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Die Erfindung betrifft eine Schraube mit einer an dem einen Ende des Schraubenschafts angeordneten Schraubenspitze, die die Form eines Kegels aufweist.
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Es ist bereits eine Schraube zur Verwendung bei verformbaren Werkstoffen wie Holz, Verbundwerkstoffen, Kunststoff oder dergleichen bekannt. Diese Schraube hat eine Schraubenspitze, die in Längsrichtung der Schraube als Teilstück, insbesondere als Hälfte eines Kegels, ausgebildet ist. Die Kegelspitze liegt in der Längsachse des Schraubenschafts. Damit soll der Widerstand beim Eindrehen der Schraube und die Gefahr eines Sprengens des Bauteils verringert werden (
EP 1820978 ,
EP 1903224 A2 ). Die Ausnehmung wird spanabhebend hergestellt. Das Gewinde setzt sich bis in die Schraubenspitze fort.
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Es gibt Anwendungsfälle, in denen eine Vollgewindeschraube oder eine sonstige Schraube schräg in ein Werkstück eingeschraubt werden muss. Dies kann beispielsweise bei der Verbindung von Holzbalken erforderlich sein. Dort sind Winkel von 45° gegenüber der Oberfläche üblich. Bei bisherigen Vollgewindeschrauben wird zum Teil so vorgegangen, dass die Schraube zunächst rechtwinklig angesetzt wird und nach dem Eingreifen in die Oberfläche dann in den gewünschten Winkel verschwenkt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schraube und ein Verfahren zu ihrer Herstellung zu schaffen, die sich insbesondere dafür eignet, in Holz oder sonstige verformbare Werkstoffe schräg eingeschraubt zu werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Schraube mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und/oder eine Schraube mit den Merkmalen des Anspruchs 2 und/oder ein Verfahren mit den Merkmalen des Verfahrensanspruchs vor.
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Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass eine Schraube mit einer derartigen seitlichen Abflachung, die bis zu der Kegelspitze der Schraubenspitze reicht, für das Einschrauben unter einem von einem rechten Winkel abweichenden Winkel besonders gut eignet. Solche Anwendungsfälle gibt es häufig, wenn nämlich mehrere Konstruktionselemente, beispielsweise Holzbalken, durch eine schräg verlaufende Schraube miteinander verbunden werden sollen.
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Auch eine Schraube mit einer exzentrisch angesetzten Kegelspitze der Schraubenspitze hat diese Eigenschaften.
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Es ist auf diese Weise mithilfe dieser Schraube nicht mehr erforderlich, zunächst die Schraube senkrecht anzusetzen und erst anschließend in den gewünschten Winkel zu verschwenken. Die Schraube kann stattdessen gleich in der korrekten schrägen Position angesetzt werden.
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Während die im Stand der Technik bekannte Schraube spanabhebend mit einer Ausnehmung versehen wird, schlägt die Erfindung vor, die spezielle Form der Schraubenspitze, nämlich einen nur teilweise ausgebildeten Kegel, durch Kneifen zwischen mindestens zwei Kneifbacken herzustellen, also durch eine Verformung des Materials und nicht durch einen spanabhebenden Vorgang. Dies verringert den Herstellungsaufwand und führt auch zu einer geeigneten Form der Ausnehmung.
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In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Abflachung an der Seite der Kegelspitze schräg gegenüber einer in der Längsachse des Schraubenschafts liegenden Ebene verläuft.
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In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die seitliche Abflachung der Schraubenspitze über einen Krümmungsradius oder einer gekrümmten Form innerhalb des Schraubenschafts in die Außenseite des Schraubenschafts übergeht. Es gibt also keine scharfe Begrenzung der durch die Abflachung begrenzten Ausnehmung an der Seite der Kegelspitze. Die Ausnehmung setzt sich in den Schraubenschaft fort.
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Während bei üblichen Schrauben in vielen Fällen das Gewinde sich bis in die kegelförmige Schraubenspitze fortsetzt, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Schraubenspitze frei von einem Gewinde ist. Das Gewinde endet also am Übergang zwischen dem Schraubenschaft und der Schraubenspitze.
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In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Abflachung leicht gekrümmt, insbesondere konkav gekrümmt, verläuft.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Spitzenwinkel der Schraubenspitze, also der Kegelwinkel, im Bereich von etwa 50° bis etwa 70°, vorzugsweise bei etwa 60° liegt.
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Die Erfindung schlägt ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Schraube vor. Ausgehend von einem Drahtstift wird an einem Ende des Kontaktstifts ein Kopf geformt, beispielsweise durch Aufstauchen. Dieser Kopf kann auch eine Schraubenantriebsvertiefung aufweisen. Auch eine Außenform des Schraubenkopfs zur Verbindung mit einem Einschraubwerkzeug ist möglich. An dem anderen Ende wird die Schraubenspitze geformt. Die Schraubenspitze erhält die Form eines Teilkegels, insbesondere eines Kreiskegels mit einer seitlichen Abflachung, die in einer Ebene liegt. Erst nach Herstellen der Schraubenspitze wird auf den Schraubenschaft ein Gewinde gewalzt.
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In Weiterbildung der Erfindung wird zur Bildung der Kegelspitze das freie Ende des Drahtstifts zwischen zwei Kneifbacken gebracht und die beiden Kneifbacken aufeinander zu bewegt, um auf diese Weise die Kegelspitze mit der seitlichen Abflachung zu formen. Die eine der beiden Kneifbacken weist dabei eine Ausnehmung auf, die der Form des Teilkegels entspricht, während die andere Kneifbacken eine ebene Gegenfläche aufweist. Diese Gegenfläche kann auch konkav oder konvex ausgebildet sein.
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Beim Herstellen der Schraubenspitze durch Kneifen wird dafür gesorgt, dass die durch die Abflachung begrenzte Ausnehmung sich bis in den Schraubenschaft hinein fortsetzt und dort in die Außenseite des Schraubenschafts übergeht.
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Dadurch wird erreicht, dass beim Walzen des Gewindes die Schraubenspitze seitlich in Richtung auf die Ausnehmung nachgibt, so dass die eigentliche Kegelspitze gegenüber der Längsachse der Schraube seitlich versetzt angeordnet wird.
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Erfindungsgemäß kann die Anbringung der Abflachung so geschehen, dass die Ebene, in der die Abflachung liegt, gegenüber einer in der Längsachse der Schraube liegenden Ebene einen Abstand aufweist.
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Die Erfindung schlägt ebenfalls die Verwendung einer Schraube, wie sie hierin beschrieben wird, zum schrägen Verschrauben in Werkstücke vor.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Zusammenfassung, deren beider Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:
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1 die Seitenansicht einer Schraube nach der Erfindung;
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2 in vergrößertem Maßstab das vordere Ende der Schraube der 1;
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3 die Seitenansicht eines Rohlings zur Herstellung der Schraube vor dem Aufwalzen des Gewindes;
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4 in vergrößertem Maßstab das vordere Ende des Rohlings der 3;
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5 den Rohling nach dem Herstellen der Schraubenspitze mit den Kneifbacken;
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6 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch die zusammengesetzten Kneifbacken;
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7 eine Ansicht der Kneifbacken von oben in 5 und 6;
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8 perspektivisch den Rohling mit den Kneifbacken nach Formen der Schraubenspitze;
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9 eine der 5 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform;
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10 eine der 6 entsprechende Darstellung der zweiten Ausführungsform;
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11 eine der 7 entsprechende Darstellung der zweiten Ausführungsform;
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12 die der 8 entsprechende Darstellung der zweiten Ausführungsform.
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Die in 1 in Seitenansicht dargestellte Schraube enthält einen Schraubenschaft 1 mit einem Schraubengewinde 2. An dem einen in 1 oberen Ende ist ein Schraubenkopf 3 angeformt, beispielsweise durch Aufstauchen eines Drahtstifts, aus dem die Schraube hergestellt wird. Das Schraubengewinde 2 erstreckt sich im dargestellten Fall über die gesamte Länge des Schraubenschafts 1. An dem dem Schraubenkopf 3 gegenüberliegenden Ende der Schraube ist eine Schraubenspitze 4 ausgebildet, die durch Verformen des Drahtstifts hergestellt ist. Die Schraubenspitze 4 enthält die Form eines Kegels mit einer seitlichen Ausnehmung. Die Kegelspitze weist einen Kegelwinkel von angenähert 60° auf.
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Einzelheiten dieser Schraubenspitze 4 gehen aus der 2 hervor, die eine vergrößerte Darstellung des vorderen Endes der Schraube der 1 enthält. Der zylindrische Schraubenschaft 1 endet in einer Ebene 5, an die sich die Schraubenspitze 4 anschließt. Das Gewinde 2 der Schraube endet ebenfalls in dieser Ebene 5. Die Gewindehöhe nimmt gegen Ende des Gewindes 2 ab.
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In dem vorderen Ende der Schraube ist eine Ausnehmung 6 gebildet, die von einer Abflachung 7 begrenzt wird. Die Abflachung 7 der Schraube reicht bis in die Kegelspitze 8. Aus der in 2 zu sehenden Seitenansicht verläuft die Abflachung 7 innerhalb der Schraubenspitze geradlinig, so dass die Abflachung 7 innerhalb der Schraubenspitze 4 in einer Ebene liegt. Diese Ebene schließt mit einer in der Schraubenlängsachse liegenden Ebene einen Winkel von etwa 5 bis 10° ein. Die Kegelspitze 8 ist gegenüber der Längsachse der Schraube, die in der 2 angedeutet ist, seitlich versetzt, und zwar in Richtung auf die Ausnehmung 6.
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Die Abflachung 7 innerhalb der Schraubenspitze 4 geht dann über eine geschwungene Begrenzungsfläche 9 in die Außenseite 10 des Schraubenschafts 1 über. Damit reicht die Ausnehmung 6 über die Schraubenspitze 4 hinaus auch in den Schaft 1. Die Längserstreckung der Ausnehmung 6 innerhalb des Schraubenschafts ist etwa gleich groß wie die axiale Erstreckung der Schraubenspitze 4.
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Diese Schraube eignet sich insbesondere für ein Verschrauben unter einem spitzen Winkel gegenüber der Oberfläche eines Werkstücks.
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Die Kante zwischen der Oberfläche der Kegelspitze 4 und der Abflachung 7 bildet eine Schneidkante, die in eine Seitenansicht aus einer Richtung quer zu der Ansicht der 2 schräg verläuft. Innerhalb des Schraubenschafts 1 bildet die Kante zwischen der Oberfläche 10 des Schraubenschafts 1 und der Ausnehmung 6 ebenfalls eine Schneidkante.
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Zur Erläuterung der Herstellung einer solchen Schraube wird nun auf die folgenden Figuren Bezug genommen. Die 3 zeigt einen Rohling zur Herstellung der Schraube, der schon mit einem Schraubenkopf 3 und einer Schraubenspitze 4 versehen worden ist, der aber noch kein Gewinde aufweist. Das Gewinde wird also erst nach dem Herstellen der Schraubenspitze 4 aufgewalzt.
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Die 4 zeigt in vergrößertem Maßstab das vordere Ende des Schraubenrohlings. Die spätere Schraubenspitze 4 weist eine ebene Abflachung 7 auf, die die Ausnehmung 6 innerhalb der kegelförmigen Schraubenspitze 4 begrenzt. Die Abflachung 7 verläuft parallel zu einer in der Längsachse des Rohlings liegenden Ebene. Diese Ebene weist von der Längsachse des Schraubenrohlings einen Abstand auf. Dadurch ist die Kegelspitze 8 innerhalb eines kurzen Abstands noch als Vollkegel ausgebildet. Die Teilkegelform entsteht also in einem bestimmten Abstand von der Kegelspitze 8.
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Die 5, auf die jetzt Bezug genommen wird, zeigt den Rohling zur Herstellung der Schraube unmittelbar nach seiner Formung in Verbindung mit zwei Kneifbacken 10, 11. Auch hier ist der die Schraubenspitze 4 betreffende Bereich vergrößert dargestellt, und zwar in 6. Die 6 zeigt also einen Teilschnitt durch die Anordnung der Kneifbacken 10 und 11 in 5.
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In der Kneifbacke 10 ist von der Oberfläche 12 ausgehend eine Ausnehmung 13 gebildet, die in ihrem von der Oberfläche 12 ausgehenden Bereich 14 als zylindrischer Teil eines Kreiszylinders ausgebildet ist. Die Mittelebene 15 des Kreiszylinders ist strichpunktiert angedeutet. Die Ausnehmung geht also etwas über diese Mittelebene 15 hinaus. An diesen zylindrischen Abschnitt 14 schließt sich dann ein kegelförmiger Abschnitt 16 an, der ebenfalls über die Mittelebene 15 hinaus reicht. Die Form des Abschnitts 16 entspricht also der Form der zukünftigen Schraubenspitze 4 in 3 und 4. Der Abschnitt 16 weist also auch eine Kegelspitze 18 auf.
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Die zweite Kneifbacke 11 weist eine ebene Gegenfläche 19 auf, die parallel zur Mittelebene 15 des Kreiszylinders und des Kreiskegels angeordnet ist.
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Eine Ansicht der Kneifbacken 10, 11 von oben in 5 und 6 zeigt die 7. Die Ausnehmung 13 hat einen Querschnitt, der etwas größer als ein Halbkreis ist. Dies geht aus der 7 in dem hier verwendeten Maßstab nicht hervor, aber aus 6. Beidseits der Ausnehmung 13 sind in beiden Kneifbacken 10, 11 Freiräume 20, 21 gebildet, die den beim Kneifen der Schraubenspitze 4 entstehenden Butzen aufnehmen.
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Die 8 zeigt perspektivisch den Zustand beim Herstellen der Schraube, nachdem die spätere Schraubenspitze 4 durch die Kneifbacken 10, 11 hergestellt wurde.
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Wenn nun der Schraubenrohling mit der so gekniffenen Spitze 4 mit einem Gewinde versehen wird, das bis zu der Ebene 5 zwischen dem zylindrischen Teil des Schraubenschafts 1 und der Spitze 4 reicht, so gibt der Bereich des vorderen Endes des Schraubenschafts 1 im Bereich der Ausnehmung 6 aufgrund des Fehlens des Materials in der Ausnehmung 6 nach, so dass sich die Schraubenspitze 4 leicht schräg stellt und damit die in 1 und 2 dargestellte Form einnimmt. Auf diese Weise entsteht die exzentrische Anordnung der Kegelspitze 8 und der schräge Verlauf der Abflachung 7.
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Es ist natürlich auch möglich, einen solchen schrägen Verlauf der Abflachung 7 und damit die exzentrische Anordnung der Kegelspitze 8 der Schraubenspitze 4 auf andere Weise herzustellen.
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Die in den folgenden Figuren dargestellte Ausführungsform des von der Erfindung vorgeschlagenen Verfahrens unterscheidet sich nur in Einzelheiten von der vorhergehenden Ausführungsform. Die 9 zeigt ähnlich wie die 5 den Rohling zur Herstellung der Schraube unmittelbar nach seiner Formung, und zwar oberhalb von 2 Kneifbacken 30, 31. Der maßgebende Teil der beiden Kneifbacken ist in vergrößertem Maßstab in 10 dargestellt. In der einen Kneifbacke 30 ist von ihrer Oberfläche 12 ausgehend eine Ausnehmung 33 gebildet, die in ihrem von der Oberfläche 12 ausgehenden Bereich 34 als zylindrischer Teil eines Kreiszylinders ausgebildet ist. Die Mittelebene dieses Kreiszylinders fällt mit der Trennstelle zwischen den beiden Kneifbacken 30, 31 zusammen und ist durch das Bezugszeichen 35 gekennzeichnet. An diesen zylindrischen Abschnitt 34 schließt sich ein kegelförmiger Abschnitt 36 an, der bis zur gegenüberliegenden Trennfläche reicht.
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Die zweite Kneifbacke 31 weist eine ebene Gegenfläche 39 auf, die in der Mittelebene 35 des Kreiszylinders 34 und des vorderen kegelförmigen Abschnitts 36 liegt. An der dem kegelförmigen Abschnitt 36 der anderen Kneifbacke 30 gegenüberliegenden Seite weist die Kneifbacke 31 eine Fortsetzung des kegelförmigen Abschnitts 36 in der Weise auf, dass eine Kegelspitze 38 gebildet ist, die gegenüber der Mittelebene versetzt angeordnet ist, und zwar in Richtung von dem kegelförmigen Abschnitt 36 weg.
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Die die Gegenfläche 39 aufweisende Kneifbacke 31 weist im Bereich der Oberfläche 12, also auf der Seite, wo der Rohling angeordnet ist, eine flache Vertiefung 40 auf, um den Übergang der abgeflachten Spitze 4 zu erleichtern. Diese flache Vertiefung 40, die in Querschnittsform dem zylindrischen Bereich 34 entspricht, ist auch in 11 zu sehen, die die Draufsicht auf die Fläche 12 der beiden Kneifbacken 30 und 31 darstellt.
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Auch mit diesen beiden Kneifbacken 30, 31 wird durch Kneifen der vordere Bereich des Rohlings so verformt, dass nach dem Walzen des Gewindes ein schräger Verlauf der Spitze mit der exzentrischen Anordnung der eigentlichen Schraubenspitze entsteht.
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In dem dargestellten und beschriebenen Beispiel ist die Gegenfläche 39 eben. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, diese Gegenfläche 39 bzw. bei der Ausführungsform der 6 die Gegenfläche 19 konkav oder konvex auszubilden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1820978 [0002]
- EP 1903224 A2 [0002]