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Die
Erfindung betrifft eine Schraube mit einem mit Gewinde versehenen
Schaft und mit einem Schraubenkopf. Dabei ist der Begriff „Schraube" so zu verstehen,
das hierunter auch Gewindespindeln fallen, die eine Gewindestange
beträchtlicher
Länge haben.
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Es
gibt viele Anwendungsfälle,
bei denen eine Schraube genau mit einem vorbestimmten Drehmoment
angezogen werden muss. Ein typisches Beispiel hierfür ist eine
Mehrsparteneinführung von
Kabeln und Rohren in ein Gebäude,
bei der sichergestellt werden muss, das kein Wasser durch die Kernlochbohrung
der Wand ins Innere des Gebäudes gelangen
kann. Hierzu können
verschiedene Ringdichtungen um die Kernlochbohrung und/oder um Schutzrohre,
durch die die Kabel und Rohre verlaufen, angeordnet werden, die
durch Anziehen von Schrauben und/oder Gewindespindeln zusammengepresst
werden. Wenn das von den Schrauben aufgebrachte Drehmoment zu groß ist, können die
Ringdichtungen beschädigt
werden. Wird das vorgegebene Drehmoment unterschritten, wird hingegen
die angestrebte Wasserdichtigkeit nicht erreicht.
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Es
sind bereits Schrauben bekannt, an deren Schaft ein Schraubenkopf
aus Kunststoff angespritzt ist, der bei Erreichen eines maximalen
Drehmoments abreißt.
Das Anspritzen des Kunststoffschraubenkopfs ist vor allem dann mit
erheblichen Werkzeugkosten verbunden, wenn der Schaft der Schraube eine
beträchtliche
Länge hat,
wie dies zum Beispiel bei einer Gewindespindel der Fall ist.
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Es
ist auch bekannt, auf den einstückig
an dem Gewindeschaft angeformten Schraubenkopf eine Sollbruchkappe
aus Kunststoff aufzusetzen, die nur ein vorgegebenes maximales Drehmoment
auf die Schraube aufbringen kann. Da aber die Festigkeit des Kunststoffs
Schwankungen unterworfen ist, lässt sich
hierdurch nicht das gewünschte
maximale Drehmoment mit der erforderlichen Genauigkeit vorgeben.
Außerdem
kann die Kunststoffkappe, die auf den Schraubenkopf aufgesetzt ist,
beim Aufbringen des Drehmoments von dem Schraubenkopf abspringen
und dabei unbrauchbar werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraube
anzugeben, bei der sich das maximal aufbringbare Drehmoment mit
großer Genauigkeit
festlegen läßt und die
auch bei größerer Länge ihres
Schaftes verhältnismäßig billig
herstellbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung sieht vor, das der Schraubenkopf durch eine Kappe gebildet
ist, die durch eine umlaufende Nut in einen Schraubenkopfabschnitt, der
durch Befestigungsmittel mit dem Schaft verbunden ist, und einen
Sollbruchabschnitt unterteilt ist. Das heißt, das der Schaft und die
Kappe in einem Ausgangszustand zunächst zwei getrennte Bauteile sind,
die durch Befestigungsmittel miteinander verbunden werden. Dabei
besteht die Kappe ebenso wie der Schaft bevorzugt aus Metall, vorzugsweise
aus Stahl.
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Die
am Boden der umlaufenden Nut verbleibende Wanddicke der Kappe legt
zuverlässig
das maximal aufbringbare Drehmoment fest, bei dessen Überschreiten
der Sollbruchabschnitt abreißt.
Somit ist bei der erfindungsgemäßen Schraube
ein bestimmtes maximales Drehmoment und damit eine bestimmte Anpresskraft
gewährleistet,
wenn die Schraube an ihrem Sollbruchabschnitt so fest angezogen
wird, daß dieser
Sollbruchabschnitt abreißt.
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In
weiteren Einzelheiten wird vorgeschlagen, das der Sollbruchabschnitt
den Schaft überragt,
wobei die umlaufende Nut im wesentlichen auf der Höhe der zugehörigen Stirnfläche des
Schaftes verlaufen kann.
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Weiter
wird vorgeschlagen, das der Schraubenkopfabschnitt und der Sollbruchabschnitt
dieselbe Außenkontur
haben. In einer bevorzugten Ausführungsform
hat diese Außenkontur
die Form eines Sechsecks.
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Dieselbe
Außenkontur
der beiden Abschnitte der Kappe ermöglicht es, daß nach dem
Abreißen des
Sollbruchabschnitts die Schraube bei Bedarf mit demselben Werkzeug
gelöst
und grundsätzlich
auch wieder angezogen werden kann, wobei bei letzterem allerdings
kein genaues Drehmoment mehr aufbringbar ist.
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Weiter
wird vorgeschlagen, das der Schraubenkopfabschnitt eine Innenkontur
hat, die wenigstens über
einen axialen Bereich mit der Außenkontur des Schaftes übereinstimmt.
Im Bereich der Sollbruchnut sollte jedoch ein Spalt zwischen dem Schraubenkopfabschnitt
und dem Schaft verbleiben, um die Abreißfestigkeit der Kappe nicht
zu beeinflussen.
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Nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung hat der Schraubenkopfabschnitt
eine kreiszylindrische Innenkontur mit einem Durchmesser, der im wesentlichen
mit dem Außendurchmesser
des kreiszylindrischen Schaftes übereinstimmt.
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Es
kann aber auch vorgesehen sein, das die Innenkontur des Schraubenkopfabschnitts
und die Außenkontur
des Schaftes in dessen Kontaktbereich mit dem Schraubenkopfabschnitt
keine kreiszylindrische Form haben. Dabei kann beispielsweise eine quadratische
Querschnittsform vorgesehen sein, oder eine Kreiszylinderform kann
an einer oder beispielsweise zwei Seiten abgeflacht sein, so daß der Schraubenkopfabschnitt
und der Schaft nicht gegeneinander drehbar sind.
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Mit
großem
Vorteil ist vorgesehen, das der Schraubenkopfabschnitt wenigstens
eine durch seine Wand hindurchgehende Aussparung aufweißt, in die
das Befestigungsmittel eingebracht ist, durch das der Schraubenkopfabschnitt
fest mit dem Schaft verbunden ist. Bei der wenigstens einen Aussparung kann
es sich um wenigstens eine eingefräste Kerbe handeln, die vorzugsweise
eine V-Querschnittsform hat.
Es kann auch wenigstens eine Durchgangsbohrung durch den Schraubenkopfabschnitt
gebohrt sein. Weitere Formen von Aussparungen, die durch die Wand
des Schraubenkopfabschnitts hindurchgehen und einen kleinen Bereich
des Schaftes freilegen, liegen im Rahmen der Erfindung.
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Wenn – wie dies
bevorzugt ist – der
Schaft und die Kappe aus einem schweißbaren Material wie Stahl bestehen,
ist bevorzugt, daß das
Befestigungsmittel eine Schweißnaht
oder ein Schweißpunkt (oder
mehrere Schweißnähte oder
mehrere Schweißpunkte)
ist. Hierdurch kann eine sehr stabile Verbindung zwischen der Kappe
und dem Schaft geschaffen werden, so daß das aufgebrachte Drehmoment
sicher von dem Schraubenkopfabschnitt auf den Schaft übertragen
wird, auch wenn diese beiden Teile eine kreiszylindrische Innenkontur
haben (und damit ohne Befestigungsmittel relativ zueinander drehbar
sind).
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Es
kommen aber auch andere Befestigungsmittel wie beispielsweise Klebemittel
in betracht, was insbesondere dann zur Verbindung zwischen dem Schraubenkopfabschnitt
und dem Schaft ausreicht, wenn das aufgebrachte Drehmoment nicht
durch diese Mittel übertragen
wird, weil die Innenkontur des Schraubenkopfabschnitts und die Außenkontur
des Schaftes keine kreiszylindrische Form haben. In diesem Fall
ist nur eine Befestigung gegen axiale Verschiebung der beiden Teile
erforderlich.
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Dadurch,
das die wenigstens eine Aussparung in der Wand des Schraubenkopfabschnitts
von der freien Randkante des Schraubenkopfabschnitts beabstandet
ist, wie dies mit großem
Vorteil vorgeschlagen wird, ist gewährleistet, das diese freie Randkante
durch das Befestigungsmittel, beispielsweise die Schweißnaht nicht
in der Weise beeinträchtigt
wird, das diese untere Randkante Unebenheiten aufweißt. Dies
ist im Hinblick darauf, das ein bestimmtes Drehmoment aufgebracht
und ein genau vorgegebener Anpressdruck hervorgerufen werden soll,
von der großer
Wichtigkeit.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
sowie anhand der Zeichnung.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Gewindespindel;
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2 eine
Darstellung gemäß 1,
bei der die Metall-Sollbruchkappe geschnitten gezeigt ist;
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3 eine
Seitenansicht der Metall-Sollbruchkappe in Einzeldarstellung;
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4 einen
Längsschnitt
durch die Metall-Sollbruchkappe der 3:
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5 eine
Aufsicht auf die Sollbruchkappe der 3 und
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6 eine
perspektivische Ansicht der Metall-Sollbruchkappe
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Die
in den 1 und 2 dargestellte erfindungsgemäße Gewindespindel
besteht aus einer Gewindestange 1 und einer Sollbruchkappe 2,
die ebenso wie die Gewindestange 1 aus Stahl besteht.
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Die
Sollbruchkappe 2 ist durch eine umlaufende Nut 3 in
einen Sollbruchabschnitt 4, der die Gewindestange 1 überragt,
und einen Schraubenkopfabschnitt 5 unterteilt, der durch
Befestigungsmittel 6 an der Gewindestange 1 befestigt
ist.
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Hierzu
ist – wie
besonders deutlich die 2 und 6 zeigen – in den
Schraubenkopfabschnitt 5 im Abstand zu dessen freier Randkante 7 eine
V-förmige
Kerbe 8 eingefräst,
die durch die Wand des Schraubenkopfabschnitts 5 hindurchgeht
und einen kleinen Bereich der angrenzenden Gewindestange 1 nach
außen
freilegt.
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Im
Bereich der Kerbe 6 ist die Sollbruchkappe 2 mit
der Gewindestange 1 verschweißt, so daß die auf den Sollbruchabschnitt 4 oder
auf den Schraubenkopfabschnitt 5 aufgebrachten Kräfte auf die
Gewindestange 1 übertragen
werden.
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Die
in die Kerbe 8 eingebrachte Schweißraupe ist zweckmäßigerweise
gegenüber
der angrenzenden Außenkontur
des Schraubenkopfabschnitts 5 nach innen zurückversetzt,
so daß an
dieser Stelle keine Nachbearbeitung erfolgen muss.
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Die
Randkante 7 des Schraubenkopfabschnitts 5 wird
durch diese Art einer kraftschlüssigen Verbindung
nicht beeinträchtigt
und behält
ihre glatte Stirnfläche.
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Die
Sollbruchkappe 2 hat an ihrem Sollbruchabschnitt 4 und
dem Schraubenkopfabschnitt 5 eine übereinstimmende Außenkontur
in Form eines Sechsecks, wie 5 deutlich
zeigt. Die Innenkontur hat eine kreiszylindrische Form, deren Innendurchmesser
sich an einer Schulter 9 im Bereich des Schraubenkopfabschnitts 5,
im Abstand von der Nut 3, etwas verkleinert. Hierdurch
wird erreicht, das die Sollbruchkappe 2 auch im Abstand
von der Sollbruchnut 3 keinen Kontakt mit der Gewindestange 1 hat,
wodurch anderenfalls die Genauigkeit der Solibruchkraft beeinträchtigt sein
könnte.
Unterhalb der Schulter 9 liegt die Gewindestange 1 an
dem Schraubenkopfabschnitt 5 an. Die obere Stirnfläche 10 der Gewindestange 1 liegt
auf derselben Höhe
wie die Nut 3.