Eine solche Schraube ist in der DE 33 35 092 AI beschrieben. Sie hat sich in der Praxis sehr gut bewährt, weil ein hohes Lösemoment bei geringem Eindrehmoment erreicht wird. Das Gewinde verläuft bis zum Ende der Schraubenspitze, wobei es ausgehend von der Schraubenspitze mindestens über den ersten sich anschließenden Gewindegang mit den Einbuchtungen und der wellenförmigen Gewindekante ausgeführt ist. Dadurch wirkt die Spitze als eine Art reibendes Werkzeug, wobei die Gewindeformung unmittelbar an der Spitze der Schraube erfolgt, so dass sich ein sicheres Zentrieren und Angreifen im Werkstück unmittelbar beim Ansetzen der Schraube ergibt. Bei dieser bekannten Schraube sind die Einbuchtungen symmetrisch zur Mittellinie der wellenförmigen Gewindekante als symmetrische Paraboloide geformt.

Die EP 0 394 719 B1 beschreibt ebenfalls eine gattungsgemäße gewindeformende Schraube, bei der aber die Einbuchtungen derart asymmetrisch ausgebildet sind, dass ihre in Eindrehrichtung vorderen Flankenflächen steiler verlaufen als die in Eindrehrichtung hinteren Flankenflächen. Dadurch wird eine weitere Minderung des Eindrehmoments bei gleichzeitiger Erhöhung des Lösemoments erreicht. Beim Einschrauben ist der Widerstand durch die flachere Ausführung der in Eindrehrichtung hinteren Parabolteile geringer, wohingegen das Lösen der Schraube aufgrund der steileren Anordnung der in Eindrehrichtung vorne liegenden Parabolflächen erschwert wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Schraube so zu verbessern, dass das Eindrehmoment noch weiter reduziert wird, gleichzeitig aber auch ein hohes Lösemoment gewährleistet ist. Dabei soll die Schraube mit optimierten Eigenschaften einerseits zum Einschrauben in weichere Materialien, wie Holz und dergleichen, insbesondere ohne Vorbohren und somit selbstlochend, bzw. andererseits zum Einschrauben in härtere Materialien, z. B.

Kunststoffe und Metalle, insbesondere in ein Kemloch, konzipiert sein.

Erfindungsgemäß wird dies gemäß dem Anspruch 1 dadurch erreicht, dass der erste Spitzenwinkel zwischen den Flankenuin deren ununterbrochenen Bereichen der Wellenberge etwa im Bereich von 30° bis 35° liegt, und dass der zweite Spitzenwinkel im Bereich der Einbuchtungen und Wellentäler 30° bis maximal 58° beträgt.

Erfindungsgemäß sind somit die Spitzenwinkel gegenüber dem Stand der Technik kleiner, woraus ein schlankeres Gewindeprofil resultiert, so dass das Furchmoment beim Einschrauben günstig beeinflußt wird, indem das Gewinde leichter unter Materialverdrängung, d. h. im Wesentlichen ohne Spanbildung, ein Gegengewinde in dem jeweiligen Material bildet. Dabei sollte eine Winkeldifferenz zwischen dem ersten und zweiten Spitzenwinkel möglichst klein oder sogar Null sein, d. h. auch der zweite Spitzenwinkel im Bereich der Wellentäler und der Einbuchtungen sollte möglichst klein sein, um durch eine schlanke Profilform das Furchmoment klein zu halten. Vorteilhaft ist hierbei auch ein stetiger, praktisch kantenfreier Übergang zwischen den Gewindeflanken und den Einbuchtungen.

Zusätzlich oder aber alternativ dazu ist als weitere erfindungsgemäße Lösung vorgesehen, die Größe der Amplitude der wellenförmigen Gewindekante in Abhängigkeit von verschiedenen Verwendungszwecken der Schraube zu variieren.

Gemäß Anspruch 3 beträgt für eine Verwendung zum Einschrauben in weichere Materialien, wie Holz oder andere Faserstoffe und Verbundwerkstoffe, die Amplitude der wellenförmigen Gewindekante etwa das 0, 2- bis 0, 4-fache der Gewinde-Höhe. Je weicher bzw. nachgiebiger das Material ist, desto größer kann die Amplitude sein (und umgekehrt). Gemäß Anspruch 4 ist für eine Verwendung zum Einschrauben in härtere Materialien, insbesondere Kunststoffe oder Metalle, vorgesehen, dass die Amplitude der Gewindekante etwa das 0,05 bis 0, 15-fache der Gewinde-Höhe beträgt. Je härter und widerstandsfähiger das Material ist, desto kleiner sollte die Amplitude sein (und umgekehrt).

Eine weitere erfindungsgemäße Maßnahme betrifft die radial gemessene Tiefe der Einbuchtungen. Für eine Verwendung zum Einschrauben in weichere Materialien ergibt sich diese Tiefe aus der Gewinde-Höhe multipliziert mit einem Faktor größer/gleich 0,8. Dieser Faktor kann mit Vorteil etwa 0,8 betragen, aber auch gegen 1,0 gehen. Für härtere Materialien beträgt die radiale Tiefe der Einbuchtungen vorzugsweise etwa das 0,2 bis 0, 3-fache der Gewinde-Höhe.

Einen weiteren Einfluß auf die Schraubeneigenschaften hat auch die Anzahl von Wellenbergen und Wellentälem pro Gewindegang, d. h. der Umfangswinkelabstand bzw. Teilungswinkel der Wellenberge. Für eine Verwendung zum Einschrauben in weichere Materialien sollte der Teilungswinkel im Bereich von 30° bis 45 ° liegen, woraus eine Anzahl n von 8 bis 12 Wellenbergen bzw. Wellentälem pro Gewindegang (360°) resultiert. Für eine Verwendung bei härteren Materialien liegt der Teilungswinkel im Bereich von 15° bis 24°, woraus sich eine Anzahl n von 15 bis 24 Wellenbergen bzw.-tälem ergibt.

Insbesondere in Verbindung mit einem oder mehreren der erläuterten Erfindungsmerkmale ist es vorteilhaft, wenn das konkret eingängig ausgeführte Gewinde eine Steigung aufweist, die etwa das 0, 5-fache des äußeren Gewindedurchmessers (Schrauben-Nenndurchmesser) beträgt. Hierdurch wird ein vergrößerter Vorschub zum schnelleren Einschrauben erreicht. Dennoch ist erfindungsgemäß ein hohes Lösemoment zur dauerhaften Verschraubungs- Vorspannung gewährleistet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen und der folgenden Beschreibung enthalten.

Es ist an dieser Stelle zu bemerken, dass alle erfindungsgemäßen Maßnahmen unabhängig voneinander, aber auch in jeder möglichen bzw. sinnvollen Kombination miteinander angewandt werden können.

Anhand von mehreren, in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung genauer erläutert werden. Dabei zeigen : Fig. 1 eine stark vergrößerte, leicht perspektivische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schraube, Fig. 2 einen weiter vergrößerten Querschnitt in der Ebene II-II gemäß Fig. 1, und zwar in einer ersten Ausführungsform zur Verwendung bei weicheren Materialien, Fig. 3 eine Perspektivdarstellung einer Abwicklung des Gewindes, Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt durch das Gewinde im Bereich eines Wellentales in der Ebene IV-IV gemäß Fig. 2, ' ? « Fig. 5 eine Darstellung analog zu Fig. 4 in einer Ausführungsaltemative, Fig. 6 eine Darstellung analog zu Fig. 2 einer weiteren Ausführung für weichere Materialien, Fig. 7 eine dritte Ausführung ebenfalls für weichere Materialien in einer Darstellung analog zu Fig. 2 bzw. 5, jedoch mit asymmetrischen Einbuchtungen, Fig. 8 eine zur Verwendung bei härteren Materialien konzipierte Ausführungsform in einer Darstellung analog zu u. a. Fig. 2 mit symmetrischen Einbuchtungen und Fig. 9 eine Ausführung analog zu Fig. 8, jedoch mit asymmetrischen Einbuchtungen.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal beschrieben.

Wie sich zunächst aus Fig. 1 ergibt, besteht eine erfindungsgemäße Schraube 1 aus einem Gewindeschaft 2 mit einem einendigen Kraftangriff 4 zur Drehmomentübertragung und einer gegenüberliegenden Schraubenspitze 6. Im dargestellten Beispiel ist der Kraftangriff 4 in Form einer Vertiefung als Innenkraftangriff - hier rein beispielhaft als Kreuzschlitz-in einem als Senkkopf ausgebildeten Schraubenkopf 8 ausgebildet. Der Gewindeschaft 2 besteht aus einem vorzugsweise zylindrischen Schaftkem 10 mit einem Kemdurchmesser d (siehe auch Fig. 2) und einem selbst-gewindeformenden, insbesondere eingängigen Gewinde 12 mit einem äußeren Gewindedurchmesser (Schrauben-Nenndurchmesser) D (Fig. 1 und 2), wobei dieses Gewinde 12 als eine (nur eine) schraubenlinienförmig zumindest über einen Teil des Schaftkems 10 und über die Schraubenspitze 6 verlaufende Erhebung ausgebildet ist, die von zwei in einer äußeren Gewindekante 14 zusammenlaufenden, vorzugsweise in radialer Richtung jeweils etwa geradlinig verlaufenden Flanken 15, 16 begrenzt ist. Das Gewinde 12 verläuft hierbei jedenfalls bis zum vorderen, spitzen Ende 18 der Schraubenspitze 6. Im dargestellten Beispiel verläuft es über den gesamten Schaftkem 10 hinweg nahezu bis zum Schraubenkopf 8 (sogenanntes Vollgewinde). Die Schraube 1 kann aber auch mit Teilgewinde, d. h. mit einem gewindefreien Schaftabschnitt im Anschluß an den Schraubenkopf 8 ausgebildet sein.

Üblicherweise ist das Gewinde 12 als Rechtsgewinde ausgebildet, so dass eine Einschraubrichtung (Pfeile E) dem Uhrzeigersinn entspricht. Die entgegengesetzte Ausschraubrichtung ist mit Pfeilen A eingezeichnet. Im Bereich der Schraubenspitze 6 verjüngt sich der Kem 10 etwa konisch vom Kerndurchmesser d bis zum spitzen Ende 18.

Wie sich aus den Figuren 2 bis 9 ergibt, verläuft die äußere Gewindekante 14- zumindest in einem Teilbereich des Gewindes 12-in radialer Richtung mit einer bestimmten Amplitude U wellenförmig zwischen Wellenbergen 20 und Wellentälem 22.

Im Bereich der Wellenberge 20 weist das Gewinde 12 eine radial zwischen dem Schaftkern 10 und der Gewindekante 14 gemessene Höhe H auf. Diese Höhe H ist im Bereich der Wellentäler 22 um die Amplitude U auf eine Höhe h reduziert. Daraus folgt : U = H-h. Das Gewinde 12 weist zumindest im Bereich einer der Flanken 15,16, und zwar insbesondere zumindest im Bereich der der Schraubenspitze 6 bzw. 18 zugekehrten Flanke 16, im Bereich der Wellentäler 22 der Gewindekante 14 Einbuchtungen 24 auf, die die Oberfläche der jeweiligen Flanke 15,16 unterbrechen, und deren äußere radiale Begrenzung die Gewindekante 14 ist. Diese Einbuchtungen 24 weisen Oberflächen auf, die in radialen Richtungen geradlinig (Fig. 3,4) oder konkav (siehe Fig. 5) sowie in Umfangs-bzw. Drehrichtung der Schraube konkav gewölbt verlaufen. Insbesondere den Fig. 3 bis 5 ist weiterhin zu entnehmen, dass das Gewinde 12 in den nicht von Einbuchtungen 24 unterbrochenen Bereichen der Wellenberge 20 der Gewindekante 14 jeweils einen bestimmten, zwischen den in radialer Richtung im Wesentlichen geradlinig verlaufenden Flanken 15,16 gebildeten, ersten Spitzenwinkel a und in den tiefsten Bereichen der Wellentäler 22 der Gewindekante 14 im Bereich der Einbuchtungen 24 einen zweiten Spitzenwinkel a' aufweist.

Erfindungsgemäß liegt der erste Spitzenwinkel a zwischen den ununterbrochenen Flanken 15,16 etwa im Bereich von 30° bis 35°. Dabei beträgt der zweite Spitzenwinkel a'im Bereich der Einbuchtungen 24 30° bis maximal 58°.

Bei einer ersten Ausführungsart gemäß Fig. 3 und 4 verlaufen die Oberflächen der Einbuchtungen 24 in radialer Richtung gesehen im Wesentlichen geradlinig. Daraus ergibt sich, dass der. 4zweite Spitzenwinkel a'jedenfalls größer als der erstem Spitzenwinkel a ist ; der zweite Spitzenwinkel a'sollte dann etwa 35° bis maximal 58° betragen, dabei aber im Interesse eines geringen Furchmomentes möglichst klein sein.

Bei der vorteilhaften Ausführungsart nach Fig. 5 sind die Oberflächen der Einbuchtungen 24 auch in radialer Richtung jeweils zumindest über einen Teil ihrer radialen Erstreckung konkav gekrümmt, was beispielhaft mit einem Krümmungsradius R angedeutet ist. Es muss sich aber nicht um eine Kreisbogenkrümmung handeln, sondern es sind beliebige, z. B. parabelförmige Kurvenformen möglich. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass der sich an der Gewindekante 14 im Wellental 22 effektiv zwischen angelegten Tangenten ergebende zweite Spitzenwinkel a'durch geeignete Krümmungsform noch deutlich reduziert werden kann. Gemäß Fig. 5 sind a und a'etwa gleich groß ; sie können beispielsweise beide im Bereich von etwa 30° bis 35° liegen.

Ein weiterer erfindungsgemäßer Aspekt ist die Größe der Amplitude U der wellenförmigen Gewindekante 14. Für eine Auslegung der Schraube 1 für eine Verwendung zum Einschrauben in weichere Materialien, wie Holz oder dergleichen, sollte die Amplitude U etwa das 0, 2- bis 0, 4- fache der Gewinde-Höhe H betragen.

Mathematisch kann dies durch die Beziehung U = Y-H ausgedrückt werden mit Y = 0,2 bis 0,4. Hierzu wird auf die in Fig. 2 bis 7 veranschaulichten Ausführungen verwiesen.

Dem gegenüber beträgt die Amplitude U für eine Verwendung der Schraube 1 zum Einschrauben in härtere und widerstandsfähigere Materialien, insbesondere Kunststoffe oder Metalle, etwa das 0, 05- bis 0, 15- fache der Höhe H, d. h. in der genannten Beziehung U = Y-H beträgt Y = 0,05 bis 0,15. Dazu wird auf die Ausführungen gemäß Fig. 8 und 9 verwiesen.

Wie sich weiter aus den Zeichnungsfiguren, insbesondere Fig. 2 bis 5 ergibt, weisen die Einbuchtungen 24 jeweils eine ausgehend von dem von den Wellenbergen 20 der Gewindekante 14 bestimmten Gewinde-Durchmesser D in radialer Richtung nach innen gemessene Tiefe Z auf, die jedenfalls zumindest geringfügig kleiner als die Höhe H des Gewindes 12 ist. Dadurch weist das Gewinde 12 in dem Bereich seines Gewindefusses überfeine bestimmte Höhe H-Z hinweg ununterbrochene Flanken t1E, 16 auf.

Gemäß einem weiteren Erfindungsaspekt wird diese Tiefe Z der Einbuchtungen 24 ebenfalls in Anpassung an die Verwendung der Schraube 1 ausgelegt. Für weichere Materialien soll die Tiefe Z der Einbuchtungen 24 mindestens das 0, 8- fache der Gewinde-Höhe H betragen ; es gilt Z = X H mit X > 0,8. Dabei kann auch Z gegen H gehen, vgl. die Ausführungen gemäß Fig. 6 und 7.

Bei Ausführungen für härtere Materialien, vergleiche Fig. 8 und 9, beträgt in der genannten Beziehung Z=X-H der Faktor X etwa 0,2 bis 0,3.

Noch ein weiterer Erfindungsaspekt bezieht sich auf die Anzahl von Wellenbergen 20 bzw. Wellentälern 22 pro Gewindegang von 360°. Die Wellenberge 20 (entsprechend natürlich auch die Wellentäler 22) sind in Umfangsrichtung jeweils um einen Teilungswinkel 5 voneinander beabstandet. Hierbei ist nun erfindungsgemäß vorgesehen, dass für eine Verwendung für weichere Materialien der Teilungswinkel 5 im Bereich von 30° bis 45° liegt. Nach der Beziehung n = 360°/5 ergibt sich für die Anzahl von Wellenbergen bzw. Wellentälern n = 8 bis 12 für weichere Materialien. Für eine Auslegung der Schraube 1 zur Verwendung bei härteren Materialien liegt der Teilungswinkel 5 im Bereich von 15° bis 24°, so dass eine Anzahl n von 15 bis 24 Wellenbergen 20 bzw. Wellentälern 22 pro Gewindegang vorhanden ist.

Die Einbuchtungen 24 sind jeweils durch eine Grenzlinie 26 von der angrenzenden Fläche der jeweiligen Flanke 15,16 abgegrenzt. Dabei hat diese Grenzlinie 26 im Wesentlichen die Form einer Parabel mit seitlichen, etwa V-förmigen Grenzabschnitten 28. Durch diese Kontur ist im Bereich der Wellenberge 20 jeweils zwischen zwei benachbarten Einbuchtungen 24 ein Gewindeabschnitt 30 mit vollständigen Flanken 15,16 gebildet. Die beidseitig eines jede solchen vollständigen Gewindeabschnittes 30 liegenden Grenzabschnitte 28 der benachbarten Einbuchtungen 24 schließen hierbei einen Winkel Y ein, der im Bereich von 30° bis 90° liegen sollte, wobei die Grenzabschnitte 28 im Bereich jedes Wellenberges 20 über eine Verrundung mit einem Radius r = (0,1 bis 0,3) * H ineinander übergehen.

Bei den Ausführungen gemäß Fig. 2,6 und 8 sind die Einbuchtungen jeweils derart symmetrisch ausgebildet, dass ihre seitlichen Grenzabschnitte 28 in Eindrehrichtung E tfiß und Ausdrehrichtung A der Schraube jeweils im gleichen Winkel zu einer radialen Achse 31 der Einbuchtung 24 verlaufen.

Dem gegenüber ist bei den Ausführungen gemäß Fig. 7 und 9 vorgesehen, dass jede Einbuchtung derart asymmetrisch ausgebildet ist, dass die in Eindrehrichtung E vordere Grenzlinie 28 steiler als die hintere Grenzlinie 28 verläuft, wobei eine Achse 32 der Einbuchtung 24 zu einer radialen Mittellinie 34 des Wellentales 22 der Gewindekante 14 um einen spitzen Winkel ß in Eindrehrichtung E versetzt ist (siehe dazu den in Fig. 7 und 9 jeweils eingezeichneten Pfeil 35). Der Winkel ß sollte etwa im Bereich von 10° bis 25° liegen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schraube 1 ist das gemäß Fig. 1 bis zum Ende 18 der Schraubenspitze 6 verlaufende Gewinde 12 ausgehend vom Ende 18 und über die Schraubenspitze 6 hinweg sowie mindestens über den ersten sich im Bereich des zylindrischen Kems 10 anschließenden Gewindegang mit den Einbuchtungen 24 und der wellenförmigen Gewindekante 14 ausgeführt. Weiterhin sind bevorzugt auf beiden Flanken 15 und 16 des Gewindes 12 einander axial gegenüberliegend die Einbuchtungen 24 ausgebildet. Im Bereich der Schraubenspitze 6 zu deren Ende 18 hin kann der Abstand der Einbuchtungen 24 bzw. der vollständigen Gewindeabschnitte 30 sukzessive immer kleiner werden.

Wie sich noch aus Fig. 1 ergibt, ist das Gewinde 12 bevorzugt als konkret eingängiges Gewinde mit einer Steigung S ausgeführt, die aufgrund der erfindungsgemäßen Merkmale mit mindestens etwa dem 0,5-fachen des Gewinde-Durchmessers D relativ groß sein kann. Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Schraubenspitze 6 als "vorlochende Spitze"ausgebildet ist. Dies wird in gewissem Umfang bereits allein durch die beschriebene Ausgestaltung des bis zum spitzen Ende 18 verlaufenden Gewindes 12 erreicht, da hierdurch die Spitze 6 bei Rotation als eine Art reibendes Werkzeug wirkt. Zusätzlich kann der Kem der Spitze 6 beispielsweise nicht dargestellte, z. B. axiale, rippenförmige Fräselemente (Fräsrippen) aufweisen.

Abschließend sei bemerkt, dass sich in der Praxis insbesondere fertigungsbedingte Abweichungen von den hier beschriebenen und dargestellten, idealen Ausgestaltungsmerkmalen ergeben können. Dies gilt vor allem für den Verlauf der Gewindekante 14 und/oder der Grenzlinien 26, der von der sinusartigen Darstellung abweichend auch z. B. mit etwa geradlinigen Abschnitten im Bereich der Wellentäler und/oder mit unregelmäßigem Verlauf entstehen kann. Ferner kann die Gewindekante 14 anstatt mit einer scharfen, messerschneidenartigen Spitze zwischen Flanken auch mit einer schmalen Fläche oder mit einem kleinen Krümmungsradius gebildet sein.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungen beschränkt, sondem umfaßt auch alle im Sinne der jeweiligen Erfindung gleichwirkenden Ausführungen.