Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Schraube mit einem zumindest teilweise mit einem Gewinde versehenen Schaft sowie einem Schraubenkopf. Schrauben der eingangs genannten Art sind für diverse Spezialanwendungen in den unterschiedlichsten Ausführungen bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schraube so auszugestalten, dass insbesondere dün¬ nere Bleche miteinander von einer Seite her mit einem möglichst hohen Maß an Los¬ drehsicherheit miteinander verbunden werden können.

Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, dass zwischen dem Schraubenkopf und dem Gewinde ein gewindefreier Abschnitt ausgebildet ist und das Gewinde zumindest an dem dem Schraubenkopf zugewandten Endbereich des Schaftes wenigstens eine das Ge¬ winde kreuzende Nut, Kerbe, Rille od. dgl. aufweist.

Durch den gewindefreien Abschnitt unter dem Kopf wird das kopfseitige Blech bis unter den Kopf eingedreht, wobei die Kopfunterseite als Anschlag wirkt. Das zweite Blech wird weiter angezogen. Damit wird sichergestellt, dass die beiden Bleche aneinander gezo¬ gen werden. Dadurch wird eine höhere Vorspannkraft der Schraube erreicht. Ein Abfal¬ len dieser Vorspannkraft wird verhindert, indem eine das Gewinde kreuzende Nut vorge¬ sehen wird. Dabei entsteht durch die Nut im Gewinde eine losdrehsichere Verbindung. Die Nutbegrenzungen wirken als Eingreifelemente und tragen somit zu einer Veranke¬ rung des zumindest in das zweite Blech eingreifenden Gewindes bei.

In einer Ausgestaltung der Schraube weist der gewindefreie Abschnitt einen kleineren Durchmesser als den Kerndurchmesser des Gewindeschaftes auf. Dadurch wird sicher¬ gestellt, dass das kopfseitige Blech widerstandslos und möglichst vollständig die Kopfun¬ terseite als Anschlag beim Eindrehen nutzt. Will man bewusst eine spielfreie oder form- schlüssige Verbindung unter dem Kopf erreichen, so kann der Durchmesser des gewin¬ defreien Abschnittes im Durchmesser dem Kerndurchmesser des Gewindeschaftes ent¬ sprechen oder sogar leicht größer gewählt werden, ohne einen negativen Einfluss auf die Losdrehsicherheit zu erreichen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Schraube entspricht die Breite des gewindefreien Abschnittes der Dicke des Bleches, das am nächsten an der Kopfunterseite liegt. Mit dieser Ausgestaltung wird bezüglich Auslegung der gesamten Verbindung eine optimale Situation erreicht, denn während die Schraube in dem dem Schraubenkopf naheliegende Blech überdrehen kann, wird das zweite Blech beim weiteren Eindrehen mit der maxima¬ len Kraft an das erste Blech angezogen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Schraube entspricht die Breite des gewindefreien Abschnittes annähernd der Dicke aller miteinander zu befestigen Bleche. Das ist eine zweckmäßige, einfache Möglichkeit, bei Blechen, die in der gesamten Dicke in den ge¬ windefreien Abschnitt gelangen, das Rückdrehen der Schraube zu verhindern. In diesem Fall wird verhindert, dass eines der beiden Bleche beim Rückdrehen respektive Lösen wieder ins Gewinde eingreifen kann. Es kann also kein Drehmoment mehr zwischen den Blechen und der Schraube übertragen werden. Ein sicheres Anziehen ohne Drehmo¬ ment-Werkzeug ist in dieser Ausführung somit problemlos möglich. Eine Losdrehsiche¬ rung ist auch in diesem Fall gewährleistet. Dazu hilft (helfen) auch die das Gewinde kreuzende(n) Nut(en) mit.

In einer weiteren Ausgestaltung der Schraube läuft die Nut in den gewindefreien Ab¬ schnitt aus. Damit wird erreicht, dass eine maximale Wirkung der Nut erzielt wird, denn besonders bei dünnen Blechen ist es möglich, dass die Verbindung zwischen Gewinde und Blech auf weniger als einem Gewindeumgang beruht. Nur eine in den gewindefreien Abschnitt auslaufende Nut kann ermöglichen, dass, soweit von der Geometrie her mög¬ lich, die Nut im Einsatz ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Schraube sind die Nuten, Kerben, Rillen od. dgl. U-, V-, trapezförmig oder in einer anderen hohlraumbildenden Form ausgeführt und bilden in der Gewindeflanke Buchten. Die Form wird so ausgestaltet, dass sie das Schneiden des Gewindes unterstützt und dass das Rückdrehen der Schraube nur mit sehr hohen Rück¬ drehmomenten möglich ist. In einer weiteren Ausgestaltung der Schraube sind zwei oder mehrere Nuten ange¬ bracht. Damit wird die Wirkung der Nut bezüglich Rückdrehmoment und Lage verstärkt. Eine Verstärkung kann mit jeder weiteren Nut am Gewindeumfang erreicht werden. Es muss aber darauf geachtet werden, dass die Funktion des Gewindes an und für sich nicht durch das Anbringen von übermäßig vielen Nuten zu stark beeinträchtigt wird. In den Praxis bewähren sich besonders zwei bis fünf Nuten.

In einer weiteren Ausgestaltung der Schraube verläuft die Nut achsparallel zum Schaft. Dies ist fertigungstechnisch einfach herstellbar und erfüllt die oben vorgängigen Forde¬ rungen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Schraube verläuft die Nut, Kerbe, Rille od. dgl. links- und/oder rechtsdrehend zum Schaft. Dadurch kann die Wirkung genauer auf die Anwen¬ dung abgestimmt werden und damit werden die vorgängig beschriebenen Forderungen noch optimaler erfüllt. Besonders vorteilhaft ist eine rechtsdrehende Nut, Kerbe, Rille od. dgl. mit einer geringen Steigung. Bei dieser Ausprägung wird durch die das Gewinde kreuzende Nut, Kerbe, Rille od. dgl. ein spitzer und ein stumpfer Winkel im Gewindegang erzeugt. Der spitze Winkel führt zu einem höheren Rückdrehmoment der Schraube und der stumpfe Winkel reduziert das Ausfräsen des Bleches und erhöht daher die Anzieh¬ kräfte der Schraube.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Nut, Kerbe, Rille od. dgl. vorzugsweise in der Tiefe des Gewindekerndurchmessers ausgeführt ist. Damit wird die Begrenzungskante am Übergang zwischen Gewindeflanke und Nut in einer Länge ausgestaltet, bei der durch die Länge der Begrenzungskante die maximale Rückdrehsicherung erreicht wird.

In einer weiteren Ausgestaltung der Schraube ist die Nut, Kerbe, Rille od. dgl. tiefer als der Gewindekerndurchmessers ausgeführt. Somit wird eine sehr gute Formgebung beim Blech während des Einformens erreicht.

In einer weiteren Ausgestaltung der Schraube ist zumindest auf dem dem gewindefreien Abschnitt angrenzenden Gewindeteil eine klemmende und/oder klebende Beschichtung aufgebracht. Mittels dieser Schicht wird die Klemmwirkung, die durch die geometrischen Formen bestimmt wird, äußerst positiv beeinflusst. Ein Rückdrehen ist nach kurzer Zeit kaum mehr möglich. Es kann also von einer optimalen Befestigung gesprochen werden. Aus der Fachliteratur ist bekannt, dass Schraubverbindungen zum Beispiel durch Wech¬ selwirkung zwischen Zug- und Druckspannungen, Wärmeausdehnung, Schock- und Vib¬ rationsbelastung, Windschwingungen, Schütteln, bei dynamischer (schwellend oder wechselnd) Belastung, verminderte Selbsthemmung bei mehrgängigen Gewinden oder durch Anbringen von Federscheiben, sich selbst lösen können. Bei der vorliegenden Erfindung entsteht insbesondere durch das Anbringen der Nuten und dem Füllen der Hohlräume mit einer klemmenden und/oder klebenden Beschichtung ein optimaler zu¬ sätzlicher Schutz gegen ein Lösen der Verbindung.

Neben dieser kurzfristigen Wirkung während des Befestigungsprozesses werden durch das Befüllen der Nuten, Kerben, Rillen od. dgl. mit der Beschichtung diese auch dazu benutzt, Beschichtung während des Eingewindens kontinuierlich auf das Gewinde auf¬ zubringen. Dieses Vorgehen erhöht schon nach kurzer Zeit die Rückdrehmomente. Da¬ durch wird eine rückdrehsichere Verbindung bereits bei Blechen von weniger als 0.5 mm Dicke erreicht.

In einer weiteren Ausgestaltung der Schraube ist auf dem gewindefreien Abschnitt und/oder unter dem Kopf eine klemmende und/oder klebende Beschichtung aufge¬ bracht. Bei dünnen Blechen wirkt die Beschichtung im angezogenen Zustand nur noch in einem sehr kleinen Gewindebereich. Durch das Aufbringen der Beschichtung auf den gewindefreien Abschnitt, kann verhindert werden, dass die Schraube schon mit geringen Drehkräften bewegt werden kann. Auch wenn sich die Schraubverbindung nicht lösen kann, liegt der Vorteil dieser Ausgestaltung darin, dass durch die zusätzliche Fixierung der Schraube unnötige Bewegungen verhindert werden. So ist auch ein mögliches Klim¬ pern resp. Vibrieren, wie es durch den Wind an einer Fassade möglich ist, unterbunden.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Beschichtung ein Zwei-Komponentenkleber od. dgl. aufgebracht ist. Es lassen sich hier beliebige be¬ kannte oder neu entwickelte Klebstoffe aufbringen, die die gewünschten Effekte unter¬ stützen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Schraube ist als Beschichtung Kunststoff od. dgl. aufgebracht. Kunststoffe können genau auf die Anforderungen der Schraubverbindung abgestimmt werden und bilden daher eine ideale Alternative zu anderen Beschichtun- gen, z.B. in flüssiger Form. In einer weiteren Ausgestaltung der Schraube ist als schmierende Beschichtung Wachs, Polytetrafluorethylen (PTFE), Kunststoff od. dgl. wenigstens an dem dem Schraubenkopf abgewandten Endbereich des Schaftes aufgebracht. Um das Gewindeformmoment wäh¬ rend des Eindrehens zu reduzieren, kann an den Stellen des Gewindes, die nach dem Anziehen der Befestigung nicht mehr in direktem Kontakt mit einem der Bleche stehen, eine schmierende oder gleitende Schicht aufgebracht werden. Damit können die Ein¬ formmomente reduziert werden. Eine Verschraubung ist so auch mit weniger starken Hilfsmitteln, wie Bohrmaschinen u.a., möglich. Bei Handverschraubungen wird erreicht, dass der Monteur weniger Kraftaufwand benötigt und schneller die Schraube eingewin- den kann.

In einer weiteren Ausgestaltung der Schraube ist die Beschichtung partiell oder um- fangsgeschlossen aufgebracht. Bereits eine partielle Beschichtung wirkt unterstützend bezüglich Rückdrehmoment. Aber auch partiell aufgebrachte Schmiermittel sind möglich. Es sind also beliebige Kombinationen sinnvoll. Diese können beliebig auf die Anforde¬ rungen der Schraubverbindung abgestimmt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Schraube ist das Gewinde am dem dem Schrauben¬ kopf abgewandten Endbereich des Schaftes unrund ausgebildet. Neben dem spanlosen Herstellen des Muttergewindes, wird dieses auch kaltverfestigt. Durch geringere Materi¬ alverdrängung resultiert ein geringeres Eindrehmoment.

In einer weiteren Ausgestaltung der Schraube ist das Gewinde trilobular ausgebildet. Durch die hohe Flankenüberdeckung dieser Gewindeform wird eine formschlüssige Ver¬ bindung zwischen Schraube und Blech erreicht. Dies ist insbesondere bei dünnen Ble¬ chen eine wichtige Voraussetzung, um hohe axiale Zugkräfte aufnehmen zu können.

In einer weiteren Ausgestaltung der Schraube weist der Schaft an dem dem Schrauben¬ kopf abgewandten Endbereich des Schaftes einen konischen Gewindeabschnitt auf. Soweit vorgestanzte Befestigungslöcher vorhanden sind, kann dadurch zusätzlich eine Zentrierung der Löcher erreicht werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Schraube läuft das Gewinde an dem dem Schrau¬ benkopf abgewandten Ende in eine Spitze aus. Dadurch können vorgelochte, dünne Bleche beinahe bis zur Größe des Lochdurchmessers durch die Spitze der Schraube zentriert und somit während des Montagevorgangs in die korrekte Position gezwungen werden. Diese Funktion ist auch dann gewährleistet, wenn das Gewinde nicht bis in die Spitze vollständig ausläuft. Selbst eine kegelförmige Spitze kann diese Funktion durch¬ aus übernehmen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Schraube ist an der dem Drehangriff abgewandten Seite eine selbstbohrende oder eine selbsteindringende Spitze angebracht, womit bei bereits zentrierten Blechen das Bohrloch direkt mit dem Montagevorgang erstellt wird. Dies fördert nicht nur die Effizienz, sondern stellt auch sicher, dass der Bohrlochdurch¬ messer ideal auf das anschliessende Eingewinden und Anziehen der Verbindung abge¬ stimmt ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schraube;

Fig. 2 eine Ausführung mit linksdrehenden, das Gewinde kreuzenden Nuten;

Fig. 3 eine Ausführung mit rechtsdrehenden, das Gewinde kreuzenden Nuten;

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV - IV in Fig. 2, mit V-förmigen Nuten;

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie IV - IV in Fig. 2, mit trapezförmigen Nuten;

Fig. 6 einen Teilschnitt durch ein Anwendungsbeispiel mit zwei Blechen, wobei ein Gewindeeingriff im äußeren Blech vorgesehen ist;

Fig. 7 einen Teilschnitt durch ein Anwendungsbeispiel mit zwei Blechen, welche in einem gewindefreien Abschnitt der Schraube eingreifen, wobei das Gewinde nicht mehr im Blech liegt;

Fig. 8 einen Teilschnitt durch ein Anwendungsbeispiel mit zwei Blechen, wobei eine Schraube mit einer Teilbeschichtung des Gewindes eingesetzt ist; Fig. 9 einen Teilschnitt durch ein Anwendungsbeispiel mit zwei Blechen, wobei eine Schraube mit partieller Beschichtung in einer Nut eingesetzt ist;

Fig. 10 ein weiteres Ausführungsbespiel einer Schraube mit einer Bohrspitze;

Fig. 11 einen Schnitt nach der Linie Xl - Xl in Fig. 10, wobei U-förmige Nuten vorgese¬ hen sind; und

Fig. 12 einen Teilschnitt durch ein Anwendungsbeispiel mit zwei Blechen, wobei eine selbstbohrende Schraube eingesetzt wird.

Eine in Fig. 1 dargestellte Schraube 1 weist einen gewindefreien Abschnitt 2 zwischen dem Schraubenkopf 3 und dem Gewinde 4 auf. Das Gewinde 4 weist mindestens eine das Gewinde kreuzende Nut 5 auf. Damit kann eine losdrehsichere Befestigung zwi¬ schen zwei und mehreren Blechen 11,14 durch ein einziges Befestigungselement er¬ reicht werden. Beim Einsatz von vorgelochten Blechen können Ausführungsvarianten am Endbereich 6 des Schaftes 7 konisch ausgebildet werden, damit eine Zentrierung der Bleche 11,14 erfolgt. Bei derartig ausgeführten Varianten kann der konische Endbereich 6 bis zu einer Spitze ausgebildet sein. Dieser Endbereich 6 kann auch eine trilobulare Schaftform oder wie das ganze Gewinde trilobular sein.

In einer Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 wird eine linksdrehende Nut 5, die das Ge¬ winde kreuzt, angebracht. In Abstimmung auf die gesamte Verbindung kann diese Vari¬ ante vorteilhaft sein. Wird der Durchmesser DG des gewindefreien Abschnittes 2 kleiner als der Kerndurchmesser DK des Schaftes 7 ausgelegt, kann damit erreicht werden, dass insbesondere das dem Schraubenkopf 3 naheliegende Blech radiale Verschiebun¬ gen zulässt und damit zwischen zwei und mehreren Befestigungspunkten keine Span¬ nungen oder Durchbiegungen im Blech entstehen. Dadurch können große Flächen mit Blechen und hoher ästhetischer Anmut abgedeckt werden. In den meisten Ausführungen ist von besonders hohem Nutzen, wenn die Nuten 5 in den gewindefreien Abschnitt 2 auslaufen, da insbesondere bei dünnen Blechen dadurch sichergestellt wird, dass ein Rückdrehen der Schraube 1 aus den Blechen verhindert wird.

In einer weiteren Ausführung zeigt Fig. 3 eine Schraube 1 mit mehreren Nuten 5, die rechtsdrehend angebracht sind. Je nach Herstellung und Verwendung können so wirt¬ schaftliche Herstellung und optimale Anpassung an die gesamte Befestigung erzielt wer- den. Dasselbe gilt auch für weitere Anordnungen der Nuten 5 wie z.B. eine achsparallele oder weitere Kombinationen von links- und rechtsdrehendem Verlauf der Nut.

Die Begriffe „links-" und „rechtsdrehend" bedeuten links- bzw. rechtsdrehend zu dem Schaft 7 und sind in dem gleichen Sinn zu verstehen wie „links-,, bzw. „rechtsgängig" bei einem Gewinde.

Eine weitere Ausprägung bezieht sich auf die Form der Nut. Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch den Schaft 7, wobei das Gewinde 4 mit einer V-förmigen Nut 5 gekreuzt wird. Durch die Nut 5 im Gewinde 4 wird ein Hohlraum 9 geschaffen, der mit einer Beschich- tung, zum Beispiel einem Klebstoff, Schmierstoff oder ähnliches gefüllt werden kann. Dank diesem Hohlraum 9 wird sichergestellt, dass während des Verschraubens ein gro¬ ßer Teil der Flüssigkeit zwischen dem Innen- und den Außengewinde eingeschlossen wird. Beim Einsatz von Schmierstoffen gelingt es dadurch während des Eingewindens kontinuierlich das Gewinde mit einem feinen Film an Flüssigkeit zu versorgen. Dadurch können die Eindrehmomente markant reduziert werden. Umgekehrt kann mit einem Klebstoff erreicht werden, dass die Verbindung nach dem Eindrehen auch noch durch einen Klebstoff zusätzlich gegen Lösen gesichert werden kann.

In Fig. 5 wird der vorangehend beschriebene Effekt mit Hilfe von durch die Form der Nut 5 erzeugten Buchten 9 oder anderen Formen eines Hohlraumes weiter optimiert, indem die Form trapezförmig oder in einer anderen Gestalt geformt wird. So wird eine größere Bucht erzeugt. Damit lassen sich auch längere Schrauben mit gleichbleibenden Leistun¬ gen herstellen. Neben der Form der Nut 5 wird die Nut 5 vorzugsweise in der Tiefe 10 des Gewindekerndurchmessers DK ausgeführt. Das Volumen des Hohlraumes kann aber auch durch eine tiefer als der Gewindekerndurchmesser DK ausgeführte Nut 5 er¬ reicht werden. Ebenso ist es möglich mehrere, dafür weniger tiefe Nuten auf dem Ge¬ winde aufzubringen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Schraube wird gemäß Fig. 6 die Breite B des gewin¬ defreien Abschnittes 2 in der Dicke D1 des Bleches 11 , das am nächsten an der Kopf Un¬ terseite 13 liegt, entsprechend ausgeführt. Das dem Schaft 7 abgewandte Blech 11 wird dadurch beim Anziehen zwischen Schraubenkopf 3 und dem äußeren Blech 14 einge¬ klemmt.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Schraube, in der der gewindefreie Abschnitt 2 in einer Breite B1 ausgelegt wird, die annähernd der Dicke D2 aller miteinander zu be- festigenden Bleche 11 ,14 entspricht. Beim Eingewinden kann die Schraube 1 soweit eingedreht werden, dass alle zu befestigenden Bleche im gewindefreien Abschnitt 2 po¬ sitioniert sind. Da auch beim Rückdrehen das Gewindeende 17 nicht mehr im Blech 14 ansetzen kann, kann von einer unlösbaren Verbindung gesprochen werden.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsvariante der Schraube 1 mit einer Beschichtung 18 auf dem dem gewindefreien Abschnitt 2 folgenden Gewindeteil 19. Bei einer Ausführung gemäß Fig. 8 wird der Klemmeffekt durch die Beschichtung 18 massiv verbessert und eine los¬ drehsichere Verbindung erreicht, indem die durch die Nut 5 entstandenen Hohlräume 9 mit einer Beschichtung 18 gefüllt werden. Entsprechend kann auch der gewindefreie Abschnitt 2 mit beschichtet werden. Zusätzlich kann auch die Unterseite 13 des Schrau¬ benkopfes 3 mit einer Beschichtung 18 versehen werden. So können damit beliebige Kombinationen von Beschichtungsorten und Beschichtungsarten den Sicherungs-, aber auch Schmiereigenschaften angepasst werden. Als Beschichtungen 18 für Klemm-, Kle¬ be- oder andere Sicherungseigenschaften eignen sich unter anderem Zweikomponen¬ tenklebstoffe, Kunststoffe, Gummi od. dgl. Als Schmierstoffe können Wachse, Polytetra- fluorethylen (PTFE), Kunststoff od. dgl. eingesetzt werden.

Eine weitere Ausführungsvariante zeigt Fig. 9. Um die beschriebenen Klemm- oder Schmiereffekte zu erreichen, kann je nach Anwendung bereits eine insbesondere über der Nut angebrachte partielle Beschichtung ausreichen, um genügend Klemm- respekti¬ ve Schmierwirkung zu erhalten. Insbesondere ist es denkbar, dass am Schaftende eine partielle Beschichtung mit einem Schmiermittel die Einformmomente reduziert und dass an dem Gewindeteil des nach der Verschraubung noch mit dem Gewinde 4 des Bleches 14 in Kontakt stehenden Teiles eine klemmende respektive klebende Beschichtung an¬ gebracht ist. Die Effekte können so beliebig kombiniert werden.

In Fig. 10 wird eine Ausgestaltung der Schraube 1 dargestellt, welche an dem dem Schraubenkopf 3 abgewandten Endbereich mit einer Bohrspitze 15 versehen ist. Dies ermöglicht, die Verbindung in einem Arbeitsgang ohne vorheriges Vorbohren herzustel¬ len.

Fig. 11 zeigt eine besondere Ausprägung der Schraube 1 mit einer U-förmigen Nut 5. Diese Form der Nut 5 eignet sich, um besonders hohe Rückdrehwerte des Gewindes 4 zu erhalten. Fig. 12 zeigt eine selbstbohrende Schraube 1 die sich auch für dickere Bleche 11 , 14 dadurch auszeichnet, dass durch den gewindefreien Abschnitt 2 die Bleche 11 , 14 an¬ einander gezogen werden und durch die das Gewinde 4 kreuzenden Nuten 5 eine los¬ drehsichere Verbindung erreicht wird.