die in axialer Richtung des Gewindeschaftes den oberen Ringbund des Endabschnitts durchgreifen. Das heißt, diese Durchgangsbohrungen führen von der Oberseite des Endabschnitts durch dessen oberen Abschnitt hindurch bis in die Nut.

Der Endabschnitt ist bevorzugt als ein Ansatz ausgebildet, der eine größere Breite als der Zylinderschaft hat.

In einer Spritzgußform wird an dem Endabschnitt bzw. dem Ansatz des Zylinderschaftes ein einstückiger Kunststoffkörper angeformt, der die umlaufende Nut und die zylindrischen Bohrungen ausfüllt und auf der Oberseite des Ansatzes einen Schraubenkopf, beispielsweise einen 6-Kant-Kopf bildet. Als Kunststoff wird dabei bevorzugt Polycarbonat verwendet.

Wenn diese erfindungsgemäße Kopfschraube angezogen wird, wird der Schraubenkopf bei Erreichen des maximalen Drehmoments von den mehreren bevorzugt zylindrischen Stiften in den Bohrungen abgeschert, wobei sich der Schraubenkopf von der Rest-Schraube löst. Da die Festigkeitswerte des verwendeten Kunststoffs bekannt sind, lassen sich die Querschnittswerte der Stifte des Kunststoffkörpers bzw. der Bohrungen durch den Ansatz, in denen diese Stifte ausgebildet werden, für jedes gewünschtes maximale Drehmoment sehr genau ermitteln.

Wie erwähnt, haben die Bohrungen bevorzugt eine kreisförmige Querschnittsform, da derartige Bohrungen besonders einfach herstellbar sind. Die Bohrungen können aber auch andere Querschnittsformen haben, beispielsweise die Form von Ringabschnitten oder eine Rechteckform.

Wenn der Zylinderschaft so dick ist, daß an ihm die umlaufende Nut und die Durchgangsbohrungen ausgebildet werden können, erübrigt sich die Anbringung eines Ansatzes größerer Breite. In diesem Fall wird der Kunststoffkörper direkt an dem Endabschnitt des Gewindeschaftes angeformt.

Wenn - wie dies bei den meisten Anwendungsfällen der Fall sein dürfte - der Zylinderschaft mit dem oben erwähnten Ansatz versehen ist, hat dieser bevorzugt in dem zur Längsachse des Zylinderschaftes senkrechten Querschnitt eine Kreisform. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß ein Monteur, dem die erfindungsgemäße Kopfschraube in ihrer Zweckbestimmung unbekannt ist, die Kopfschraube an ihrem Ansatz nicht weiter festziehen kann - jedenfalls nicht mit einem Schraubenschlüssel - wenn der Kunststoff-Schraubenkopf abgerissen ist.

Nach einem weiteren wesentlichen Gesichtspunkt der Erfindung wird vorge­ schlagen, daß von der Oberseite des Ansatzes radial innerhalb der Bohrungen ein kreiszylindrischer Vorsprung vorsteht. Dieser Vorsprung ist beispielsweise ein bis drei Millimeter hoch, wobei die zweckmäßige Höhe von der Größe der Schraube abhängt. Dieser kreiszylindrische Vorsprung verläuft koaxial zu dem Gewinde­ schaft und erstreckt sich im wesentlichen bis zum radial inneren Rand der Bohrungen. Dieser Vorsprung stützt den Kunststoff-Schraubenkopf ab und ver­ ringert weitestgehend dessen Abreißen infolge von Zugkräften, die bei einer Kippbelastung des Schraubenkopfs durch einen unvorschriftsmäßigen Einsatz eines Ringschlüssels beim Drehen des Schraubenkopfes auftreten können. Bei einem Abreißen des Schraubenkopfes infolge von Zugkräften würde das erforderliche Drehmoment nicht erreicht, ohne daß der Monteur dies feststellen könnte.

Es sollten mindestens drei gleichmäßig voneinander beabstandete Bohrungen durch den Ansatz in die Nut führen, wobei mindestens vier Bohrungen zu bevorzugen sind. Nicht nur die Form und Größe, sondern auch die Anzahl der Bohrungen hängen von dem vorgegebenen maximalen Drehmoment ab.

Der nach oben ragende Vorsprung des Ansatzes hat, wenn er eine Kreisform hat, bevorzugt einen Durchmesser, der mit dem Durchmesser des Nutbodens übereinstimmt.

Die erfindungsgemäße Schraubenmutter hat in ihrer Umfangswand, die bevorzugt eine kreiszylindrische Form hat, die oben erwähnte umlaufende Nut, wobei von der Stirnseite des dadurch entstandenen Ringabschnitts die mehreren Durchgangsbohrungen in die Nut einmünden. Hieran wird der Kunststoffkörper angespritzt, der einstückig die Nut und die Bohrungen ausfüllt und auf der Oberseite der Schraubenmutter den Schraubenkopf bildet, der nahezu alle üblichen Formen haben kann.

Bei der erfindungsgemäßen Schraubenmutter hat der Vorsprung, der den Schraubenkopf gegen Kippbelastung abstützt, eine Ringform. Der Schraubenkopf hat natürlich eine mittige Bohrung zum Durchtritt des zugehörigen Gewindestiftes.

Bei der erfindungsgemäßen Kopfschraube und der erfindungsgemäßen Schraubenmutter läßt sich ein vorgegebenes maximales Drehmoment mit großer Genauigkeit realisieren, was vor allem - aber nicht nur - im kleineren Dreh­ momentbereich von beispielsweise 5 bis 15 Nm wichtig ist, obwohl der Querschnitt der Schraube ein Vielfaches zuläßt.

Wenn nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung der angespritzte Schraubenkopf aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, kann mit der Kopfschraube und der Schraubenmutter auch an spannungsführenden Teilen mit einer zusätzlichen Sicherheit gearbeitet werden, wie dies in der Praxis immer häufiger der Fall ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1A eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Metallbestandteils der neuerungsgemäßen Kopfschraube;

Fig. 1B eine Aufsicht auf das Metallbestandteil gemäß Fig. 1A;

Fig. 2A eine teilweise geschnittene Seitenansicht der fertigen Kopfschraube;

Fig. 2B eine Aufsicht auf die Kopfschraube gemäß Fig. 2A;

Fig. 3A einen Längsschnitt durch den Metallbestandteil einer neuerungs­ gemäßen Schraubenmutter;

Fig. 3B einer Aufsicht auf das Metallbestandteil gemäß Fig. 3A;

Fig. 4A einen Längsschnitt durch die komplette Schraubenmutter;

Fig. 4B eine Aufsicht auf die Schraubenmutter gemäß Fig. 4A und

Fig. 4C eine Seitenansicht der Schraubenmutter.

Fig. 1A und 1 B zeigen den Metallbestandteil 1 der Kopfschraube, wobei ausdrücklich erwähnt sei, daß dieser Bestandteil 1 auch aus einem Kunststoff sehr hoher Festigkeit bestehen kann, die derjenigen von Metallschrauben vergleichbar ist.

Der Zylinderschaft 2 hat in seinem unteren Bereich einen Gewindeabschnitt 3a. Am oberen Endbereich ist der Zylinderschaft 2 mit einem Ansatz 3 versehen, der einen größeren Durchmesser als der Zylinderschaft 2 hat.

Der Ansatz 3 hat eine umlaufende Ringnut, die einen U-förmigen Querschnitt hat. Hierdurch ist ein oberer Ringbund 5 gebildet, durch den vier in axialer Richtung verlaufende Bohrungen 6 führen, die in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Radial innerhalb der Bohrungen 6 steht ein kreiszylindrischer Vorsprung 7 nach oben vor, dessen Durchmesser mit demjenigen des Nutbodens 8 übereinstimmt.

Oben an dem Metallbestandteil 1 ist - wie die Fig. 2A und 2B zeigen - ein Kunststoffkörper 9 angespritzt, der die Nut 8 und die Bohrungen 6 ausfüllt und darüber einen 6-Kant-Schraubenkopf 10 mit einem unteren Ringbund 11 bildet. Wenn das maximale Drehmoment aufgebracht ist, wird dieser Schraubenkopf 10, 11 von den in den Bohrungen 6 gebildeten Stiften abgeschert.

Das in den Fig. 3A und 3B abgebildete Metallbestandteil 12 der Schraubenmutter besteht aus einer langgestreckten Hülse 13, die im oberen Bereich ein Innengewinde 14 hat. Im oberen Endbereich der Hülse 13 ist eine umlaufende Nut 15 ausgebildet, durch die ein oberer Ringbund 16 entsteht, durch den wiederum vier Bohrungen 17 verlaufen, die in die Ringnut 15 führen.

Die Fig. 4A bis 4C zeigen die komplette erfindungsgemäße Schraubenmutter mit dem angespritzten Kunststoffkörper 18, der einstückig die Nut 15 und die Bohrungen 17 ausfüllt und einen Schraubenkopf 19 bildet.

Claims (13)

1. Kopfschraube mit einem mit Gewinde versehenen Zylinderschaft (2), wobei an der Oberseite des von dem Gewinde abgewandten Endabschnitts des Zylinderschaftes (2) mehrere Durchgangsbohrungen (6) vorhanden sind und ein Kunststoffkörper (9) an dem Endabschnitt angeformt ist, der einstückig die Bohrungen (6) ausfüllt und auf der Oberseite des Endabschnitts einen Schraubenkopf (10) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Umfangswand des Endabschnitts eine umlaufende Nut (4) ausgebildet ist, in die die Durchgangsbohrungen (6) einmünden, wobei die Nut (4) und die Durchgangsbohrungen (6) einstückig von dem Kunststoffkörper (9) ausgefüllt sind.

2. Kopfschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dar Endabschnitt als Ansatz (3) ausgebildet ist, der eine größere Breite als der Zylinderschaft (2) hat.

3. Kopfschraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (3) in der Aufsicht eine Kreisform hat.

4. Kopfschraube nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß von der Oberseite des Ansatzes (3) ein kreiszylindrischer Vorsprung (7) vorsteht.

5. Kopfschraube nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (7) sich im wesentlichen bis zum radial inneren Rand der Bohrungen (6) erstreckt.

6. Kopfschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 3 gleichmäßig voneinander beabstandete Bohrungen (6) vorgesehen sind.

7. Kopfschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (6) in axialer Richtung des Schaftes (2) verlaufen.

8. Kopfschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Nut (4) querschnittlich eine U-Form hat.

9. Kopfschraube nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Nutbodens (8) mit dem Durchmesser des Vorsprungs (7) übereinstimmt.

10. Schraubenmutter mit einer Hülse (13) und mit einem Innengewinde (14), wobei in der Hülse (13) mehrere Durchgangsbohrungen (17) vorhanden sind und ein Kunststoffkörper (18) an der Hülse (13) angeformt ist, der einstückig die Durchgangsbohrungen (17) ausfüllt und auf der Oberseite der Hülse (13) einen Schraubenkopf (19) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Umfangswand der Hülse (13) der Schraubenmutter eine umlaufende Nut (15) ausgebildet ist, die von der Stirnseite des dadurch entstandenen Ringbunds (16) die Durchgangsbohrungen (17) in die Nut (15) einmünden, wobei die Nut (15) und die Durchgangsbohrungen (17) einstückig von dem Kunststoffkörper (18) ausgefüllt sind.

11. Schraubenmutter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (13) der Schraubenmutter eine kreiszylindrische Form hat.

12. Schraubenmutter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß von der Oberseite der Hülse (13) ein ringförmiger Vorsprung (20) vorsteht, der im wesentlichen mit dem radial inneren Rand der Bohrungen (17) fluchtet.

13. Schraubenmutter nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei gleichmäßig voneinander beabstandete Bohrungen (17) vorgesehen sind, die sich in axialer Richtung der Schraubenmutter erstrecken.