DE1900574A1

DE1900574A1 - Selbstschneidende Schraube

Info

Publication number: DE1900574A1
Application number: DE19691900574
Authority: DE
Inventors: Turnbull John Hilton; Stokes Kenneth John
Original assignee: GKN Screws and Fasteners Ltd
Current assignee: GKN Screws and Fasteners Ltd
Priority date: 1968-01-09
Filing date: 1969-01-07
Publication date: 1969-08-28
Also published as: NL6900068A; FR2000082A1; DE1900574B2; FR2000082B1; GB1215171A; US3517581A; SE355221B; BE726665A; NL137880C

Description

Sie Erfindung bezieht sich auf eine selbst schneidende Schraube zur Verwendung in einem Werkzeug, welches auf die Sohraube axial gerichtete Sohäge ausübt, ao daß ihre Spitze in ein metallisches Werkstück eindringt, und welches gleichzeitig mit den Sohlägen ein Drehmoment mit der zum Eindrehen der Sohraube in das von der Sohraubenspitze hergestellte Kernlooh notwendigen Geschwindigkeit wirksam werden läßt.'

Um nioht mehr auf die allgemein geübte Praxis angewiesen zu sein, in einem metallischen Werkstück vorab JCernlöoher anzubringen, in welche selbetsohneidende Sohrauben einge·* setzt werden, Bind mehrere Arten selbstschneidend«? Schrauben vorgeschlagen worden, die mit einer Bohrärepitse-ve*«*— sehen sind, so daß. sioh die Sohraube, wenn aie verdreht wird, in einem Werketüoli. ihr eigenes Kernlooh bohrt« wo-

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die Schraube in daa Werkstück eingedreht v/ird. Derartige : Belbatbohrende und Belbstschneidende Schreuben weisen ge- ; wiase Mängel auf, die in der Anwesenheit von bei dem Bohrj Vorgang erzeugten Spänen und außerdem in der Tatsache zu : sehen sindi daß die für den Bohrvurgang erforderliche Dreh- ; gesohwindlgkeit der Schraube viel höher ist als die Drehge- ^: sohwindigkeit zum Sohneiden deB Gewindes. Eine solch hohe

Drehgeschwindigkeit kann dazu führen, daß daa Gewinde im V/erkstüok, besonders wenn es sich um dünnes Blech handelt, ; ausreißt· ·

s Aufgabe der.Erfindung ist es, eine selbstsohneidende Schraube mit einer Spitze zu sohaffen, die sich in einem V/erkstüok ihr eigenes Kernlooh herateilt, wenn auf die Schraube axial geriohtete Schläge und gleichzeitig damit ein Drehmoment mit der zum Sohneiden des Gewindes notwendigen Drehgeschwindigkeit einwirken. Eine v/eitere Aufgabe ist die Schaffung

; einer Schraube, v/elohe den llachteil der oben erwähnten Spanbildung ausschaltet oder stark verringert.

Die Erfindung sieht eine aelbstschneidende Schraube vor, deren mit Gewinde versehener Schaft an einem Ende einen Kopf und am anderen Ende eine Spitze aufv/eist und welche daduroh gekennzeichnet ist, daß die Spitze mit einer Anzahl über den gleichen Winkel mit Abstand um die Schraubenachse ver-

: teilter, glatter Anbohrflächen sowie jeweils zwischen diesen mit Bohrnuten verBehen ist, wobai sioh jede Anbohrfläohe von

ι der Spitze aus radial nach außen in Richtung des Kopfes der Schraube erstreokt und jede Bohrnut eine in einer'radial

, gerichteten Achsebene oder parallel au dieser verlaufende,

^! in Drehriohtung vorn liegende Seitehwandung aufweist, deren Außenkante in die unmittelbar daneben liegende Anbohrfläche übergeht und eine 3oher~ und Anbohrkante bildet, v/enn auf die Schraube axial gerichtete Sohläge und ein.Drehmoment einwirken. ' · ||· ·

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Der Ausdruck "in Drehrichtung vorn liegende Seitenwandung" soll diejenige Seitemvandung der Bohrnut bezeichnen, welche sich vorn befindet, wenn die Schraube zum Einschneiden des Gewindes in der üblichen Weise verdreht v/ird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann gemäß Erfindung vorgesehen sein, daß die Schraube je zv/ei Anbohrflachen und / Bohrnuten aufweist, und daß das auf ihrem Schaft vorgesehene Gewinde zweigängig istt

Vorzugsweise kann gemäß Erfindung jede Bohrnut zwischen ihren Seitenwandungen einen ebenen IJutengrund aufweisen, der sich von der Spitze radial nach außen und in Richtung des Kopfes der Schraube erstreckte

Gemäß Erfindung kann weiter vorgesehen sein, daß die in ■ Dreliriclitung vorn liegenden Seitenwandungen der Bohrnuten in einer gemeinsamen Diametralebene und die in Drehrichtung hinten liegenden Seitenwandungen in parallelen Ebenen liegen, die von der Schraubenachse den gleichen Abstand haben, wobei zwischen den beiden Bohrnuten über die ochraubenachse hinweg ein verhältnismäßig breiter Steg vorhanden ist.

Ausfülirungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Pig.1 in der Seitenansicht und in wesentlich vergrößerter Darstellung eine selbstschneidende Schraube gemäß Erfindung,

Fig.2 die Schraube nach Fig.1 von unten gesehen, Pig.3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig.1, Pig.4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 der Pig.2, Pig.5 eine Teilansicht einer abgewandelten AusführungB- ■ form unter schematischer Andeutung eines Verfahrensschrittes zur Herstellung der Schraube und
Pig.6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 der Pig.5·

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Die in I¹Ig* 1 dargestellte Schraube besteht im wesentlichen .aus.dem mit einem zweigängigen gehärteten öewinde 11 versehenen Sohaft 1o_f der an einem Ende den Kopf 12 und am anderen Ende die Insgesamt mit 13 bezeichnete Spitze aufweist. Wie dargestellti ist zum Eindrehen der Schraube der Kopf derselben mit einer Ausnehmung 14 In Form dee Ubliohen . Kr'euzöOhlitzes versehen, Natürlich kann dir Kopf 12 auch mit einer anderen Ausnehmungi einem Schlitz odtdgl· versehen sein oder aber sechseckige oder eine ander* unrunde Form haben, um. die Schraube mittels eines Werkzeuges mit entsprechend auegebildetem fljitfcer e|4eudrehen* - . .

Wie aus den I¹Ig* 2, 3 und 4 hervorgeht, weiat dit SpItBt 15 zwei ebene Anbohrfläohen 10 und zwei Bohrnuten 16 auf* Jede Anbohrfläche 15·geht mit ihren'Kanten in ewei Seiten-' flächen überι welche in sich in Axialrichtung der Schraube erstreckenden Ebenen liegen* Die beiden Beittnil*iohen sind jeweils durch die in Drehrichtung vorn liegend· Selten-· wandung 17 der einen Bohrnut und duroh die In Drehrlohtung hinten liegende Seltenwandung 19 der anderen Bohrnut gebildet»

Aus Fig» 1 geht horror, daß jede In Drehriohtung vorn liegende Seitenwandung 17 der Bohrnuten eine Kante 19 aufweist« die sich vom Schaft 1o radial nach außen und nach unten zur Spitze hin erstreckt und an den ZwiBchenpunkt herangeht· Jede Seltenwandung 17 weist außerdem einen weiteren Kartenabschnitt 21 auf, der vom Zwieohenpunkt 2o radial nach innen und nach unten zur Spitze verläuft* Wie die 71g* 1 zeigt, ist der radiale Abstand des die Verbindungsstelle zwischen den Kantenabschnitten 19 und.21 bildenden Zwisohenpunktee 2o von der Schraubenachse größer als der Radiu· des Kernes des Schraubensohaftee«lo.

Jede Bohrnut 16 besitzt auBerden elften ebenen Nutengrund 22»

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der zwischen den Seitenwandungen 17 und 18 liegt und der sich von der Spitse aus naoh oben und radial nach außen erstreckt· Der in fig. 1 eingezeichnete Winkel A zwischen dem ebenen Nutengrund 22 der Bohrnut und der Schraubenachse beträgt TorzugBweiee etwa 2o°_teo dafl der von den beiden ebenen Nutengrunden 22 der Bohrnuten an der Spitze eingeschlossene vollständige Winkel vorzugsweise etwa 4o° beträgt·

Zwischen der Ecke 22a jedes Nutengrundea 22 und der Stelle des Sohaftes 1o, an welcher das Gewinde beginnt» befindet sioh ein ebener Wandungsabsehnitt 22b, der radial naoh außen und in Richtung des Kopfes 12 geneigt iet. Wie die Fig. 1 zeigt) ist der Neigungswinkel des Wandungsabschnitts 22b gegenüber der Schraubenaohse größer als der Winkel A.

Wie ferner ersichtlich ist, sind die Seitenwandungen 17» welche jeweils eine Seite der Anbohrflächen 15 begrenzen, zueinander ausgerichtet und liegen auf einer Surohmesserlinie; dagegen liegen die Seitenwandungen 18, welche die anderen Seiten der Anbohrflächen 15 begrenzen, in parallelen Ebenen beiderseits der Mittelachse der Schraube und haben von dieser den gleichen Abstand·

Diese Ausführung führt, wie aus Fig. 4 eraiohtlidh ist, dazu, daß zwieohen den beiden Bohrnuten über die Sohraubenaohse hinweg ein verhältnismäßig dioker Steg 23 vorhanden ist, der wesentlich dazu beiträgt, daß.die Stärke ; der Spitze trota der zur Bildung der Bohrnuten erforderlichen Abtragung des Metalls gewährt bleibt.

Wenn eine derartige Sohraube in einem Werkzeug zur Ver _f wandung kommt, welches der Sohraube gleichzeitig axial geriohtete Schläge und eine Drehbewegung erteilt, so wirken die Kanten 21 der vorn liegenden Seitenwandungen

der Bohrnuten als Sofaer- und Anbohrflächen, die im Blech ein Kernlooh erzeugen, dessen Durohmesser D gemäß I¹Ig.2 gleich dem Abstand der Zwisohenpunkte 2o ist, wenn man unmittelbar über den. Durohmesser der Schraube hinweg mißt.

Vorzugsweise beträgt der in ?ig. 1 mit B bezeichnete,

von den Kanten.21 eingeschlossene Winkel 9o bis 14o°,

Kommt eine derartige Schraube unter gleichzeitiger Schlag- und Dreheinwirkung zum Einsatz, so entsteht unter geringer odtr gar keiner Spanerzeugung ein Kernlooh« Es scheint, daß durch die kombinierte Schlag» und Dreheinwirkung eine kombinierte Scher-· und Hammerwirkung entsteht, wobei die Kanten 21 der Bohrnuten einander überlagernde Scher- und Bohrwirkungen ausüben.

Da die Schraube eine kombinierte Sindring- und Bohrwirkung besitzt, ist die Spanbildung geringer als bei den bekanntenArten von selbstschneidend^ Schrauben} auch führt die Vibrationsbewegung, mit der die Schraube eindringt, zur Zerstörung und Entfernung auch kleiner Mengen von Spänen, die sich gebildet haben·

Bei der Herstellung der in Pig. 1 dargestellten Schraube geht man von einem Rohling glatter zylindrischer Form aus, an dessen einem Ende in bekannter Weise der Kopf 1.2 angeformt wird· Das andere Ende, welches die Spitze bilden soll, wird durch einen bekannten Preßvorgang im Durchmesser verringert· An den Endabsehnitt mit verringertem Durchmesser wird danaoh die Spitze angeformt, indem man Gesenke enteprechender Ausbildung in einem Abklemmvorgang zum Einsät■ bringt· Beim Abklemmvorgang führt das radial nach

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auBen erfolgende Ausweichen del Metalle zur Herstellung einer Spit·· mit den zuvor erwähnten» naoh außen geneigten Kanten. AneohlieQend wird auf dem glatten Abschnitt dei Bohafte· Io das Gewinde aufgerollt.

Fig. 5 und 6 zeigen eine Sohraube gemäß Erfindung alt etwas abgewandelter 3pitzenform, die mittels einea Verfahr ena erzeugt wird, welches sich von dem Verfahren eur Herstellung der Sohraube naoh Fig. 1 etwas unterscheidet»

Die Spitee der Sohraube naoh dtn Pig. 5 und 6 1st der naoh Flg. 1 sehr ähnlioh. gleiche felle oder Abschnitte der Spitze» die denjenigen naoh Fig· 1 entsprechen, sind in den Fig· 5 und 6 mit den gleiohen Bezugsziffern versehen*

Der Unterschied der Spitze naoh Fig· 5 gegenüber der Spitze naoh Fig· 1 liegt in der Kante 19 der vorn liegenden Seitenwandung 17 jeder Bohrnut und geht auf einen geringfügig gen Unterschied in der Herstellung der Spitzen naoh den Fig. 5 und 1 zurück.

Bei Herstellung der Sohraube naoh Fig. 5 wird ein zylindrischer Rohling mit einem Kopf versehen. Im Unterschiedzur Herstellung der Sohraube nach Flg. 1 wird der andere EndabBchnitt des Rohlings jedooh im Durohmesser nioht verringert. Das Ende wird zur Herstellung· der Spitze in der. gleiohen Weise "abgeklemmt wie im Ausführungsbeispiel naoh Fig. 1· Der Abklemmvorgang führt dazu_f daß das Metall an der Spitze radial naoh außen gedrückt wird· Da der Abklemmvorgaa^g jedoch an einem Sndabsohnitt dee Rohlings stattfinde^! dessen Durchmesser nioht verringert ist, wird das Metall tiadial welter naoh Ättßen bewegt als im "Falle

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der Spitze nach Pig. 1, und zwar in einem Bolohen Ausmaß, daß die maximale Querabmeesung der Spitze unzulässig groß wird, weil sie zur Herstellung eines Kernlochee mit Übergröße führen würde* · /

Wenn der Rohling daher zur Herstellung des Gewindes 11 ! weiter bearb.eitet wird, verwendet man ein Gesenk 251 wie es

schematiech in Fig. 5 angedeutet ist. Dieses Gesenk weist ι zusätzlich zum Abschnitt 26 für die Erzeugung der üblichen ' Gewindeform einen weiteren glatten Abschnitt 27 auf, welcher

auf das zur Erzeugung der Spitze abgeklemmte Ende des . Rohlings einwirkt.

• *

'Die ebene Fläche 28 dee Abschnittes 27 des Gesenkes liegt in einer Ebene, die nicht genau parallel zur Sohraubenaob.se verläuft, sondern mit dieaer'-einen kleinen Winkel einschließt« Mit anderen Werten, dieser Abschnitt der.Fläche dee Gesenkes ist gemäß Fig. 5 etwas zurückgenommen» Natürlich ist in der vergrößerten Darstellung der Freiwinkel der Fläche 28 etwas Übertrieben· Die zwischen den flaohen Gesenken 25 auf die Spitze einwirkende Rollwirkung verringert, den Durchmesser des beim Abklemmvorgang radial herausgedrückten Abschnitts. Das Metall wird daher länge der Kanten 19 in Umfangsriohtung versetzt und bildet an jeder rorei liegenden Seltenwendung 17 der Bohrnuten einen verdickten oder herauagewölbten Abschnitt 24» der in die Kanten 19 jeder Bohrnut übergeht. . . " '

Die Rollwirkung der ebenen Flächen 28 der eueamm»nwirkenden Gesenke führt außerdem dazu, daß dfti herausgedrückte Metall gewalcst wird, eo daß die Fläoh· ,15 die Form echter gylinderabeoonitte annehmen. HUrduroh wird dli Bohrwirkung

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der Schraube verbessert, wenn man diese in einem Werkzeug verwendet, welches auf die Schraube eine Schlagwirkung ausübt und dieser gleichzeitig eine Drehbewegung erteilt, so daß sie sioh in einem Werkstück aus Blech ihr eigenes Kernloch schafft.

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Claims

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Patentansprüche

elbstschneidende Schraube, deren mit Gewinde versehener Schaft an einem Ende einen Kopf und am anderen. Ende eine Spitze aufweist, dadurch gekennzeichnet, da3 die Spitze mit einer Anzahl über den gleichen Winkel mit Abstand um. die Schraubenachse verteilter, glatter Anbohrflächen (15) sov/ie jeweils zwischen diesen mit Bohrnuten (16) versehen ist, wobei sich jede Anbohrfläche (15) von der Spitze aus radial nach außen in Richtung des Kopfes (12) der Schraube erstreckt und jede Bohrnut (16) eine in einer radial gerichteten Achsebene oder Parallel zu dieser verlaufende, in Drehrichtung vorn liegende Seitenwandung (17) aufweist, deren Außenkante (19) in die unmittelbar daneben liegende Anbohrfläche (15) übergeht und eine Scher- und Anbohrkante bildet, wenn auf die Schraube axial gerichtete Schläge und ein Drehmoment einwirken·

2* Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese je zwei Anbohrflächen (15) und Bohrnuten (16) aufweist, und daß das auf ihrem Schaft (1o) vorgesehene : Gewinde (11) zweigängig ist·

3· Schraube nach Anspruch 2_t* dadurch gekennzeichnet, daß jede Bohrnut (16),zwischen ihren Seitenwandungen (17»18) einen ebenen Uutengrund (22) aufweist, der sich, von der \ : Spitze radial nach außen und in Richtung des Kopfes (i2) der Schraube erstreckt.

4· Schraube nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß

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die in Brehrichtung vorn liegenden Seitenwandungen (17) der Bohrnuten (16) in einer gemeinsamen Diametralebene und die in Drehrichtung hinten liegenden Seitenwandungen (18) in parallelen Ebenen liegen, die von der Bohraubenaohee den gleichen Abstand haben, wobei zwieohen den beiden Bohrnuten (16) über die Sohraubenaohse hinweg ein verhältnismäßig breiter Steg (23) vorhanden iet.

5. Schraub* nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet» daJ die Scher- und Anbohrkante (19) Jeder vorn liegenden Seitenwandung (17) der Bohrnuten (16) einen ersten Abschnitt» der eich vom Schaft (1o) radial nach außen

- in Richtung der Spitze eratreokt und an einen Zwischenpunkt (2o) herangeht, sowie einen zweiten Kartenabschnitt (21) aufweist, der sich vom Zwisohenpunkt (2d) radial nach innen und nach unten zur Spitze eratreokt, wobei der radiale Abstand dee Zwischenpunktes (2o) von der Schraubenaohse größer ist als der Radius dee Kernes des SohraubenschafteB (io)·

6. Schraube nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der von den ebenen Nutengrunden (22) der Bohrnuten (16) eingeschlossene Winkel an der SpitB· der Schraube· etwa · 4o° und der Winkel zwischen den «weiten Abschnitten (21) der Scher- und Anbohrkanten (19) ewieohen 9o° und 14-0° beträgt.

7. Schraube nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daJ die Spitze durch einen Abklemmvorgang an das Ende eines einheitlich zylindrischen Rohlinge angeformt und das herausgedrückte Material an den Zwisohenpunkten (go)

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der oCiier- und Anbohrkanten (19) durch Abrollen zwischen glatten Gesenken (25) radial so weit nach innen versetzt ist, daß en der Außenkante -j ader in Or einrichtung vorn liegenden Seitenwandung (17) der Bohrnuten (16) eine örtliche Verdickung (24) verbleibt.

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