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Die Erfindung betrifft eine Abscherschraube, mit
einem mit Gewinde versehenen Schaft und mit einem Kopf an dem einen
Ende des Schaftes, der Angriffsflächen für ein Antriebswerkzeug aufweist,
wobei die Abscherschraube mehrere axial getrennte Sollbruchstellen
aufweist, die eine Reihe von Scherebenen bilden.
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Derartige Abscherschrauben sind bekannt und
werden beispielsweise bei Schraubverbindern verwendet, um elektrische
Kabelleiter anzuschließen.
Dabei ist es wichtig, daß die
Leiterenden mit einem vorgegebenen Anpreßdruck kontaktiert werden, um
eine einwandfreie mechanische und elektrische Verbindung zu gewährleisten.
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Für
derartige Zwecke sind Abscherschrauben besonders geeignet. Das Abreißen des
Kopfes gewährleistet,
daß die
Schraube mit einem vorgegebenen Drehmoment angezogen worden ist
und den geeigneten Kontaktdruck erzeugt. Andererseits wird dabei
zuverlässig
vermieden, daß eine
derartige Kontaktschraube zu stark angezogen wird und möglicherweise
das Leiterende eines elektrischen Leiters beschädigt.
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In diesem Zusammenhang ist auch zu
berücksichtigen,
daß die
moderne Muffentechnik zum Teil von Schraubverbindern verlangt, daß nach der Montage
der entsprechenden Kontaktschrauben kein oder nur ein sehr geringer
Schraubenüberstand
außerhalb
des Schraubverbinders vorhanden ist. Bei entsprechender Auslegung
von Mehrfach-Abscherschrauben läßt sich
diese Forderung erfüllen.
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Herkömmliche Abscherschrauben sind üblicherweise
so ausgebildet, daß der
Schaft eine Reihe von Gewindebereichen aufweist, die durch Einschnitte
voneinander getrennt sind, welche Sollbruchstellen bilden, um entsprechende
Scherebenen vor- zugeben.
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Derartige Abscherschrauben haben
sich aber wegen ihrer separaten Gewindebereiche in der Praxis nicht
immer als zweckmäßig erwiesen,
da das Gewinde an den Anschlußstellen
leicht beschädigt werden
kann. Außerdem
ist die mechanische Belastbarkeit solcher Abscherschrauben durch
Einschnitte im Gewinde stark reduziert.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine Abscherschraube der eingangs genannten Art anzugeben,
die in der Praxis unempfindlicher ist und gleichwohl eine zuverlässige Funktion gewährleistet.
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Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, eine Abscherschraube
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Schaft eine axiale Sacklochbohrung
aufweist, von der axial beabstandete Hinterschneidungen radial nach
außen
in das Material des Schaftes hinein abgehen, und daß der Schaft an
seiner Außenseite
ein durchgehendes Gewinde aufweist.
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Mit der erfindungsgemäßen Abscherschraube
wird die Aufgabe in zufriedenstellender Weise gelöst. Die
Hinterschneidungen können
dabei in vorteilhafter Weise völlig
unabhängig
von dem Gewinde eingearbeitet sein, so daß im Bereich des äußeren Gewindes
keinerlei zusätzliche
Kanten oder Unterbrechungen vorhanden sind.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Abscherschraube
ist darin zu sehen, daß diese
mit ihrem durchgängigen
Gewinde eine wesentlich höhere
mechanische Belastbarkeit gegenüber
einer Abscherschraube mit unterbrochenem Gewinde aufweist. Damit
ist die Gefahr des Ausreißens
einer Schraube deutlich reduziert.
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Die Hinterschneidungen können dabei
in geeigneten axialen Abständen
und in einer gewünschten
Anzahl vorgesehen sein, um die entsprechenden Scherebenen vorzugeben.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schraube
ist vorgesehen, daß die
Hinterschneidungen als umlaufende Ringnuten ausgebildet sind. Damit
wird ein gleichmäßiges Abscheren
der Abscherschraube begünstigt,
wenn die Abscherschraube im Betrieb angezogen und ein vorgegebenes
Drehmoment überschritten
wird.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
die Hinterschneidungen im Längsschnitt
der Schraube sich in radialer Richtung keilförmig verjüngen. Damit läßt sich
die jeweilige Scherebene ganz exakt vorgeben, an der die Abscherschraube
im Betrieb gegebenenfalls abreißt.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schraube
ist vorgesehen, daß die
Hinterschneidungen in radialer Richtung unterschiedlich tief in
das Material des Schaftes eindringen. Mit dieser Maßnahme wird
erreicht, daß die
Abscherschraube an den jeweiligen Hinterschneidungen erst dann abreißt, wenn
das entsprechende Drehmoment an der jeweiligen Stelle überschritten
wird.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
die Hinterschneidungen bei der erfindungsgemäßen Schraube so ausgebildet
sind, daß die
Schraube an den von ihnen gebildeten Scherebenen bei Drehmomenten
abreißt,
die von dem vorderen Ende der Schraube zu ihrem Kopf hin schrittweise
zunehmen. Wenn eine derartige Abscherschraube im Betrieb verwendet
und gegen ein Werkstück,
insbesondere einen Leiter in einem Schraubverbinder angezogen wird,
ist gewährleistet,
daß die
Schraube stets an der richtigen Stelle abreißt.
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Bei einer anderen Ausführungsform
ist vorgesehen, daß die
Abreiß-Drehmomente
von dem vorderen Ende der Schraube zu ihrem Kopf hin schrittweise
abnehmen. Dies hängt
von den jeweiligen Gegebenheiten ab.
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Das bedeutet, daß der vordere Bereich der Abscherschraube
in dem Gewinde sitzt und das Leiterende festhält, während nur ein minimaler Teil
der Abscherschraube über
der Abscherebene verbleibt und nach außen vorsteht. Es kann somit
nicht passieren, daß die
Abscherschraube in unerwünschter
Weise in der Nähe
des Kopfes abreißt
und dabei ein erheblicher Teil der Abscherschraube aus dem Gewinde
des Gegenstückes
nach außen
vorsteht.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schraube
ist vorgesehen, daß die
Hinterschneidungen einen ebenen Boden aufweisen, der sich im wesentlichen
senkrecht zur Mittelachse der Schraube erstreckt. Damit wird erreicht,
daß die
Abscherschraube eine möglichst
flache Oberseite im Bereich der Bruchfläche bildet, wenn die Abscherschraube beim Überschreiten
eines entsprechenden Drehmomentes an der jeweiligen Scherebene abreißt.
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Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schraube
ist vorgesehen, daß in
die Sacklochbohrung ein Innenkant eingearbeitet ist, der sich in
einem Bereich oberhalb der Ebenen der Hinterschneidungen befindet.
Dieser Innenkant kann gegebenenfalls gleichzeitig mit der Sacklochbohrung
ausgebildet werden. Üblicherweise
handelt es sich dabei um einen Innensechskant, jedoch kann natürlich auch
jede andere Form von Innenkant verwendet werden.
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Bei einer anderen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Schraube
ist vorgesehen, daß der Kopf
der Schraube einen Außenkant
aufweist, der sich in einem Bereich oberhalb der Ebenen der Hinterschneidungen
befindet. Ein derartiger Außenkant, bei
dem es sich beispielsweise um einen üblichen Außensechskant handeln kann,
wird entweder alternativ oder zusätzlich zu dem Innenkant vorgesehen. In
dem letzteren Falle hat der Monteur dann die Wahl, mit welchem Werkzeug
er eine derartige Abscherschraube anzieht.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Abscherschraube
ist vorgesehen, daß diese
an ihrem vorderen Ende eine ballige Schraubenkuppe oder eine andere
Kontaktgeometrie, z.B. in Form einer Kugelkalotte, eines sich nach
vorn verjüngenden Kegels
oder einer flachen Stirnseite aufweist. Derartige Bauformen sind
besonders geeignet zum Kontaktieren von elektrischen Leiterenden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen
von Abscherschrauben weist folgende Schritte auf:
- – Bereitstellen
eines zylinderförmigen
Rohlings,
- – Einbringen
einer axialen Sacklochbohrung längs der
Mittelachse,
- – Vorsehen
eines Innenkantes und/oder eines Außenkantes im oberen Bereich
des Rohlings zur Bildung eines Kopfes,
- – Einstechen
von axial beabstandeten Hinterschneidungen, die von der Sacklochbohrung
radial nach außen
abgehen, und
- – Einarbeiten
eines durchgehenden Gewindes an der Außenseite des Schaftes, das
sich vom vorderen Ende bis zum Kopf erstreckt.
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Sofern als Rohling beispielsweise
Abschnitte einer herkömmlichen
Sechskant-Profilstange verwendet werden, braucht der Außenkant
im oberen Bereich zur Bildung des Kopfes natürlich nicht separat gefertigt
zu werden, so daß sich
das Herstellungsverfahren in einem solchen Falle vereinfacht.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird das Gewinde in vorteilhafter Weise erst dann eingearbeitet,
wenn der Rohling der Abscherschraube bereits vollständig vorbereitet
ist. Damit können
Beschädigungen
des Gewindes weitestgehend vermieden werden.
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In Abhängigkeit von den jeweiligen
Gegebenheiten wird vorgegeben, in welchen Abständen und mit welcher Tiefe
die Hinterschneidungen eingearbeitet werden, um die gewünschten
Abscher-Drehmomente vorzugeben.
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In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, daß der
Rohling an seinem vorderen Ende mit einer balligen Schraubenkuppe
oder einer anderen Kontaktgeometrie versehen wird. Dieser Verfahrensschritt
wird zweckmäßigerweise
durchgeführt,
bevor das Gewinde eingearbeitet wird. Das Gewinde setzt dann von
dem vorderen Ende an der Stelle an, an der die Schraubenkuppe ihren
maximalen Durchmesser erreicht.
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Die Erfindung wird nachstehend, auch
hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die
Zeichnungen zeigen in
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1 eine
perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Abscherschraube;
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2 eine
Draufsicht auf die erfindungsgemäße Abscherschraube
gemäß 1 von oben; und in
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3 einen
Längsschnitt
durch die erfindungsgemäße Abscherschraube
längs der
Mittelachse der Schraube.
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Die Darstellung in 1 zeigt schematisch den Aufbau einer
Abscherschraube 10. Man erkennt einen zylindrischen Schaft 12,
der an seinem vorderen Ende in eine Schraubenkuppe 24 übergeht
und an seinem hinteren Ende einen Kopf 14 aufweist. In die
Abscherschraube 10, nachstehend als Schraube bezeichnet,
ist längs
einer Mittelachse (vgl. 2 und 3) eine Sacklochbohrung 16 eingearbeitet.
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Am hinteren Ende der Schraube 10 ist
ein Kopf 14 vorhanden, der bei der dargestellten Ausführungsform
einen Außenkant 20,
zweckmäßigerweise einen
Außensechskant,
sowie einen Innenkant 22, zweckmäßigerweise einen Innensechskant
aufweist, um das Angreifen eines nicht dargestellten Werkzeugs zu
ermöglichen.
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Selbstverständlich können der Innenkant 22 und
der Außenkant 20 wahlweise
vorhanden sein. Es ist aber auch möglich, sowohl den Innenkant 22 als auch
den Außenkant 20 vorzusehen,
damit der Monteur die Wahl hat, mit welchem Werkzeug er eine derartige
Abscherschraube anzieht. Selbstverständlich können auch andere Bauformen
von Außenkant
bzw. Innenkant vorgesehen sein, um entsprechende Angriffsflächen für ein Antriebswerkzeug
zu bilden.
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Unterhalb des Kopfes 14 ist
ein durchgehendes Gewinde 26 vorgesehen, das in 1 und 3 schematisch angedeutet ist.
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Im Innenraum der Abscherschraube 10 erkennt
man in 3 mehrere Hinterschneidungen 18, die
axial beabstandet sind und von der Sacklochbohrung 16 aus
radial nach außen
in das Material des Schaftes 12 hinein eindringen.
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Derartige Hinterschneidungen 18 können für die jeweilige
Scherebene im Abstand voneinander längs des Innenumfanges der Sacklochbohrung 16 vorgesehen
sein. Es erweist sich jedoch als zweckmäßig, wenn die Hinterschneidungen 18 als
umlaufende Ringnuten ausgebildet sind, um ein gleichmäßiges Abreißen der
Abscherschraube im Betrieb zu ermöglichen.
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Wie in 3 schematisch
angedeutet, haben die Hinterschneidungen 18 jeweils einen
ebenen Boden 28, der sich im wesentlichen senkrecht zur Mittelachse 30 der
Schraube 10 erstreckt. Damit wird ein glattes Abreißen der
Abscherschraube in der jeweiligen Scherebene begünstigt.
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Die Hinterschneidungen 18 sind
zweckmäßigerweise
so ausgebildet, daß sie
sich radial nach außen
keilförmig
verjüngen,
wobei die Wände
schräg zu
dem jeweiligen Boden 28 der Hinterschneidungen 18 hin
verlaufen. Auch diese Maßnahme
trägt dazu bei,
ein glattes Abreißen
der Abscherschraube in der gewünschten
Scherebene zu begünstigen.
Selbstverständlich
können
bei den Hinterschneidungen 18 auch andere Geometrien verwendet
werden, um für die
Vorgabe der gewünschten
Scherebenen zu sorgen.
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Die Hinterschneidungen sind in 3 nur schematisch angedeutet
und können
in gewünschten axialen
Abständen
voneinander angeordnet sein. Zweckmäßigerweise haben diese Hinterschneidungen
und die von ihnen definierten Scherebenen gleiche Abstände in axialer
Richtung voneinander.
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Die radiale Einstechtiefe der Hinterschneidungen
und damit die radiale Wandstärke
der Abscherschraube in diesem Bereich wird in geeigneter Weise gewählt, damit
die Abscherschraube bei jeweils vorgegebenen Abscher-Drehmomenten
abreißt,
wenn die Abscherschraube im Betrieb in ein Innengewinde eingesetzt
und gegen ein Werkstück
angezogen wird.
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Zweckmäßigerweise ist die Anordnung
so getroffen, daß die
Hinterschneidungen 18 so ausgebildet sind, daß die Schraube 10 an
den von ihnen gebildeten Scherebenen bei Drehmomenten abreißt, die
von der Schraubenkuppe 24 am vorderen Ende der Schraube 10 zu
ihrem Kopf 14 hin schrittweise zunehmen. Die Schraube 10 wird
dann im Betrieb automatisch an der richtigen Stelle abreißen, d.h.
an einer solchen Stelle, daß nur
ein minimaler Teil der Abscherschraube oberhalb der Scherebene aus
dem Werkstück
vorsteht, in das die Schraube 10 hineingeschraubt worden
ist.
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Auf diese Weise kann es nicht geschehen, daß die Abscherschraube
beispielsweise an der letzten Scherebene vor dem Kopf 14 abreißt, obwohl
die Schraube sich mit einem Teil mit einer oder mehreren darunter
liegende Scherebenen (in Richtung der Schraubenkuppe 24 gesehen)
noch außerhalb
des Bereiches befindet, der von dem Innengewinde eines entsprechenden
Werkstücks
umschlossen wird, in das die Schraube 10 hineingeschraubt
wird.
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Bei einer anderen Ausführungsform
kann die Anordnung auch so getroffen sein, daß die Abreiß-Drehmomente von der Schraubenkuppe 24 am vorderen
Ende der Schraube 10 zu ihrem Kopf 14 hin schrittweise
abnehmen. Dann werden entsprechende Angriffsflächen in Form eines Innenkantes
in der Schraube 10 vorgesehen, um die entsprechende Schraubenkomponente
schrittweise abzureißen.
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An dem vorderen Ende der Schraube 10 erkennt
man eine ballig geformte Schraubenkuppe 24. Eine derartige
Bauform ist besonders zweckmäßig zum
Kontaktieren von elektrischen Leitern, um einen guten mechanischen
und elektrischen Kontakt zu gewährleisten.
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Man erkennt, daß der Kopf 14 mit
dem Innenkant 22 bzw. dem Außenkant 20 in einem
Bereich vorgesehen ist, der sich oberhalb sämtlicher Hinterschneidungen 18 befindet.
Damit wird das Abreißen der
Abscherschraube 10 im Betrieb nicht beein trächtigt.
Das Gewinde 26 ist in vorteilhafter Weise durchgehend ausgebildet
und schließt
in axialer Richtung unmittelbar an den Kopf 14 der Abscherschraube
an.
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Zur Herstellung einer derartigen
Abscherschraube wird ein zylinderförmiger Rohling bereitgestellt,
in den eine axiale Sacklochbohrung 16 längs der Mittelachse 30 eingearbeitet
wird. Anschließend wird
im oberen Bereich des Rohlings ein Innenkant 22 und/oder
ein Außenkant 20 zur
Bildung des Kopfes 14 ausgearbeitet.
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Sofern als Ausgangsmaterial für eine derartige
Abscherschraube ein Rohling aus einer Sechskantprofilstange verwendet
wird, braucht natürlich kein
Außenkant 20 zur
Bildung des Kopfes 14 ausgearbeitet zu werden, so daß sich der
Herstellungsvorgang bei einem derartigen Ausgangsmaterial entsprechend
vereinfacht.
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Das Einarbeiten des Innenkantes 22 kann gegebenenfalls
gleichzeitig mit dem Einbringen der Sacklochbohrung 16 erfolgen.
Anschließend
werden axial beabstandete Hinterschneidungen 18 von der Sacklochbohrung 16 aus
radial nach außen
eingestochen, entweder in Form von einzelnen Hinterschneidungsbereichen
oder in Form von umlaufenden Ringnuten, z.B. mit einen Kegelfräser oder
einem anderen Fräser.
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Vor oder nach dem Einstechen der
Hinterschneidungen 18 wird der Rohling der Abscherschraube 10 mit
der balligen Schraubenkuppe 24 oder einer anderen Kontaktgeometrie
versehen, da sich der Rohling dann bereits einwandfrei mit dem Innenkant 22 bzw.
dem Außenkant 20 positionieren und
halten läßt.
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Erst wenn der Rohling auf diese Weise
fertig vorbereitet ist, wird in einem letzten Arbeitsgang ein durchgehendes
Gewinde 26 an der Außenseite
des Schaftes 12 eingearbeitet, entweder mit einem Rollvorgang
oder einem Schneidvorgang, so daß sich das Gewinde 26 vom
vorderen Ende der Schraube bis zum Kopf 14 erstreckt.
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Die Anzahl der Hinterschneidungen 18 und deren
Positionierung in axialer Richtung wird in geeigneter Weise gewählt. Zweckmäßigerweise
nehmen die Abschermomente in der Richtung von der Schraubenkuppe 24 zum
Kopf 14 der Schraube 10 schrittweise zu. Wird
eine derartige Abscherschraube 10 in einen Schraubverbinder eingesetzt
und gegen ein Leiterende angezogen, so ist gewährleistet, daß die Abscherschraube
stets an der untersten freien Sollbruchstelle abreißt, die
nicht durch das Innengewinde des Schraubverbinders festgelegt ist.
Nach dem Abscheren bleibt dann ein Stumpf der Abscherschraube mit
dem Rest der axialen Sacklochbohrung im Klemmkörper eines Schraubverbinders
zurück.
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Als Material für die Schraube können übliche Metalle
bzw. Metall-Legierungen verwendet werden, die in Abhängigkeit
vom Verwendungszweck gewählt werden.
Bei speziellen Anwendungsfällen
kann eine derartige Abscherschraube aber auch aus Kunststoff oder
einem anderen Isolierstoff, z. B. Keramik, bestehen.
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- 10
- Abscherschraube
- 12
- Schaft
- 14
- Kopf
- 16
- Sacklochbohrung
- 18
- Hinterschneidung
- 20
- Außenkant
- 22
- Innenkant
- 24
- Schraubenkuppe
- 26
- Gewinde
- 28
- Boden
- 30
- Mittelachse