DE19647546A1 - Befestigungsschraube und Schraubbefestigung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Befestigungs­ schraube, insbesondere selbstschneidende Schraube, mit einem Kopf, der Drehbetätigungsmittel hat und der anschraubteilsei­ tig mit einer Abstützfläche versehen ist, mit einem sich an den Kopf anschließenden Kegelstumpf, und mit einem sich an den Kegelstumpf anschließenden Schraubenschaft.

Eine derartige Befestigungsschraube ist aus der DE 195 06 081 A1 bekannt. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß dem Kopf ein Schneidring zugeordnet ist. Die Zuordnung er­ folgt derart, daß zwischen dem Schneidring und dem Kegel­ stumpf ein Preßraum entsteht, der anschraubteilseitig offen ist, vom Anschraubteil her gesehen also eine Vertiefung dar­ stellt. Darüber hinaus ist der Kegelstumpf der bekannten Schrauben mit Raspeln versehen, die das Anschraubteil derart ausraspeln, daß der Kegelstumpf leichter in das Anschraubteil eindringen kann. Der geraspelte Werkstoff des Anschraubteils und der vom Schneidring verdrängte Werkstoff sammeln sich im Preßraum. Es wird erreicht, daß eine Werkstückoberfläche beim Versenken nicht beschädigt wird und keine weiteren Arbeits­ schritte für ein Versenken eines Schraubenkopfes in eine Werkstückoberfläche erforderlich sind. Eine Voraussetzung für eine Anwendung der bekannten Befestigungsschraube ist es, daß das Anschraubteil die beim Eindrehen der Befestigungsschraube auftretenden Belastungen aufzunehmen vermag. Die Kraftüber­ tragung erfolgt dabei fast ausschließlich über die Mantelflä­ che des Kegels. Die übertragenen Kräfte können dabei sehr hoch sein. Infolge hoher Anzugsmomente kann es dazu kommen, daß durch den Kegelstumpf Schäden am Anschraubteil bewirkt werden. Der Kegelstumpf hat eine Keilwirkung, die zu Span­ nungsrissen im Werkstoff des Anschraubteils führen kann. Die bekannte Befestigungsschraube ist daher lediglich für solche Anschraubteile einzusetzen, die wenig spannungsrißempfindlich sind, oder bei denen ein korrektes Festziehen der Schrauben mit weiteren Hilfsmitteln erfolgt, beispielsweise mit einem Drehmomentschlüssel. Letzteres setzt aber voraus, daß zuvor eine meist aufwendige Ermittlung des notwendigen Drehmoments stattgefunden hat.

Der Erfindung liegt daher dem Bekannten gegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Befestigungsschraube mit den eingangs genannten Merkmalen so zu verbessern, daß sie nicht mit zu hohem Anzugsmoment festgezogen werden kann, so daß Schäden am Anschraubteil oder auch eine Beschädigung der Schraube selbst vermieden werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Kopf bis auf etwaige Drehbetätigungsmittel vollvolumig mit ebener Abstütz­ fläche ausgebildet ist, die sich axial vor dem Kegelstumpf befindet.

Für die Erfindung ist von Bedeutung, daß sich der Kopf mit einer ebenen Abstützfläche auf dem Anschraubteil abstüt­ zen kann. In Verbindung mit den anderen Konstruktionskrite­ rien der Schraube ist es ausgeschlossen, daß diese mit einem zu großen Anzugsmoment festgeschraubt werden kann. Die Man­ telfläche des Kegelstumpfs und die dazugehörige Kegelbohrung sind von ihren Abmaßen her genau definiert und die Abstütz­ fläche kann bezüglich ihrer Anordnung axial vor dem Kegel­ stumpf so ausgebildet werden, daß es im Falle ihrer Anlage am Anschraubteil unmöglich ist, das maximal zulässige Anzugsmo­ ment zu überschreiten.

Die Befestigungsschraube kann so ausgebildet werden, daß die ebene Abstützfläche gezahnt ist. Die Zahnung der ebenen Abstützfläche bewirkt, daß sich diese beim Eindrehen der Be­ festigungsschraube mit ihren Zähnen in die Anlagefläche des Anschraubteils eingräbt. Dadurch wird zwar das erforderliche Anzugsmoment vergrößert, es wird jedoch auch erreicht, daß ein unbeabsichtigtes Lösen der Befestigungsschraube bzw. der Schraubbefestigung vermieden wird. Ein derartiges unbeabsich­ tigtes Lösen ist beispielsweise zu befürchten, wenn die Schraube bzw. die Schraubbefestigung Vibrationen ausgesetzt ist, die üblicherweise ein Losvibrieren zur Folge haben.

In Weiterbildung des vorgenannten Gedankens ist es vor­ teilhaft, die Befestigungsschraube so auszubilden, daß Zähne der Abstützfläche gegen die Eindrehrichtung der Schraube an­ gestellt sind. Dadurch wird das zum Eingraben der Zähne in die Abstützfläche erforderliche Anzugsmoment der Schraube verringert, das unbeabsichtigte Lösen der Schraube wird je­ doch entsprechend der Anstellung der Zähne zusätzlich er­ schwert.

Die Befestigungsschraube kann dahingehend ausgebildet werden, daß der Kegelstumpf mindestens eine radial vorstehen­ de Scherkante aufweist, die sich auf der Mantelfläche des Ke­ gelstumpfs schraubachsparallel erstreckt. Mit der Scherkante bzw. mit mehreren Scherkanten ist es möglich, etwa auf der Kegelbohrungsfläche des Anschraubteils befindliche Schichten abzutragen. Derartige Schichten sind beispielsweise galvani­ sche Schutzschichten oder Farbschichten. Es ist vorteilhaft, diese Schichten zu entfernen, damit der Kegelstumpf der Befe­ stigungsschraube und die Kegelbohrungsfläche des Anschraub­ teils den gewünschten festen Sitz für das betreffende Anzugs­ moment auch tatsächlich erreichen lassen.

Die Scherkante schabt die Beschichtung der Kegelboh­ rungsfläche beim Eindrehen der Schraube in die kegelige Boh­ rung des Anschraubteils ab. Danach schabt sich die Scherkante beim Eindrehen der Schraube am Anschraubteil ab. Um das dafür notwendige Anzugsmoment möglichst gering zu halten, ist die Befestigungsschraube so ausgebildet, daß die Scherkante vom Schraubenschaft zum Kopf zunehmend radial vorsteht.

Diese Ausgestaltung der Scherkante nimmt zugleich darauf Rücksicht, daß die Schichtdicke der Kegelbohrung im An­ schraubteil zumeist schraubenkopfseitig am größten sein dürf­ te, also in dem Bereich der Kegelbohrung, die den größten Durchmesser hat.

Es ist vorteilhaft, die Befestigungsschraube so auszu­ bilden, daß in der Mantelfläche des Kegelstumpfs mindestens eine Spanaufnahmenut vorhanden ist. Die Spanaufnahmenut dient dazu, das Material der abgescherten Schichten aufzunehmen und beim weiteren Einschrauben nach oben hinauszudrücken. Im Fal­ le einer selbstschneidenden Befestigungsschraube oder wenn Einschraubreste im Bereich des Schraubenschafts anfallen, können auch diese Einschraubreste durch die Spanaufnahmenut infolge des Eindrehen s der Schraube nach oben hinausgedrückt werden.

Eine weitere Verbesserung des Span- bzw. Resteauswurfs ergibt sich, wenn die Befestigungsschraube so ausgebildet ist, daß zwischen der Abstützfläche und dem Kegelstumpf und/oder zwischen dem Kegelstumpf und dem Schraubenschaft eine Ringnut vorhanden ist. Die Ringnut bzw. die Ringnuten ermöglichen es, den Querschnitt der Spanaufnahmenut bzw. die Anzahl der Spanaufnahmenuten und ihre Formgebung zu beschrän­ ken, weil die Späne- bzw. Resteabfuhr erleichtert wird.

Die Erfindung bezieht auch auf eine Schraubbefestigung eines Anschraubteils an einem Träger, mit einer insbesondere selbstschneidenden Schraube, die einen mit Drehbetätigungs­ mitteln versehenen Kopf hat, der anschraubteilseitig mit ei­ ner Abstützfläche versehen ist, mit einem sich an den Kopf anschließenden Kegelstumpf und mit einem sich an den Kegel­ stumpf anschließenden Schraubenschaft.

Eine derartige Schraubbefestigung ist aus der DE-A-195 06 081 bekannt und hat die oben beschriebenen Nach­ teile. Dabei ist besonders von Bedeutung, daß eine ausrei­ chende Verformbarkeit des Werkstoffs des Anschraubteils Voraussetzung ist, um die bekannte Schraubbefestigung über­ haupt durchführen zu können. Der Werkstoff des Anschraubteils muß in dem bei der bekannten Befestigungsschraube vorhandenen Preßraum zusammengedrückt werden, damit Platz für den Kegel­ stumpf entsteht, soweit dessen Volumen das Volumen einer zy­ lindrischen Vorbohrung oder ein durch das vorbohrungslose ge­ waltsame Einschrauben des Schraubenschaft s entstandenes Volu­ men übersteigt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schraubbefestigung mit den vorstehend genannten Merkma­ len und mit den zuvor beschriebenen Merkmalen der Befesti­ gungsschraube so auszubilden, daß sie nicht mit zu hohem An­ zugsmoment festgezogen werden kann, so daß Schäden am An­ schraubteil oder auch eine Beschädigung der Schraube selbst vermieden werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Befestigungs­ schraube durch eine an den Kegelstumpf der Befestigungs­ schraube angepaßte kegelige Bohrung des Anschraubteils in den Träger hineingeschraubt ist, und daß der bis auf etwaige Drehbetätigungsmittel vollvolumige Kopf mit einer ebenen Ab­ stützfläche, die sich axial vor dem Kegelstumpf befindet, auf einer ebenen Anlagefläche des Anschraubteils aufliegt.

Für die Ausbildung der Schraubbefestigung ist von Bedeu­ tung, daß das Anschraubteil mit einer kegeligen Bohrung ver­ sehen ist, deren Kegelwinkel demjenigen des Kegelstumpfs der Befestigungsschraube entspricht. Dabei kann die Kegelboh­ rungshöhe exakt definiert werden, so daß der Kegelstumpf der Befestigungsschraube in der kegeligen Bohrung des Anschraub­ teils einen konstruktiv vorbestimmten Sitz hat. Die zugleich vorgesehe Auflage der ebenen Abstützfläche der Befestigungs­ schraube auf der ebenen Auflagefläche des Anschraubteils be­ wirkt in Verbindung mit der vorbestimmten Anordnung dieser Anlagefläche in Bezug auf die kegelige Bohrung und in Verbin­ dung mit den weiteren Abmessungen, daß die Befestigung im Ke­ gelbereich nur mit einem vorbestimmten Anzugsmoment belastet werden kann. Darüber hinausgehende Anzugsmomente führen dazu, daß der Schraubenkopf mit seiner ebenen Abstützfläche in ent­ sprechend vergrößertem Ausmaß auf das Anschraubteil drückt und dieses gegen den Träger drückt. Eine Überlastung der Schraubbefestigung im Kegelbereich ist ausgeschlossen, so daß es dort nicht zu Schäden durch eine Keilwirkung des Kegel­ stumpfs der Befestigungsschraube kommen kann.

Es ist vorteilhaft, die Schraubbefestigung so auszubil­ den, daß die Befestigungsschraube mit ihrer ebenen Abstütz­ fläche auf einer versenkten Anlagefläche des Anschraubteils abgestützt ist. Die versenkte Anlagefläche des Anschraubteils kann so angeordnet werden, daß die Außenfläche des Kopfs der Befestigungsschraube mit der Außenfläche des Anschraubteils bündig liegt. Darüber hinaus wird erreicht, daß die Anlage­ fläche des Anschraubteils auf die Befestigung abgestimmt wer­ den kann, beispielsweise beschichtungsfrei oder mit einer Ge­ genverzahnung zur Sicherung des Sitzes der Schraube.

Die vorbeschriebenen Ausgestaltungen der Befestigungs­ schraube bzw. der Schraubbefestigung lassen sich am vorteil­ haftesten einsetzen, wenn das Anschraubteil aus Kunststoff und/oder aus Metall besteht.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Schraubbefestigung eines Anschraubteils an einem Träger,

Fig. 2 eine Einzeldarstellung einer Befestigungsschraube,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Kopfbereichs der Befestigungsschraube der Fig. 2, und

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Kegelstumpf der Schraube der Fig. 2, 3.

Fig. 1 zeigt eine Schraubbefestigung eines Anschraubteils 23 an einem Träger 21 mit einer Befestigungsschraube 10. Die Befestigungsschraube 10 ist eine selbstschneidende Schraube mit einem Kopf II, an den sich ein Kegelstumpf 14 anschließt, an den sich ein Schraubenschaft 15 anschließt. Der Schrauben­ schaft 15 hat eine Schraubenspitze 25, die selbstschneidend ausgebildet ist und beim Eindrehen der Schraube 10 in den Träger 21 die Bohrung herstellt. Die Schneidspitze 25 der Schraube kann jedoch auch anders ausgebildet sein und es ist auch möglich, den Schraubenschaft 15 so auszugestalten, daß er nicht selbstschneidend ist, sondern beispielsweise Gewin­ degänge aufweist, wie bei einer Holzschraube oder bei einer Blechschraube.

Zwischen dem Kopf 11 und dem Schraubenschaft 15 der Schraube 10 ist ein Kegelstumpf 14 angeordnet, der einen spitzen Kegelwinkel hat. Der Kegelwinkel ist vorzugsweise kleiner als 45° und ermöglicht es dadurch insbesondere auch bei harten Werkstoffen des Anschraubteils 23, daß die Anzugs­ momente beim Festschrauben nicht zu abrupt größer werden. Außerdem wird der feste Sitz des Kegelstumpfs in der zugehö­ rigen kegeligen Bohrung 22 des Anschraubteils 23 entsprechend gesichert, ohne daß die radiale Lastübertragung in den Träger 21 zu gering wird.

Der Kopf 11 der Schraube 10 ist vollvolumig ausgebildet. Ausgenommen hiervon ist lediglich das Drehbetätigungsmittel 12, nämlich eine Mehrkant-Innenausnehmung des Schraubenkopfs, die bis in den Kegelstumpf 14 hineinragt. Der Kopf 14 ist an­ schraubteilseitig mit einer Abstützfläche 13 versehen, die an einer Anlagefläche 24 des Anschraubteils 23 zur Anlage kommt, wenn die Schraube 10 genügend tief in den Träger 21 hineinge­ dreht ist. Dabei ist die Abstützfläche 13 axial vor dem Ke­ gelstumpf 14 angeordnet. Sie ist eben ausgebildet, so daß sie an vielen Stellen gleichzeitig mit der Anlagefläche 24 in Be­ rührung kommt.

Fig. 3 zeigt eine Besonderheit der Ausbildung der Ab­ stützfläche 13 dahingehend, daß diese gezahnt ist. Die Zähne verlaufen mit ihren Zahnflanken radial zur Schraubenlängsach­ se. Sie sind gegen die Eindrehrichtung der Schraube 10 ange­ stellt. Die Eindrehrichtung der Schraube 10 ist durch das aus Fig. 2 ersichtliche Rechtsgewinde bestimmt. Dementsprechend haben die Zähne 16 eine breitere Flanke, die sich vergleichs­ weise leicht an die Anlagefläche 24 des Anschraubteils 23 an­ drehen läßt, und sie haben eine schmalere Flanke, die ents­ prechend der Fig. 3 steiler steht, so daß sich die Zähne 16 einem ungewollten Ausdrehen der Schraube 10 widersetzen.

Der Kopf 11 ist im Anschraubteil 23 versenkt angeordnet. Dementsprechend liegt die Anlagefläche 24 näher am Träger 21 als die Außenfläche 25 des Anschraubteils. Die Versenkung ist so groß, daß die Außenfläche 11' des Kopfes 11 mit der Außen­ fläche 25 fluchtet.

Das Anschraubteil 23 ist beispielsweise eine Leiste oder ein Hohlprofil, wie es im Tür- und Fensterbau eingesetzt wird. Es besteht beispielsweise aus Kunststoff oder aus Me­ tall. Bei der Herstellung ist es üblicherweise beschichtet. Um eine solche Schicht im Bereich der kegeligen Bohrung 22 zu entfernen, ist der Kegelstumpf 15 mit einer Scherkante 17 versehen. Die Scherkante 1- springt von der Mantelfläche 14' des Kegelstumpfs 14 radial vor und erstreckt sich schraub­ achsparallel. Dabei ist der Vorsprung nahe dem Kopf 11 größer, als nahe dem Schraubenschaft 15. Fig. 4 zeigt, daß mehre­ re Scherkanten vorhanden sein können.

Der Kegelstumpf 14 ist mit einer Spanaufnahmenut 18 ver­ sehen, die in die Mantelfläche 14' des Kegelstumpfs 14 einge­ arbeitet ist. Sie verläuft ebenfalls schraubachsparallel, kann jedoch auch anders ausgebildet werden, wenn das einen größeren Fördereffekt bringt. Schraubachsseitig ist am Kegel­ stumpf 14 eine Ringnut 20 vorhanden, die etwa dorthin gelan­ genden Schichtwerkstoff und/oder aus dem Bereich des Schrau­ benschafts 15 herrührende Einschraubreste aufnimmt und der Spanaufnahmenut 18 zuleitet. Aus dieser gelangen die vorge­ nannten Bestandteile in eine Ringnut 19, die sich zwischen dem Kopf 11 und dem Kegelstumpf 14 befindet. Damit ist für ein sicheres Austragen der Schicht- bzw. Schraubreste ge­ sorgt, so daß der Kegelstumpf 14 mit seiner Mantelfläche 14' direkt an der Kegelfläche der Bohrung 22 anliegt und eine di­ rekte Kraftübertragung von Fläche zu Fläche stattfinden kann.

Der Kegelstumpf 14 hat eine Kegelhöhe 27, die von der Abstützfläche 13 ausgehend bemessen ist. Die kegelige Bohrung 22 hat eine Kegelbohrungshöhe 26, die ausgehend von der Anla­ gefläche 24 des Anschraubteils 23 bemessen ist. Die Kegelwin­ kel des Kegelstumpfs 14 und der Bohrung 22 sind gleich und beide Kegelteile sind etwa gleich lang. Infolgedessen sind genau definierte Abmessungen vorhanden, die es ausschließen, daß die Schraube 10 mit zu großem Anzugsmoment festgeschraubt werden kann. Das konstruktiv bestimmte maximale Anzugsmoment wird nicht überschritten und demgemäß werden Materialschäden am Anschraubteil 23 vermieden. Ein verstärktes Anziehen der Schraube führt nur zu einem verstärkten Druck des Anschraub­ teils auf den Träger 21, nicht aber zu einer Überlastung der kegeligen Bohrung 22.

Claims (10)

1. Befestigungsschraube, insbesondere selbstschneidende Schraube (10), mit einem Kopf (11), der Drehbetätigungs­ mittel (12) hat und der anschraubteilseitig mit einer Abstützfläche (13) versehen ist, mit einem sich an den Kopf (11) anschließenden Kegelstumpf (14), und mit einem sich an den Kegelstumpf (14) anschließenden Schrauben­ schaft (15), dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (11) bis auf etwaige Drehbetätigungsmittel (12) vollvolumig mit ebener Abstützfläche (13) ausgebildet ist, die sich axial vor dem Kegelstumpf (14) befindet.

2. Befestigungsschraube nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ebene Abstützfläche (13) gezahnt ist.

3. Befestigungsschraube nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Zähne (16) der Abstützfläche (13) gegen die Eindrehrichtung der Schraube (10) angestellt sind.

4. Befestigungsschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelstumpf (14) minde­ stens eine radial vorstehende Scherkante (17) aufweist, die sich auf der Mantelfläche (14') des Kegelstumpfs (14) schraubachsparallel erstreckt.

5. Befestigungsschraube nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Scherkante (17) vom Schraubenschaft (15) zum Kopf (11) zunehmend radial vorsteht.

6. Befestigungsschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mantelfläche (14') des Kegelstumpfs (14) mindestens eine Spanaufnahmenut (18) vorhanden ist.

7. Befestigungsschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Abstützfläche (13) und dem Kegelstumpf (14) und/oder zwischen dem Ke­ gelstumpf (14) und dem Schraubenschaft (15) eine Ringnut (19, 20) vorhanden ist.

8. Schraubbefestigung eines Anschraubteils (23) an einem Träger (21), mit einer insbesondere selbstschneidenden Schraube (10), die einen mit Drehbetätigungsmitteln (12) versehenen Kopf (11) hat, der anschraubteilseitig mit einer Abstützfläche (13) versehen ist, mit einem sich an den Kopf (11) anschließenden Kegelstumpf (14) und mit einem sich an den Kegelstumpf (14) anschließenden Schraubenschaft (15), nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Befe­ stigungsschraube (10) durch eine an den Kegelstumpf (14) der Befestigungsschraube (10) angepaßte kegelige Bohrung (22) des Anschraubteils (23) in den Träger (21) hinein­ geschraubt ist, und daß der bis auf etwaige Drehbetäti­ gungsmittel (12) vollvolumige Kopf (11) mit einer ebenen Abstützfläche (13), die sich axial vor dem Kegelstumpf (14) befindet, auf einer ebenen Anlagefläche (24) des Anschraubteils (23) aufliegt.

9. Schraubbefestigung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Befestigungsschraube (10) mit ihrer ebenen Abstützfläche (13) auf einer versenkten Anlagefläche (24) des Anschraubteils (23) abgestützt ist.

10. Schraubbefestigung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Anschraubteil (23) aus Kunststoff und/oder aus Metall besteht.