"Selbstlochende und gewindeformende Schraube"

Die vorliegende Erfindung betrifft eine selbstlochende und selbstgewindeformende Schraube, mit einem Schraubenschaft mit einer einendigen Schraubenspitze und einem anderendigen Kraftangriff zur Drehmomentübertragung, wobei der Schraubenschaft aus einem die Schraubenspitze aufweisenden Gewindeabschnitt und einem sich anschließenden gewindefreien, den Kraftangriff aufweisenden Schaftabschnitt besteht, und wobei der Gewindeabschnitt aus einem Schaftkern und einem gewindeformenden, ein- oder mehrgängigen Gewinde besteht.

Derartige Schrauben, die aufgrund ihres gewindefreien Schaftabschnittes auch als Teilgewinde-Schrauben bezeichnet werden, können ohne Vorbohren direkt in relativ weiche Materialien, wie Holz und dergleichen, eingeschraubt werden. Dabei ist in der Praxis festgestellt worden, dass der gewindefreie Schaftabschnitt bei Eintritt in das durch den Gewindeabschnitt geformte Gewindeloch eine hohe Reibung verursacht, die zu einem nachteilig hohen Einschraubdrehmoment führt.

Es ist bekannt, bei einer solchen Teilgewinde-Schraube den gewindefreien Schaftabschnitt in seinem an den Gewindeabschnitt angrenzenden Bereich mit einem sogenannten Schaftfräser zu versehen, der aus radial vorspringenden Fräsrippen besteht, die beim Einschrauben das Gewindeloch so aufweiten sollen, dass der Schaftabschnitt mit reduzierter Reibung und dadurch mit verringertem Einschraubdrehmoment eindringen kann. Bei solchen Schrauben ist allerdings die Herstellung in einem Walzverfahren problematisch. Beim Walzen kann es im Bereich des Schaftfräsers zu einer Biegeverformung der Schraube kommen. Dies bedeutet, dass die Schraube nicht oder nur mit einem zusätzlichen Aufwand exakt geradlinig herstellbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraube der genannten Art zu schaffen, die einerseits mit geringem Einschraubdrehmoment einschraubbar,

andererseits aber auf einfache und wirtschaftliche Weise mit hoher Genauigkeit (insbesondere exakt geradlinig) herstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Gewindeabschnitt in einem von der Schraubenspitze entfernt liegenden Bereich einen Kernabschnitt mit einem polygonalen Kernquerschnitt aufweist, der mit seinen Ecken einen Hüllkreis mit einem Hüllkreis-Durchmesser definiert, der größer als der Schaft-Durchmesser des gewindefreien Schaftabschnittes ist. Dadurch wird erreicht, dass beim Einschrauben der polygonale Kernabschnitt mit seinen Ecken das Gewindeloch aufweitet, um nachfolgend beim Eindringen des gewindefreien Schaftabschnittes die Reibung und das Einschraubmoment zu reduzieren. Indem der polygonale Kernabschnitt erfindungsgemäß im Bereich des Gewindeabschnittes (und nicht etwa im Bereich des gewindefreien Schaftabschnittes) angeordnet ist, wird vorteilhafterweise bei der Herstellung der Schraube im Walzverfahren erreicht, dass die Schraube zwischen den Walzbacken über das Gewinde gerade auch im Bereich des polygonalen Kernabschnittes exakt geführt ("eingespannt") ist, so dass Verbiegungen aus der Schraubenachse ausgeschlossen sind. Die Erfindung ermöglicht somit eine einfache und schnelle Herstellung im Walzverfahren mit hoher Präzision.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie in der folgenden Beschreibung enthalten.

Anhand von zwei in der Zeichnung veranschaulichten, bevorzugten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung genauer erläutert werden. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schraube in einer ersten, bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt in der Ebene Il - Il gemäß Fig. 1 ,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schraube und

Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt in der Ebene IV - IV gemäß Fig. 3.

Eine erfindungsgemäße Schraube 1 besteht in beiden Ausführungsformen aus einem länglichen Schraubenschaft 2 mit einer einendigen Schraubenspitze 4 und einem anderendigen Kraftangriff 6 zur Drehmomentübertragung. In den dargestellten Ausführungen ist der Kraftangriff 6 als Innenkraftangriff ausgebildet und daher in den Seitenansichten eigentlich nicht erkennbar. Zudem ist der Kraftangriff 6 an bzw. in einem Schraubenkopf 8 gebildet, der bevorzugt als Senkkopf ausgeführt ist. Der Kraftangriff 6 kann als Kreuzschlitz, Innensechskant, Innenstern oder dergleichen ausgebildet sein. Es kann sich auch um einen Außenkraftangriff, z. B. Außensechskant, handeln.

Der Schraubenschaft 2 besteht aus einem die Schraubenspitze 4 aufweisenden Gewindeabschnitt 10 und einem sich anschließenden gewindefreien, den Kraftangriff 6 bzw. den Schraubenkopf 8 aufweisenden Schaftabschnitt 12. Der gewindefreie Schaftabschnitt 12 weist eine zylindrische Umfangsfläche mit einem Schaft- Durchmesser DS auf. Der Gewindeabschnitt 10 besteht aus einem Schaftkern 14 und einem gewindeformenden, wie dargestellt bevorzugt eingängigen Gewinde 16 in Form einer schraubenlinienförmig verlaufenden radialen Erhebung. Das Gewinde 16 definiert mit seiner äußeren, zwischen zwei Flanken gebildeten Gewindekante 18 einen äußeren Gewindedurchmesser DG.

Erfindungsgemäß weißt der Gewindeabschnitt 10 in einem von der Schraubenspitze 4 entfernt liegenden Bereich einen Kernabschnitt 20 mit einem polygonalen Kernquerschnitt auf. Wie sich insbesondere aus den Querschnitten in Fig. 2 und 4 ergibt, definiert der polygonale Kernabschnitt 20 mit seinen Ecken 22 einen Hüllkreis 24 mit einem Hüllkreis-Durchmesser DH, der größer als der Schaft-Durchmesser DS des gewindefreien Schaftabschnittes 12, vorzugsweise aber kleiner als der Gewindedurchmesser DG ist. Bevorzugt sollte der Hüllkreis-Durchmesser DH das bis zu 1 ,4- fache, insbesondere das 1 ,1 bis 1 ,2-fache, des Schaft- Durchmessers DS betragen. Beispielsweise betragen bei einer 8mm-Schraube der Gewindedurchmesser DG 8mm und der Schaft-Durchmesser DS etwa 5,6mm. Dabei liegt erfindungsgemäß der Hüllkreis-Durchmesser DH etwa im Bereich von 6,2 mm bis 6,4mm.

Bei der ersten, in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten Ausführungsform verläuft das Gewinde 16 über den gesamten Schaftkern 14 einschließlich des polygonalen Kernabschnittes 20. Dadurch kann der polygonale Kernabschnitt 20 vorzugsweise im schaftseitigen Endbereich des Gewindeabschnittes 10 (am Gewindeauslauf) in direkter

Nachbarschaft zum gewindefreien Schaftabschnitt 12 angeordnet sein. Dennoch wird bei der Herstellung der Schraube 1 im Walz- Verfahren eine exakte Geradlinigkeit erzielt, indem auch der Bereich des polygonalen Kernabschnittes 20 über das durchlaufende Gewinde 16 zwischen zwei Walzbacken exakt geführt, praktisch eingespannt, ist. Das Gewinde 16 verläuft mit seiner äußeren Gewindekante 18 auch über den Bereich des polygonalen Kernabschnittes 20 hinweg - in axialer Projektion gesehen - mit konstantem Radius kreisförmig (vgl. Fig. 2). Abweichend von der in Fig. 1 gezeigten Ausführung kann der polygonale und mit Gewinde 16 versehene Kernabschnitt 20 auch weiter von dem gewindefreien Schaftabschnitt 12 entfernt im Gewindeabschnitt 10 angeordnet sein, wobei dann zwischen den Abschnitten 20 und 12 ein Teil des „normalen" Gewindes mit zylindrischem Schaftkern 14 vorgesehen ist.

In der alternativen Ausgestaltung gemäß Fig. 3 und 4 ist der polygonale Kernabschnitt 20 - das Gewinde 16 unterbrechend - gewindefrei ausgebildet. Hierbei ist zwischen dem polygonalen Kernabschnitt 20 und dem gewindefreien Schaftabschnitt 12 ein Endbereich des Gewindeabschnittes 10 mit vorzugsweise mindestens einem vollständigen Gewindegang vorgesehen. Gemäß Fig. 3 kann es sich auch um mindestens vier vollständige Gewindegänge handeln. Somit liegt axial beidseitig des polygonalen Kernabschnittes 20 ein Teil des Gewindeabschnittes 10, dass auch bei dieser Ausführung beim Gewindewalzen eine exakte Führung gegen Verzug/Verbiegung erreicht wird.

In beiden Ausführungen weist der polygonale Kernabschnitt 20 eine axiale Länge L auf, die etwa der Länge eines Teils des Gewindeabschnittes 10 mit einem bis sechs Gewindegängen entspricht.

Wie sich weiterhin aus Fig. 2 und 4 ergibt, ist der polygonale Kernquerschnitt des Kernabschnittes 20 bevorzugt als Vierkant (Viereck bzw. Quadrat) ausgebildet. Grundsätzlich kann es sich aber beliebig um ein vorzugsweise gleichseitiges Drei- bis Sechseck handeln. Dabei können die Seitenflächen in Abweichung von den Darstellungen schwach konkav oder konvex gewölbt sein. Die Ecken 22 sollten möglichst scharfkantig ausgeführt sein, können aber auch etwas verrundet sein.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist auch die Schraubenspitze 4 einen Kern 26 mit einem polygonalen Kernquerschnitt auf. Dabei verläuft das Gewinde 16 mit seiner äußeren Gewindekante 18 - in axialer Projektion gesehen - über den Bereich

der sich verjüngenden Schraubenspitze 4 hinweg und bis zu einem spitzen Ende 28 mit kontinuierlich abnehmendem Radius spiralförmig über den Kern 26. Weiterhin ist bevorzugt im Anschluss an die Schraubenspitze 4 ein übergangsabschnitt 30 vorgesehen, der einen Kern 32 mit einem über seine axiale Länge hinweg konstanten, ebenfalls polygonalen Kernquerschnitt aufweist. Dieser Kernquerschnitt entspricht insbesondere dem im direkt angrenzenden Bereich des Kerns 26 der Schraubenspitze 4 vorhandenen Kernquerschnitt. Das Gewinde 16 verläuft über den Bereich des Kerns 32 des übergangsabschnittes 30 hinweg mit seiner äußeren Gewindekante 18 - wiederum in axialer Projektion gesehen - analog zu dem übrigen Gewindeabschnitt 10 mit konstantem Radius kreisförmig.

Bei den Kernquerschnitten des Kerns 26 der Schraubenspitze 4 und des Kerns 32 des übergangsabschnittes 30 handelt es sich bevorzugt ebenfalls um ein Quadrat bzw. einen Vierkant oder um ein beliebiges, insbesondere gleichseitiges Drei- bis Sechseck. Der polygonale Kern 32 des übergangsabschnittes 30 definiert mit seinen Ecken einen Hüllkreis, dessen Durchmesser einerseits größer als der Durchmesser des Schaftkerns 14, andererseits aber kleiner als der Hüllkreis-Durchmesser DH des erfindungsgemäßen Kernabschnittes 20 ist.

Durch die beschriebene bevorzugte Ausgestaltung im Bereich der Schraubenspitze 4 wirkt diese als Bohrspitze, die ein zentriertes und leichtes Einschrauben ermöglicht.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.