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Die Erfindung betrifft eine Schraube, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere eine Nietkopf- oder Senkkopfschraube, mit einem antriebsfreien Schraubenkopf und mit einem ein Außengewinde tragenden Schaft, sowie eine Schraubenmutter (Mutter) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3 mit einem Gewinde zum Verschrauben mit dem Außengewinde einer Schraube zum Verbinden von mindestens (oder ausschließlich) zwei, insbesondere blech- oder plattenförmigen Teilen, insbesondere bestehend aus einer Leichtmetalllegierung, mit einem Antrieb, mit einer stirnseitigen Anlagefläche zur Anlage an einem der Teile und mit Haltemomentmitteln zur Erhöhung des Haltemomentes in einem mit der Schraube verschraubten, angezogenen Zustand. Ferner betrifft die Erfindung eine Verbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 mit mindestens zwei miteinander verbundenen Teilen, die von einer Schraube durchsetzt sind und eine Schraubenmutter, wobei die Teile klemmend zwischen einer Unterseite des Schraubenkopfes der Schraube und einer stirnseitigen Anlagefläche der Schraubenmutter geklemmt sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Schraubwerkzeug zum Herstellen einer solchen Verbindung unter Verwendung mit einer Schraube und einer Schraubenmutter, mit einem elektromotorischen Antrieb zum Antreiben einer Abtriebswelle zum Zusammenwirken mit dem Antrieb der Schraubenmutter.
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Bekannt sind Niete zum miteinander Verbinden von Blechteilen. Niete weisen neben einem Nietkopf einen gewindefreien Schaft auf und werden durch Kaltnietung oder Warmnietung verarbeitet.
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Aus dem Modellbau sind darüber hinaus sogenannte Nietkopfschrauben bekannt, die einen nietförmigen, antriebsfreien Schraubenkopf aufweisen sowie einen Schaft mit Außengewinde, wobei solche Modellnietkopfschrauben zum Verschrauben mit einer Modellschraubenmutter mit Hilfe des Fingers am Nietkopf festgehalten werden müssen, um ein Mitdrehen beim Aufschrauben der Modellschraubenmutter zu vermeiden.
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Sollen Nietkopfschrauben in einer größeren Dimensionierung für Anwendungen in der Technik, beispielsweise im Maschinenbau eingesetzt werden, besteht das Problem, dass ein Festhalten durch Drücken gegen den Nietkopf häufig nicht möglich ist bzw. nicht ausreichend große Haltekräfte aufgebracht werden können.
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Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Schraubenmuttern bekannt, die Haltemomentmittel aufweisen, die elastische Abschnitte oder Elemente zum Zusammenwirken mit dem Außengewinde einer Schraube aufweisen. Nachteilig bei diesen Schrauben ist, dass das Haltemoment bereits während des Aufschraubens wirkt und so den Schraubvorgang erschwert.
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Ferner sind Schraubwerkzeuge zum Verschrauben von Schraubenmuttern bekannt, die eine Vollmaterialabtriebswelle aufweisen, an deren Ende unterschiedlich dimensionierte und geometrisch ausgebildete Abtriebe zum Zusammenwirken mit unterschiedlich dimensionierten oder geometrisch ausgebildeten Schraubenmutternantrieben bestimmt sind.
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Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, insbesondere für diebstahlsichere Anwendungen eine Schraube mit einem antriebsfreien Schraubenkopf anzugeben, auf die komfortabel eine Schraubenmutter aufgeschraubt werden kann, ohne die Notwendigkeit den Schraubenkopf von Hand zu fixieren. Zudem besteht die Aufgabe darin, eine Schraubenmutter anzugeben deren Haltemomentmittel so ausgebildet sind, dass diese den Aufschraubvorgang nicht oder nur unwesentlich behindern. Auch besteht die Aufgabe darin, eine Verbindung, umfassend mindestens zwei miteinander verbundene, vorzugsweise blech- oder plattenartige Teile, eine Schraube, sowie eine Schraubenmutter anzugeben, deren Haltemomentmittel ein Abdrehen der Schraubenmutter im festgezogenen Zustand erschweren. Ferner besteht die Aufgabe darin ein als Elektrohandwerkzeug ausgebildetes Schraubwerkzeug anzugeben, das geeignet ist um komfortabel auf eine Schraube, umfassend einen Schraubenkopf ohne Antrieb, eine vorzugsweise Haltemomentmittel aufweisende Schraubenmutter aufzuschrauben, ohne dass die Notwendigkeit besteht die Schraube bei diesem Schraubvorgang von Hand zu arretieren bzw. festzuhalten.
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Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Schraube mit den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich der Schraubenmutter mit den Merkmalen des Anspruchs 3, hinsichtlich der Verbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und hinsichtlich des Schraubwerkzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder in den Figuren offenbarten Merkmalen.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine Schraube mit einem antriebsfreien Kopf, insbesondere einem konvex gewölbten Nietkopf oder einem Senkkopf und einem ein Außengewinde tragenden Schaft dahingehend zu verbessern, dass im Bereich des freien, vom Schraubenkopf weg weisenden Schaftendes ein Antrieb, insbesondere ein Innenantrieb, zum Zusammenwirken mit einem Antriebs- und/oder Haltewerkzeug vorgesehen ist. Anders ausgedrückt ist erfindungsgemäß ein Antrieb zum Verschrauben der Schraube oder zum Halten bzw. Fixieren der Schraube beim Aufschrauben einer Mutter nicht wie sonst üblich bei Schrauben im Schraubenkopf, sondern an dem davon abgewandten Schraubenende vorgesehen. Als Antriebe eignen sich insbesondere, wie erwähnt Innenantriebe, beispielsweise ein Torxantrieb, ein Innenmehrkantantrieb, beispielsweise Inbusantrieb. Zusätzlich oder alternativ kann ein Antrieb jedoch auch am Außenumfang, insbesondere in Form einer Mehrkantanordnung vorgesehen werden. Das Vorsehen eines Antriebs im Bereich des freien Schaftendes ermöglicht es auf komfortable Weise für alle möglichen Anwendungen Schrauben mit antriebsfreien Kopf einzusetzen, um deren Diebstahlsicherheit und/oder deren ansprechende Optik zu nutzen, ohne dass es notwendig ist, die Schraube von Hand beim Aufschrauben einer Mutter zu fixieren, d. h. gegen Mitdrehen zu sichern. Bevorzugt handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Schraube nicht um eine Modellschraube sondern um eine Schraube mit einem Kerndurchmesser des Schaftes von mindestens 6 mm, vorzugsweise mindestens 10 mm, um die Schraube für allgemeine technische Aufgaben einsetzen bzw. um entsprechende Lasten annehmen zu können.
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Antriebsfrei bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass der Schraubenkopf keine Möglichkeit zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung mit einem Antriebswerkzeug aufweist. Bevorzugt ist der Schraubenkopf vollständig rotationssymmetrisch ausgebildet. Jedenfalls ist der Kopf so ausgebildet, dass keine Formschlussverbindung zum Einbringen eines Drehmomentes, insbesondere keines Festziehdrehmomentes möglich ist.
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Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsvariante der Schraube, bei der diese axial zwischen dem Außengewinde und der Unterseite des Schraubenkopfes einen, vorzugsweise gewindefreien, in Bezug auf den Außendurchmesser des Außengewindes durchmesserreduzierten Schaftabschnitt aufweist, also eine Art Hinterschnitt, in welchen ein später noch zu erläuternder Fortsatz (Haltemomentmittel) einer mit dem Außengewinde der Schraube verschraubbaren Schraubenmutter (Mutter) plastisch hinein deformierbar ist, um somit eine besonders feste und schwerlösbare Verbindung zu erhalten. Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn es sich bei der Schraube um ein Kaltfließpressteil handelt, bei dem der Außendurchmesser des Schaftabschnittes zur Bildung des Hinterschnittes kleiner bemessen ist als der vorerwähnte Außendurchmesser des Außengewindes, jedoch etwas größer bemessen ist, als der Kerndurchmesser des Schraubenschaftes im Bereich des Außengewindes.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn in Weiterbildung der Erfindung Mittel zum Beschädigen einer Teileoberfläche an der Schraube, insbesondere am Schraubenkopf vorgesehen sind, so dass die Schraube optimal geeignet ist, um elektrisch isolierende Oberflächen, wie Anodisierschichten zu durchdringen, um mit einem zu verbindenden Bauteil eine elektrisch leitende Verbindung zum Ableiten von elektrischen Ladungen einzugehen. Ganz besonders bevorzugt sind die Mittel an einer zum freien Schaftende zugewandten Unterseite des antriebsfreien Schraubenkopfes vorgesehen, beispielsweise in Form einer Oberflächenstruktur und/oder in Form von zumindest einem in Richtung freien Schaftende weisenden Fortsatz, insbesondere Kerbfortsatz.
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Die Erfindung führt auch auf eine Schraubenmutter mit einem Innengewinde zum Verschrauben mit dem Außengewinde einer Schraube, beispielsweise einer generischen Schraube mit einem einen Antrieb aufweisenden Schraubenkopf oder bevorzugt mit einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Schraube, aufweisend einen antriebsfreien Schraubenkopf. Mit Hilfe einer solchen Schraubenmutter können zwei, insbesondere blech- oder plattenförmige, bevorzugt aus einer Leichtmetalllegierung, bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Teile miteinander verbunden werden. Die Schraubenmutter umfasst erfindungsgemäß spezielle Haltemomentmittel die derart ausgebildet sind, dass das Haltemoment erst am Ende des Verschraubungsvorgangs, d. h. beim Festziehen erzeugt wird, so dass bevorzugt über längere Zeit (besonders über die größte axiale Verschraubstrecke) beim Aufschrauben kein Brems- bzw. Haltemoment wirkt. Um dies zu erreichen umfassen die Haltemittel einen axial über die Anlagefläche, mit der die Schraubenmutter im angezogenen Zustand an den zu ihr benachbarten Teil anliegt, hinausragenden Fortsatz, insbesondere einen Ringfortsatz, wobei dieser Fortsatz so ausgebildet und angeordnet ist, dass dieser durch die axiale Bewegung beim Verschrauben der Mutter gegen das der Schraubenmutter zugewandte Teil gedrückt wird und dabei so plastisch verformt und/oder verstellt wird, dass eine Anpresskraft nach radial innen auf den Schraubenschaft erzeugt wird. Bevorzugt ist der Fortsatz dabei derart radial verformbar und/oder verstellbar, dass sich dieser in Gewinderillen des Außengewindes der Schraube einformt und/oder axial in einen Ringspalt hinein, der zwischen dem Schraubenschaft und dem Innenumfang einer Durchgangsöffnung, insbesondere einer Durchgangsöffnung in dem zu der Schraubenmutter benachbarten Teil, ausgebildet ist, wobei der hierdurch plastisch verformte und/oder verstellbarer Fortsatz eingeklemmt wird zwischen dem Innenumfang der Bohrung und dem Schaft und somit eine Kraft nach radial innen ausübt. Zusätzlich oder alternativ kann der Fortsatz in einen fakultativen Hinterschnitt der Schraube radial nach innen eingeformt werden, um die Schraube somit formschlüssig axial zu sichern. Bevorzugt entsteht durch Verformen und/oder Verstellen des Fortsatzes eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige, insbesondere reibschlüssige Verbindung zwischen Schraubenmutter und Schraubenschaft.
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Besonders bevorzugt ist die Axialerstreckung des, vorzugsweise als Ringfortsatz ausgebildeten Fortsatzes im Vergleich zur Axialerstreckung der Schraubenmutter gering, wobei es besonders zweckmäßig ist, wenn der axiale Überstand des Fortsatzes über die Anlagefläche der Mutter weniger als 20%, noch weiter bevorzugt weniger als 10% und vorzugsweise mehr als 2% des axialen Abstandes zwischen der Anlagefläche und der davon abgewandten Stirnseite der Schraubenmutter entspricht.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Schraubenmutter Mittel zum Beschädigen der Oberfläche des ihr zugewandten, vorzugsweise blech- oder plattenartigen Teils aufweist, um durch Beschädigung dieser Oberfläche beim Aufschrauben eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Teil und der Schraubenmutter herzustellen, was dadurch ermöglicht wird, dass die Mittel eine elektrisch isolierende Schicht, insbesondere eine Eloxalschicht durchdringen. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Mittel von dem, insbesondere ringförmigen Fortsatz gebildet sind. Hierzu ist der Fortsatz bevorzugt derart angeordnet, dass er einen Innenrand einer die Schraube aufnehmenden Bohrung in radialer Richtung nach außen überragt, um somit in unmittelbaren Kontakt zu dem Teil zu gelangen. Darüber hinaus überragt der Fortsatz den vorgenannten Bohrungsrand nach radial innen, um somit bevorzugt in den Ringspalt zwischen Schraube und dem Innenumfang der Bohrung hinein verformt zu werden.
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Ganz besonders zweckmäßig ist es, wenn die Schraubenmutter in einem inneren Bereich axial benachbart, insbesondere axial beabstandet zu dem Fortsatz einen Schwächungsbereich aufweist, der es ermöglicht, dass der Fortsatz und/oder die Schraubenmutter in einem Bereich axial zwischen Fortsatz und Schwächungsbereich axial deformiert, insbesondere komprimiert werden kann, um hierdurch den Fortsatz plastisch zu verstellen und eine Klemmkraft in radialer Richtung auf die Schraube und damit ein Haltemoment zu bewirken. Im einfachsten und bevorzugten Fall kann der Schwächungsbereich von einer axial von der Stirnseite beabstandeten Innenumfangsnut am Innenumfang einer das Innengewinde tragenden Durchgangsöffnung in der Schraubenmutter vorgesehen sein.
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Um eine optimale Verbindung zwischen Schraubenmutter und Außengewinde der Schraube zu gewährleisten ist es bevorzugt, wenn das Innengewinde nicht nur auf einer Axialseite des Schwächungsbereichs angeordnet ist, sondern zu beiden Seiten des Schwächungsbereichs, wobei es noch weiter bevorzugt ist, wenn sich das Innengewinde bis zu beiden Stirnseiten erstreckt, wobei es ganz besonders bevorzugt ist, wenn der vorerwähnte Fortsatz einen Abschnitt dieses Innengewindes an seinem Innenumfang trägt, d. h. in diesem Fall begrenzt der Fortsatz unmittelbar die Innengewindeöffnung und ist nicht radial nach außen zu dieser beabstandet angeordnet.
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Um eine optimale plastische Verstellbarkeit und auch Verformbarkeit des Fortsatzes zu gewährleisten, ist es in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, wenn der Fortsatz von einer Nut eingefasst ist, die in die Stirnseite der Schraubenmutter eingebracht ist. Besonders bevorzugt ist diese Nut derart positioniert, dass in einer unmittelbaren axialen Flucht zu dieser Nut auch ein Abschnitt des Schwächungsbereichs vorgesehen ist. Anders ausgedrückt ragt der Schwächungsbereich bevorzugt in radialer Richtung nach außen bis axial benachbart bzw. unterhalb der Einfassnut in der Stirnseite. Hierdurch wird ein Verbindungsabschnitt zwischen dem Fortsatz und dem Hauptkörper weiter geschwächt.
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Die Erfindung führt auch auf eine Verbindung umfassend eine Schraube, insbesondere ein nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Schraube und eine erfindungsgemäße Schraubenmutter, wobei die Verbindung mindestens zwei miteinander verbundene, vorzugsweise blech- oder plattenartige Teile umfasst, die zwischen dem Schraubenkopf der Schraube und der stirnseitigen Anlagefläche der Schraubenmutter geklemmt sind. Die Verbindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Haltemomentmittel der Schraube derart plastisch verformt und/oder plastisch verstellt sind, dass sie eine Klemmkraft nach radial innen auf den Schraubenschaft bewirken. Bevorzugt sind die Haltemomentmittel der Mutter (der vorerwähnte Fortsatz) in Gewinderillen des Außengewindes der Schraube und/oder in einem Ringspalt zwischen der Schraube und zumindest einem der Teile plastisch eingeformt.
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Die Erfindung führt auch auf ein als Elektrohandwerkzeug ausgebildetes Schraubwerkzeug zum Herstellen einer Verbindung mit mindestens zwei miteinander verbundenen Teilen sowie einer Schraube, insbesondere einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Schraube und einer Schraubenmutter, insbesondere eine nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Schraubenmutter. Das erfindungsgemäße Schraubwerkzeug zeichnet sich durch einen Elektromotor zum Antreiben einer Abtriebswelle zum Zusammenwirken mit der Schraubenmutter aus, wobei diese Abtriebswelle erfindungsgemäß, zumindest abschnittsweise, als Hohlwelle ausgebildet ist und von einem Haltestab durchsetzt ist, der im Schraubwerkzeug, beispielsweise an dessen Gehäuse drehfest gehalten ist, um ein Rotieren des Haltestabes sicher zu verhindern, während die Abtriebswelle mittels des Antriebsmotors zum Festschrauben oder Lösen der Schraubenmutter um den Haltestab herum rotierbar ist. Der Haltestab ist nicht nur drehfest verankert, beispielsweise über eine Schwalbenschwanznutverbindung oder einen Mehrkantformschluss sondern vorzugsweise auch axial verschiebbar geführt, insbesondere entgegen der Kraft einer nach vorne wirkende Rückstellfeder, um ein Relativverstellen einer die zu verschraubende Schraubenmutter aufnehmende Schraube beim Festschrauben der Mutter in Richtung in das Schraubwerkzeug hinein, insbesondere entgegen der Kraft der vorgenannten Feder zu ermöglichen. Der Haltestab, der an seinem Ende Haltemittel zum Zusammenwirken mit einem Antrieb der Schraube aufweist, dient dazu die Schraube festzuhalten während die Schraubenmutter mit Hilfe der Abtriebswelle gedreht wird. Die Haltemittel am Haltestab können an diesem fest angeordnet bzw. ausgebildet sein und/oder austauschbar angeordnet sein, um unterschiedliche Größen von Haltemitteln oder unterschiedliche Arten von Haltemitteln am Haltestab fixieren zu können. Analog verhält es sich mit dem Abtrieb der Abtriebswelle. Dieser kann fest in die Abtriebswelle integriert sein oder vorzugsweise lösbar daran anordenbar sein, um unterschiedliche Abtriebe (Geometrie und/oder Größe) mit unterschiedlichen Schraubenmuttern bzw. Schraubenmuttergrößen zu ermöglichen. Bevorzugt handelt es sich um Außenabtriebe zum Angreifen am Außenumfang der Mutter, beispielsweise um klassische Sechskantantriebe. In diesem Fall ist der vorzugsweise eine Durchgangsöffnung für den Haltestab aufweisende Abtrieb in der Form einer Nuss (Steckschlüssel) ausgebildet.
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Je nach Anordnung des elektromotorischen Antriebs kann dessen Motordrehachse parallel zur Abtriebswellendrehachse verlaufen oder senkrecht dazu. Im letztgenannten Fall kann sich der elektromotorische Antrieb beispielsweise in einem Pistolengriff des Schraubwerkzeuges erstrecken.
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Im Hinblick auf die Kopplung zwischen Elektromotor und Abtriebswelle gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Bevorzugt wirken Elektromotor und Abtriebswelle über ein Getriebe, insbesondere ein Kegelgetriebe zusammen, wobei je nach Ausgestaltung, beispielsweise über Planetengetriebe unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse realisierbar sind.
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Wie bereits erwähnt ist es besonders zweckmäßig, wenn der Abtrieb für die Mutter eine Durchgangsöffnung für den Haltestab und/oder einen mit diesem zusammenwirkenden Schraubenschaft aufweist. Besonders zweckmäßig ist es, wenn an der Abtriebswelle ein Bohrfutter festgelegt ist, mit dem unterschiedliche Abtriebe klemmend festlegbar sind. Dabei kann es sich um ein automatisches oder manuelles Bohrfutter handeln.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Schraubwerkzeug mittels eines Akkumulators betrieben ist, wobei der Akkumulator alternativ fest in das Schraubwerkzeug integriert sein kann oder, was bevorzugt ist, lösbar an diesem festlegbar ist. Auch ist es möglich das Schraubwerkzeug mit einem Netzkabel zu verbinden, wobei in diesem Fall vorzugsweise im Schraubwerkzeug ein entsprechendes Netzteil integriert ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
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1a und 1b: unterschiedliche Ansichten eines Ausführungsbeispiels einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten, als Nietkopfschraube ausgeführten Schraube mit einem antriebsfreien Schraubenkopf,
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2a und 2b: eine alternative, als Senkkopfschraube ohne Kopfantrieb ausgebildete Schraube,
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3a und 3b: eine Schraubenmutter mit Haltemomentmittel, die erst beim Festziehen der Schraube ein Haltemoment entwickeln,
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4a: eine Kombination aus Nietkopfschraube und Schraubenmutter zur Herstellung einer Verbindung,
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4b: die fertige Verbindung,
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4c eine alternative Schraube zur Herstellung einer Verbindung,
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5. ein als Elektrohandwerkzeug ausgebildetes Werkzeug zum Herstellen einer Verbindung,
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6: eine erste Variante des Werkzeugs mit parallel zu einer Abtriebswelle angeordneter Motordrehachse, und
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7: ein alternaives Ausführungsbeispiel eines Werkzeugs mit senkrecht zur Abtriebswelle angeordneter Motordrehachse.
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In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In den 1a und 1b ist eine als Nietkopfschraube ausgebildete Schraube 1 gezeigt. In der Längsansicht gemäß 1a ist zu erkennen, dass die Schraube 1 einen konvex gewölbten Schraubenkopf 2 ohne Antrieb aufweist, d. h. die Schraube 1 ist von der Kopfseite her nicht mittels eines Antriebswerkzeugs betätigbar.
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An den Schraubenkopf 2 schließt ein Schaft 3 an, dessen Durchmesser geringer ist als der des Schraubenkopfes 2, so dass der Schraubenkopf 2 eine ringförmige Unterseite 4 zum Anliegen bzw. Einklemmen von miteinander zu verbindenden Teilen aufweist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Schaft 3 in einem oberen Schnitt gewindefrei und in einem unteren Abschnitt mit einem Außengewinde 5 versehen. Das Außengewinde 5 erstreckt sich über eine Axialerstreckung B, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel etwa 60% der Axialerstreckung L des Schaftes 3 beträgt. Die Axialerstreckung B des Außengewindes 5 kann je nach Anwendungsfall variieren, insbesondere kann sich das Außengewinde 5 auch über die gesamte Axialerstreckung L des Schaftes erstrecken.
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Das Außengewinde 5 weist einen Durchmesser M auf von vorzugsweise; beispielsweise handelt es sich um ein M8 Gewinde.
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Zu erkennen ist, dass in einer von dem Schraubenkopf 2 abgewandten Stirnseite 6 des Schaftes, also im Bereich des freien Endes des Schaftes ein, hier als Innenantrieb, insbesondere als Sechskantantrieb ausgebildeter Antrieb 7 vorgesehen ist, mittels dem die Schraube 1 alternativ verdrehbar oder formschlüssig festhaltbar ist, insbesondere wenn mit der Schraube 1 bzw. deren Außengewinde 5 eine später noch zu erläuternde Schraubenmutter verschraubt wird.
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Ergänzend zu 1a und 1b (oder 2a und 2b) kann die Schraube 1 gemäß dem 1a und 1b (oder 2a und 2b) fakultativ, jedoch bevorzugt, mit, beispielsweise im Zusammenhang mit der Schraube 1 gemäß in 4a und 4b beschriebenen, Mitteln 21, insbesondere an der Unterseite 4, zur Beschädigung der Oberfläche eines von miteinander zu verbindenden Teilen versehen sein, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen diesem Teil und der Schraube herzustellen.
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In den 2a und 2b ist ebenfalls eine Schraube 1 gezeigt, die sich von der Schraube gemäß den 1a und 1b im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass der ebenfalls antriebsfreie Schraubenkopf 2 nicht als Nietkopf sondern als Senkkopf ausgebildet ist. Hierzu ist der Schraubenkopf 2 stirnseitig eben ausgebildet und verjüngt sich dann in einem Konusabschnitt 8 konisch in Richtung des Schafts 3, welcher wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1a und 1b endseitig, hier stirnseitig einen Antrieb 7 aufweist.
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In den 3a und 3b ist ein Ausführungsbeispiel eine nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Schraubenmutter 9 gezeigt. Diese weist am Außenumfang Schlüsselflächenpaare 10 als Antrieb auf und ist zentrisch mit einer Innengewindedurchgangsöffnung 11 versehen, an deren Innenumfang ein Innengewinde 12 zum Verschrauben mit dem Außengewinde einer Schraube realisiert ist. Das Innengewinde 12 ist unterteilt in einen ersten Axialabschnitt 13 und einen zweiten axial davon beabstandeten Axialabschnitt 14, die über einen inneren Schwächungsbereich 15 voneinander beabstandet sind. Der innere Schwächungsbereich 15 ist als innere Einkerbung bzw. Nut 16 realisiert und ermöglicht eine plastische axiale Verstellung eines axialen Fortsatzes 17, der eine ringförmige, stirnseitige Anlagefläche 18 in axialer Richtung überragt. Der als Ringfortsatz ausgebildete Fortsatz 17 ist eingefasst von einer stirnseitigen Nut 19, die sich in radialer Richtung bis axial über den radial äußeren Bereich der Nut 16 bzw. des Schwächungsbereichs 15 erstreckt. Dabei ist der Fortsatz 17 über einen plastisch verformbaren Biegeabschnitt 47 an den Hauptkörper angebunden. Am Innenumfang des Fortsatzes 17 befindet sich ein Innengewindeabschnitt des Axialabschnittes 14.
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Der Fortsatz 17 bildet zusammen mit dem Schwächungsbereich 15 Haltemomentmittel 20 zum Erzeugen eines Haltemomentes im festgezogenen Zustand. Hierzu wird die Schraubenmutter 9 mit einem entsprechenden Werkzeug angezogen, wobei hierdurch der Fortsatz 17 gegen eines von miteinander zu verbindenden Teilen gepresst wird. Dabei ist die Position und die Radialerstreckung des Fortsatzes vorzugsweise so auf eine Durchgangsbohrung in den Teil abgestimmt, dass der Fortsatz 17 sich in radialer Richtung nach innen sowie nach außen ausgehend vom Bohrungsrand erstreckt, so dass der Fortsatz 17 mit einem radial äußeren Bereich gegen das Teil gedrückt wird und mit einem radial inneren Bereich benachbart zu einem zwischen dem Innenumfang der Bohrung und dem Schraubenschaft gebildeten Ringspalt angeordnet ist. Hierdurch ist zum einen sichergestellt, dass der Fortsatz 17 die Oberfläche des der Schraubenmutter 9 zugewandten Teils der zu verbindenden Teile beim Festdrehen beschädigt, um hierdurch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Teil und der Mutter herzustellen. Gleichzeitig kann sich der Fortsatz 17 in axialer Richtung mit seiner gegenüber der Anlagefläche 18 erhöhten Stirnseite an dem Teil abstoßen, wodurch der Fortsatz 17 zum einen axial in der Zeichnungsebene nach unten in den Schwächungsbereich 15 durch plastisches Verformen des Biegeabschnitts 47 hineinverstellt wird und gleichzeitig in den vorerwähnten Ringspalt hineinverformt wird, so dass ein Abschnitt des Fortsatzes 17 zwischen dem Innenumfang der Bohrung und dem Schaft der Schraube geklemmt wird und hierdurch eine Kraft nach radial auf den Schaft bewirkt. Gleichzeitig wird der Fortsatz 17 in Bereiche des Außengewindes der Schraube eingepresst, die in dem dargestellten, nicht verformten Zustand von dem Innengewinde bzw. dem zweiten Axialabschnitt 14 des Innengewindes 12 nicht erfasst sind.
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In 4a ist eine Schraubenmutter 9 gezeigt, die von ihrem Aufbau her der zuvor im Zusammenhang mit den 3a und 3b beschriebenen Schraubenmutter entspricht. Ferner enthält die Darstellung gemäß 4a eine als antriebsfreie Nietkopfschraube ausgebildete Schraube 1, die im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen gemäß den 1a bis 2b an der Unterseite 4 Mittel 21 in Form von kleinen Erhebungen aufweist, um die Oberfläche eines benachbart zur Schraube 1 angeordneten ersten Teils 22 beim Festschrauben zu ermöglichen. Die Schraube 1 durchsetzt jeweils eine Durchgangsbohrung in dem ersten und einem zweiten miteinander zu verbindenden, blechförmigen Teil 22, 23 mit dem Schaft 3, so dass auf das Außengewinde 5 der Schraube 1 von der von dem Schraubenkopf 2 abgewandten Seite her die Schraubenmutter 9 aufschraubbar ist. Der Durchmesser zumindest der Durchgangsbohrung in dem unmittelbar zur Schraubenmutter 9 benachbarten zweiten Teil 23 weist einen Durchmesser auf, der geringer ist als der äußere Durchmesser des ringförmigen Fortsatzes 17 der Schraubenmutter 9 und größer ist als der innere Durchmesser dieses Fortsatzes 17, so dass der ringförmige Fortsatz 17 einerseits zur Anlage kommen kann an den der Flächenseite des zweiten Teils 23 und darüber hinaus in den Ringspalt 48 zwischen der Durchgangsbohrung und dem Schaft 3 plastisch hineinverformt werden kann. Die fertige Verbindung mit angezogener Schraubenmutter 9 ist in 4b gezeigt. Zu erkennen ist, dass der Fortsatz 17 plastisch hineinverformt worden ist in den vorerwähnten Ringspalt und somit radial nach innen gepresst ist gegen den Schaft 3 der Schraube 1. Bei der Schraube 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4a und 4b erstreckt sich das Außengewinde 5 deutlich bis in die Durchgangsbohrungen in den Teilen 22, 23 hinein, so dass der Fortsatz 17 plastisch in dieses Außengewinde hineinverformt ist. Gleichzeitig erfolgt eine Verformung des Fortsatzes 17 in axialer Richtung nach unten sowie in radialer Richtung nach außen in den Schwächungsbereich 15 bzw. in die Nut 19. Zu erkennen ist weiterhin, dass die Erhebungen 4 in das Material des Teils 22 eingeformt sind. Die beiden Teile 22, 23 sind klemmend aufgenommen zwischen der Unterseite 4 der Schraube 1 und der dieser zugewandten Anlagefläche 18 der Schraubenmutter 9. Nicht gezeigt ist in den Figuren ein Werkzeug zum Herstellen der Verbindung. Falls manuell gearbeitet wird, kann mit zwei unterschiedlichen Werkzeugen gearbeitet werden, nämlich einem ersten Werkzeug, das mit dem stirnseitigen Antrieb 7 der Schraube 1 in Eingriff ist, um diese festzuhalten, während mit einem weiteren Werkzeug, beispielsweise einem Schraubenschlüssel die Mutter 9 durch Drehen fixiert und im Endbereich der Verstellbewegung der Fortsatz 17 deformiert wird.
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In 4c ist ein alternatives Ausführungsbeispiel einer als Nietkopfschraube ausgebildeten Schraube 1 zur Herstellung einer ähnlichen Verbindung wie in 4b dargestellt gezeigt. Im Gegensatz zu der Schraube 1 in dem Ausführungsbeispiel gemäß den 4a und 4b ist die Schraube 1 mit einem Hinterschnitt 49 versehen, der gebildet ist von einem durchmesserreduzierten Schaftabschnitt 50, dessen Durchmesser D (ein Pressdurchmesser) geringer ist als der Außendurchmesser M des Außengewindes 5, jedoch größer ist als der Kerndurchmesser des Außengewindes 5. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht die Axialerstreckung F des gewindefreien Schaftabschnittes 50 der Dickenerstreckung der aneinander zu fixierenden Teile 22, 23 zuzüglich eines Spiels. Zu erkennen ist ebenfalls ein Ringspalt 48 zwischen dem gewindefreien Schaftabschnitt 50 und dem Innenumfang beider Durchgangsbohrungen der Teile 22, 23. In diesen Ringspalt 48 kann der vorzugsweise als Ringfortsatz ausgebildete Fortsatz 17 einer nicht dargestellten Schraubenmutter 9 eingeformt werden, so dass er das Außengewinde im Bereich des Hinterschnittes 49 in radialer Richtung nach innen umgreift und somit ein Lösen der Verbindung extrem erschwert.
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Anstelle der im Zusammenhang mit 4b beschriebenen, nicht gezeigten zwei Werkzeuge kann das als Elektrohandwerkzeug ausgebildete Werkzeug (Akkuschrauber) gemäß 5 verwendet werden. Das Werkzeug 25 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Pistolengriff 26 mit austauschbarem Akkumulator 27 auf. Das Werkzeug 25 umfasst eine elektromotorisch angetriebene, als Hohlwelle ausgebildete Abtriebswelle 28 auf, innerhalb derer ein drehfest gelagerter Haltestab 29 aufgenommen ist. Dieser kann mit seinem Abtrieb in den Antrieb 7 der Schraube 1 gemäß 4b formschlüssig eingreifen und diese halten, während die Abtriebswelle 28, die mit dem Antrieb der Schraubenmutter zusammenwirkt rotiert wird. Beim Schraubvorgang wandert die Schraubenmutter weiter in Richtung der zu verbindenden Teile, so dass automatisch der Schaft 3 der Schrauben in Richtung in das Werkzeug 25 hineinwandert. Um dies zu ermöglichen ist der Haltestab 29 entgegen der Federkraft einer als Rückstellfeder ausgebildeten, hier außen am Gehäuse 31 des Werkzeugs 25 vorgesehenen Feder 32 axial verstellbar. Für die drehfeste Lagerung des Haltestabes 29 sorgt beispielsweise ein nicht-rotationssymmetrischer, vorzugsweise mehrkantiger Abschnitt und/oder eine Nutführung, beispielsweise eine Schwalbenschwanzführung.
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In 6 ist das Innenleben einer möglichen Ausführung eines Werkzeugs 25 gezeigt. Zu erkennen ist ein im Gehäuse 31 aufgenommener elektromotorischer Antrieb 33, dessen Motorachse 34 parallel ausgerichtet ist zur Drehachse einer als Hohlwelle ausgebildeten Abtriebswelle 28. An dieser ist ein vorzugsweise austauschbarer Abtrieb 35 zur Aufnahme der Schraubenmutter angeordnet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist zwischen Abtrieb 35 und Abtriebswelle 28 eine fakultative Rutschkupplung 36 vorgesehen. Der Abtrieb 35 weist die Form eines Steckschlüssels auf und ist mit einer zentrischen Durchgangsöffnung 37 versehen.
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Innerhalb der als Hohlwelle ausgebildeten Abtriebswelle 28 ist ein Haltestab 29 vorgesehen, der beispielhaft über einen Schwalbenschwanz 38 in einer gehäuseseitigen Schwalbenschwanznut 39 aufgenommen und somit drehfest fixiert ist. Der Haltestab 29 weist im Bereich seines vorderen Endes austauschbare Haltemittel 51 auf, der zum Zusammenwirken mit dem Antrieb bzw. dem Halteantrieb 7 der Schraube 1 dient.
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Der Haltestab 29 ist axial verstellbar gegen die Federkraft einer Feder 30, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich beispielhaft außen am Gehäuse 31 angeordnet ist und sich axial an diesem abstützt. Ferner stützt sich die Feder 30 ab an einer durchmesservergrößerten Endscheibe 40 des Haltestabes 29.
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Das Werkzeug 25 ermöglicht es, eine Schraube 1 mittels der Haltemittel 51 festzuhalten, während der dazu koaxiale Abtrieb 35 aufgrund der Rotationsbewegung der Abtriebswelle 28 angetrieben wird. Zum Antreiben der als Hohlwelle ausgebildeten Abtriebswelle 28 dient der elektromotorische Antrieb 33, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über ein Kegelradgetriebe 41 mit der Abtriebswelle 28 verbunden ist. Konkret ist hierzu am freien Ende der Motorachse 34 ein erstes Kegelrad 42 angeordnet, welches in verzahntem Eingriff ist mit einem zweiten Kegelrad 43, welches an der Abtriebswelle 28 fixiert ist. Das zweite Kegelrad 43 ist mit einer zentrischen Durchgangsöffnung versehen, die von dem Haltestab 29 durchsetzt ist.
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In 7 ist ein alternatives als Elektrohandwerkzeug ausgebildetes Werkzeug 25 gezeigt, das viele Gemeinsamkeiten hat mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 6, so dass im Zusammenhang mit 7 im Wesentlichen nur auf die Unterschiede eingegangen wird. Bezüglich der Gemeinsamkeit wird auf 6 mit zugehöriger Figurenbeschreibung verwiesen. In 7 ist der elektromotorische Antrieb 33 so angeordnet, dass dessen Motorachse 34 senkrecht verläuft zur Drehachse der als Hohlwelle ausgeführten Abtriebswelle 28, welche am Ende den Abtrieb 35 zur Aufnahme der Schraubenmutter aufweist. Aus 7 wird gut die Austauschbarkeit der als Steckschlüssel ausgebildeten Haltemittel 51 deutlich, welche über einen Kugelrastverschluss am Haltestab 29 festlegbar sind, welcher sowohl den Abtrieb 35, die Abtriebswelle 28 als auch das zweite Kegelrad 43 des Kegelgetriebes 41 axial durchsetzt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Haltestab 29 in einem hinteren Bereich einen Vierkantabschnitt 44 auf, der in einer gehäusefesten Vierkantausnehmung 45 drehfest gelagert ist. Die Feder 32 ist innerhalb des Gehäuses 31 angeordnet und stützt sich endseitig an diesem sowie an einem Umfangsbund 46 des Haltestabes 29 ab. Die grundsätzliche Funktionsweise des Werkzeugs 25 gemäß 7 entspricht derjenigen des Werkzeugs 25 gemäß 6.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schraube
- 2
- Schraubenkopf
- 3
- Schaft
- 4
- Unterseite
- 5
- Außengewinde
- 6
- Stirnseite
- 7
- Antrieb
- 8
- Konusabschnitt
- 9
- Schraubenmutter
- 10
- Schlüsselfläche als Beispiel für einen Antrieb der Mutter
- 11
- Innengewindedurchgangsführung
- 12
- Innengewinde
- 13
- erster Axialabschnitt
- 14
- zweiter Axialabschnitt
- 15
- Schwächungsbereich
- 16
- innere Nut
- 17
- Fortsatz
- 18
- Anlagefläche
- 19
- stirnseitige Nut
- 20
- Haltemomentmittel
- 21
- Mittel
- 22
- erstes Teil
- 23
- zweites Teil
- 24
- Handwerkzeug
- 25
- Werkzeug
- 26
- Pistolengriff
- 27
- Akkumulator
- 28
- Abtriebswelle
- 29
- Haltestab
- 30
- Feder
- 31
- Gehäuse
- 32
- Feder
- 33
- elektromotorischer Antrieb (Elektromotor)
- 34
- Motorachse
- 35
- Abtrieb
- 36
- Rutschkupplung
- 37
- Durchgangsöffnung
- 38
- Schwalbenschwanz
- 39
- Schwalbenschwanznut
- 40
- Endscheibe
- 41
- Kegelradgetriebe
- 42
- erstes Kegelrad
- 43
- zweites Kegelrad
- 44
- Vierkantabschnitt
- 45
- Vierkantausnehmung
- 46
- Umfangsbund
- 47
- Biegeabschnitt
- 48
- Ringspalt
- 49
- Hinterschnitt
- 50
- Schaftabschnitt
- 51
- Haltemittel