DE10036596A1 - Verwendung einer Dehnschraube - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schraube mit einer Drehmomenteinleitung durch Innenvielkant, bei der zur Vermeidung von Torsionsspannungen nach dem Anziehen die Drehmomenteinleitung durch einen hohlen Abschnitt hindurch axial an der Stelle erfolgt, an der die elastischen verdrillungen von der Drehmomenteinleitungsstelle bis zur Kopfauflage und die elastischen Verdrillungen von der Drehmomenteinleitungsstelle bis zur axialen Mitte des tragenden Gewindes im wesentlichen gleich sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraube gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Befestigungsschrauben werden durch Vorspann- und gegebenenfalls Betriebskräfte auf Zug beansprucht. Zusätzlich verbleiben in herkömmlichen Schrauben nach dem Anziehen Torsionsspannungen, deren Ursache in der Gewindesteigung und der Reibung sowohl im Gewinde, als auch unter der Kopfauflage liegt. Somit entsteht in der Schraube eine zusammengesetzte Beanspruchung aus Zug- und Torsions­ spannungen. Gelingt es, die Schraube so anzuziehen, dass keine Torsions­ spannungen auftreten, so kann die Schraube nach dem Anziehvorgang höhere Betriebskräfte ertragen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schraube der gattungsgemäßen Art vorzu­ schlagen, mit der mit fertigungstechnisch einfachen Mitteln höhere Betriebskräfte aufnehmbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar. Ferner wird eine vorteilhafte Verwendung derartiger Schrauben vorgeschlagen.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Einleitungspunkt für das Anzugs­ moment im Inneren des Schraubenschaftes liegt. Die axiale Lage dieses Punktes sollte so bemessen sein, dass die torsionsbedingten Verdrehwinkel auf beiden Seiten im wesentlichen gleich groß sind. Unter dieser Voraussetzung wird die Schraubenur für die Dauer des Anziehvorgangs auf Torsion belastet und ist nach dem Wegfall des Anzugsmomentes torsionsspannungsfrei. Die Schraube unterliegt somit nur noch den anzugsbedingten Zugspannungen und ist somit im Stande, höhere Zugspannungen bzw. zusätzliche dynamische Betriebsbeanspruchungen zu ertragen.

Bevorzugt kann die Schraube als Dehnschraube mit einem hohlen Schaftabschnitt ausgebildet sein, wobei der Außendurchmesser des Schaftabschnittes mit dem Nenndurchmesser der Schraube übereinstimmen kann oder zur Erzielung gleich­ mäßiger Bauteilbeanspruchung eine Längen-Durchmesser-Abstimmung stattfinden kann. Im ersteren Falle können an vorhandenen Bauteilen problemlos übliche Dehnschrauben mit erfindungsgemäßen Dehnschrauben ersetzt werden.

Ggf. kann es vorteilhaft sein, die Länge der Drehmomenteinleitungsstelle bzw. den entsprechenden Werkzeugangriff zu verlängern, um höhere Anzugsmomente durch den hohlen Abschnitt der Schraube einleiten zu können. Die Drehmomenteinleitung erfolgt dabei herstellungstechnisch günstig nach Torx.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schraube ergibt sich bei der Anwendung des streckgrenzgesteuerten Anziehens. Hierbei wird die Schraube bis zur Streckgrenze angezogen. Nach dem Anziehen fällt die Spannung in der Schraube unter die Streckgrenze zurück, da der Torsionsspannungsanteil entfällt. Dadurch kann die Schraube vermehrt Betriebskräfte aufnehmen, ohne sich plastisch zu verformen. Bei einer herkömmlichen Schraube würde die zusätzliche Betriebskraft zu einer Überschreitung der Streckgrenze und damit zu einer plastischen Verformung und einem Vorspannungsverlust führen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher beschrieben. Die schematische Zeichnung zeigt in einem teilweisen Längsschnitt eine Schraube mit innenliegender Drehmomenteinleitungsstelle zur Befestigung zweier Bauteile aneinander.

In der Zeichnung ist mit 1 eine Schraube (z. B. M 20) bezeichnet, mit einem Nenn­ durchmesser d, die zur Befestigung zweier Bauteile 2 und 3 aneinander dient.

Die Schraube 1 weist einen Gewindeabschnitt 4 auf, der über eine definierte Einschraubtiefe in das korrespondierende Innengewinde des Bauteiles 3 eingeschraubt ist.

Über die restliche Länge weist die Schraube 1 einen Schaftabschnitt 5 auf, der andererseits an einem zylindrischen Schraubenkopf 6 endet.

Über eine Teillänge des Schraubenschaftes 5 und durch den Schraubenkopf 6 hindurch ist eine Innenbohrung 7 mit einem Durchmesser d2 vorgesehen, wobei d2 = 0,7d beträgt. Die Innenbohrung endet an einer Drehmomenteinleitungsstelle bzw. mit einem Vielkant 8 (z. B. einem Innensechskant nach DIN 912), bevorzugt nach Torx (z. B. nach 150/DIS 14579). Die Torx-Ausbildung (= Werkzeugangriffsfläche) erstreckt sich über eine Länge t, die größer als nach der angegebenen Torx-Norm ausgeführt ist. Durch die Innenbohrung 7 wirkt der Schaftabschnitt 5 bzw. die Schraube 1 zugleich als Dehnschraube.

Ausgehend von dem Vielkant 8 definiert sich eine Verdrillungslänge l1, gerechnet bis zur halben Einschraubtiefe des Gewindeabschnittes 4, und eine Verdrillungslänge l2, gerechnet bis zum Schraubenkopf 6. Es versteht sich, dass bei der Berechnung der Verdrillungslänge l1 die konstruktiv vorgesehene Einschraubtiefe bekannt sein muß, weil diese ja den Grad der Verdrillung über l1 mitbestimmt.

Durch entsprechende Berechnungen können die Verdrillungslängen abhängig von den konstruktiven Gegebenheiten (Schraubengeometrie) so abgestimmt werden, dass über l1 und l2 gleiche oder zumindest annähernd gleiche Verdrillungen auftreten. Nach dem Anziehen der Schraube 1 mit Innenangriff über das Vielkant 8 mittels eines entsprechenden Werkzeuges (nicht dargestellt) können die Schrauben­ abschnitte 4 und 5 zurückfedern, wodurch die aus den Reibungsanteilen am Schraubenkopf und im Gewinde verursachten Torsionsspannungen sich gegen 0 abbauen.

Besonders vorteilhaft ist dabei die Anwendung des streckgrenzgesteuerten Anziehens der Schraube 1. Die Schraube 1 wird dabei in an sich bekannter Weise bis an ihre Streckgrenze angezogen. Durch den nachfolgend sich einstellenden Abbau der Torsionsspannungen erhöht sich vorteilhaft die Zugspannungsreserve bis zur Streckgrenze, wodurch ggf. auftretende dynamische Betriebsbelastungen in größerem Maße abgesichert werden können.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt. So kann aufgrund der Innenbohrung 7 der Außendurchmesser d des Schaftabschnittes 5 zumindest im Bereich der Innenbohrung 7 auch größer als der Gewindeabschnitt 4 ausgeführt sein; die Auslegung kann dabei so sein, dass im Querschnitt betrachtet gleiche Normalspannungen im Werkstoff der Schraube 1 vorliegen.

Claims (7)

1. Schraube mit einer Drehmomenteinleitung durch Innenvielkant, gekennzeichnet durch einen hohlen Abschnitt (5, 7), durch den hindurch die Drehmomenteinleitung axial an der Stelle erfolgt, an der die elastischen Verdrillungen von der Drehmomentein­ leitungsstelle bis zur Kopfauflage (12) und die elastischen Verdrillungen von der Drehmomenteinleitungsstelle bis zur axialen Mitte des tragenden Gewindes (11) im wesentlichen gleich sind.

2. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (d) des Schaftabschnittes (5) mit dem Nenndurchmesser übereinstimmt.

3. Schraube nach Anpruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Drehmomenteinleitungsstelle (t) länger als nach herkömmlicher Norm ist.

4. Schraube nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Innendurchmesser (d2) des hohlen Schaftabschnittes (5) 0,7d beträgt.

5. Schraube nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Längen (l2 und l1) mit den Durchmessern (d2) und (d) so abgestimmt sind, dass im Querschnitt betrachtet gleiche Normalspannungen auftreten.

6. Schraube nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Drehmomenteinleitung durch Torx (z. B. nach ISO/DIS 14579) erfolgt.

7. Verwendung einer Schraube nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche an einer Schraubverbindung mit streckgrenzgesteuertem Anziehen.