DE2405430A1 - SELF-TAPPING SCREW - Google Patents
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Description
PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS
Dr. - ing. HANS RUSCKKEDr. - ing. HANS RUSCKKE
Dip!.-ing. OUF RUSOHKE P 795Dip! .- ing. OUF RUSOHKE P 795
Dipi.-ing.KAM3 E. RtSCHKEDipi.-ing.KAM3 E. RtSCHKE
1 BERLIN 33
Augiiste-Viktoria-Straße. 651 BERLIN 33
Augiiste-Viktoria-Strasse. 65
Pioneer Screw & Nut Company, Elk Grove, Village / Illinois, USA.Pioneer Screw & Nut Company, Elk Grove, Village / Illinois, USA.
Selbstschneidende SchraubeSelf-tapping screw
Die Erfindung betrifft eine selbstschneidende und sich selbst verriegelnde Schraube.The invention relates to a self-tapping and to itself locking screw.
Die selbstschneidende Schraube nach der Erfindung weist einen geformten zylindrischen Schaft mit einem von einem Antriebsende abgehenden Körperteil und mit einem von dem zum Antriebsende entgegengesetzten Ende abgehenden und in das Werkstück eindringenden Teil, welcher letztgenannte Teil über dessen gesamte Länge hinweg unter einem ersten vorherbestimmten Winkel in bezug auf die Längsachse des zylindrischen Schaftes spitz zuläuft und in einer stumpfen Spitze endet, mit einem am Schaft geformten Außengewinde, das sich von der genannten Spitze aus in den Körperteil hineinerstreckt, und mit einer Anzahl von im wesentlichen ebenen Facetten am Schaft, die an dessen Umfang in Abständen angeordnet sind und in dessen Längserstreckung von der genannten Spitze aus bis zu vorherbestimmten Stellen am Körperteil erstrecken, wobei Jede der genannten Facetten in bezug auf die LängsachseThe self-tapping screw according to the invention has a shaped cylindrical shaft having a body portion extending from a drive end and one extending from the drive end opposite end outgoing and penetrating into the workpiece, the latter part over its entire length tapered away at a first predetermined angle with respect to the longitudinal axis of the cylindrical shaft and in ends with a blunt point, with an external thread formed on the shaft, which extends from said point into the body part extending into it, and having a number of substantially planar facets on the shaft spaced around its circumference are and extend in its longitudinal extent from said tip to predetermined points on the body part, each of said facets with respect to the longitudinal axis
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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
des Schaftes unter einem zweiten vorherbestimmten Winkel verläuft und das Gewinde im wesentlichen innerhalb der gesamten Länge der Facette anschneidet.of the shaft extends at a second predetermined angle and tapping the thread within substantially the entire length of the facet.
Gegenstand der Erfindung ist ein gewindeschneidendes und sich selbst verriegelndes Befestigungsmittel mit einer besonders ausgestalteten gewindeschneidenden Spitze, die dem Befestigungsmittel die größte Haltekraft bei geringsten .Treibdrehmoment verleiht und ein Zurückdrehen aus einem Loch verhindert.The subject of the invention is a thread-cutting and self-locking fastening means with a specially designed thread-cutting tip that gives the fastener the greatest holding force with the lowest driving torque and prevents turning back out of a hole.
Die besonders ausgestaltete Spitze dieses Befestigungsmittels stellt einen außerordentlich festen Sitz zwischen dem Befestigungsmittel und dem geschnittenen Gewinde her, während zugleich das Treibdrehmoment gering gehalten und das Lockerungsdrehmoment auf dem höchsten Wert gehalten wird, wobei eine Selbstverriegelung des Befestigungsmittels erfolgt.The specially designed tip of this fastening means provides an extremely tight fit between the fastening means and the cut thread, while at the same time the drive torque is kept low and the loosening torque up the highest value is maintained, with a self-locking of the fastener.
Bei einer bevorzugten Ausführung dieses Befestigungsmittels sind an der Spitze in drei gleichen Winkelabständen Facetten vorgesehen, die in bezug auf die Achse des Schaftes die gleiche Neigung aufweisen wie die Spitze, jedoch über eine größere Strecke verlaufen als der spitz zulaufende Teil.In a preferred embodiment of this fastening means there are facets at the tip at three equal angular distances provided which have the same inclination with respect to the axis of the shaft as the tip, but over a greater distance run as the tapered part.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist das Gewinde des Befestigungsmittels verhältnismäßig scharf ausgestaltet, wobei die Spitzenbreite weniger als oder bis zu 1/8 der Gewindesteigung beträgt. Weiterhin übersteigt die Länge der Facetten die Länge des spitz zulaufenden Teiles um mindestens eine halbe .Gewindesteigung. In this preferred embodiment, the thread of the Fastening means designed relatively sharp, the tip width less than or up to 1/8 of the thread pitch amounts to. Furthermore, the length of the facets exceeds the length of the tapering part by at least half a thread pitch.
Weitere Merkmale der Erfindung betreffen die besondere Anordnung der Teile des selbstschneidenden und sich selbst verriegelnden Befestigungsmittels und zusätzliche Wirkungsmerkmale.Other features of the invention relate to the particular arrangement of the parts of the self-tapping and self-locking Fastener and additional properties of action.
Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In der beiliegenden Zeichnung ist dieThe invention will now be described in detail. In the accompanying drawing is the
Fig; 1 eine Seitenansicht eines Rohlings, aus dem die selbstschneidende Schraube nach der Erfindung angefertigt wird,Fig; 1 is a side view of a blank from which the self-tapping Screw is made according to the invention,
Fig. 2 eine Ansicht des in der Fig.1 dargestellten Rohlings, von dessen rechtem Ende aus gesehen,FIG. 2 is a view of the blank shown in FIG seen from its right end,
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Fig. 3 eine-Seitenansicht des aus dem in der Fig.1 dargestellten Rohling hergestellten selbstschneidenden Befestigungsmittels nach der Erfindung und dieFIG. 3 is a side view of the one shown in FIG Blank produced self-tapping fastener according to the invention and the
Fig. 4- eine "Vorderansicht des in der Fig.3 dargestellten Befestigungsmittels, vom rechten Ende aus gesehen.Fig. 4- "A front view of the fastening means shown in Fig. 3, seen from the right end.
Die Figuren 1 und 2 zeigen einen als Ganzes mit 10 bezeichneten Schraubenrohling mit einem. Sechskantkopf 15» der aus einem Sechskantkopfteil 16 und einem ringförmigen Flansch 17 besteht, dessen Durchmesser etwas größer ist als der des Kopfteiles 16. Der Kopfteil 15 setzt sich koaxial in einem kreisrunden zylindrischen Sch.aft 20 fort, der aus einem echt kreisrunden zylindrischen Körperteil 21 und aus einem spitz zulaufenden und in ein Werkstück eindringenden Teil 23 besteht, der in einer ebenen und allgemein kreisrunden Spitze 25 endet. Der Körperteil 21 wird vorzugsweise wesentlich langer bemessen als der spitz zulaufende und in ein Werkstück eindringende Teil 23, dessen Längserstreckung B, längs der Achse des Schaftes 20 gemessen, mit der Längsachse des' Schaftes 20 einen Winkel G bildet.Figures 1 and 2 show a screw blank designated as a whole by 10 with a. Hexagon head 15 »the one from one Hexagon head part 16 and an annular flange 17 consists, the diameter of which is slightly larger than that of the head part 16. The head part 15 sits coaxially in a circular cylindrical Shaft 20 continues, which consists of a truly circular cylindrical body part 21 and a tapering and into a Workpiece penetrating part 23 which ends in a flat and generally circular tip 25. The body part 21 is preferably dimensioned to be considerably longer than the tapered one and part 23 penetrating into a workpiece, the longitudinal extension B of which, measured along the axis of the shaft 20, with the longitudinal axis of the 'shaft 20 forms an angle G.
Die Außenseite des Schaftes 20 ist in drei gleichen Winkelabständen mit Facetten 30 versehen, von denen jede Facette von der Spitze 25 aus nach rückwärts zum Kopf 15 über eine vorherbestimmte Strecke in den Körperteil 21 hinein verläuft und an der Stelle 31 endet, jede Facette 30 bildet eine im wesentlichen ebene Oberfläche mit einer Länge A, in axialer Richtung des Schaftes 20 gemessen, die mit der Längsachse des Schaftes einen vorherbestimmten Winkel bildet. Obwohl die Facetten jede geeignete Neigung aufweisen können, so sollen sie jedoch vorzugsweise mit der Längsachse des Schaftes den gleichen Winkel C bilden wie der spitz zulaufende Teil 23, welcher Winkel vorzugsweise 5°-9° und im günstigsten Falle 7»5 beträgt. Wie am besten aus der Fig.2 zu ersehen ist, schneidet jede Facette 30 die Ebene der allgemein kreisrunden Spitze 25 an einer Linie 35 an, die eine Sehne am Umkreis der Spitze bildet, welcher Kreis den Radius r und den Durchmesser d aufweist. Dieser Kreis würde den Umriß der Spitze 25 bilden, wenn die Facetten nicht vorhanden wären.The outside of the shaft 20 is at three equal angular intervals provided with facets 30, each facet from the tip 25 backwards to the head 15 via a predetermined one The route extends into the body part 21 and ends at the point 31, each facet 30 essentially forms one flat surface with a length A, measured in the axial direction of the shaft 20, which coincides with the longitudinal axis of the shaft forms a predetermined angle. Although the facets are any suitable May have inclination, but they should preferably form the same angle C with the longitudinal axis of the shaft as the tapering part 23, which angle is preferably 5 ° -9 ° and in the most favorable case 7 »5. How best from the 2, each facet 30 intersects the plane of the generally circular tip 25 at a line 35, the one The chord at the periphery of the tip forms, which circle has the radius r and the diameter d. This circle would become the outline of the tip 25 if the facets were not present.
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Ais wichtiges Merkmal der Erfindung ist die GleichungAn important feature of the invention is the equation
d = D - 2 (B tg C)d = D - 2 (B tg C)
anzusehen, in der D der Außendurchmesser des Körperteiles 21 des Schaftes 20 ist. Aus den Figuren 1 und 2 ist die Richtigkeit dieser Beziehung zu ersehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist d = D/2. Wie aus den Figuren ferner zu ersehen ist, bilden die Schnittlinien 35 der Facetten 30 mit der Spitze 25 die Tangenten an einem gemeinsamen eingeschriebenen Kreis, der in der Fig.2 mit unterbrochenen Linien dargestellt ist und den Durchmesser d· aufweist. Ein weiteres wichtiges iierkmal der Erfindung stellt die Gleichung dar:in which D is the outer diameter of the body part 21 of the shaft 20. From Figures 1 and 2 is the correctness this relationship can be seen. In a preferred embodiment, d = D / 2. As can also be seen from the figures, form the intersection lines 35 of the facets 30 with the tip 25 the tangents to a common inscribed circle, which is shown in Figure 2 with broken lines and the Diameter d ·. Another important feature of the invention represents the equation:
d± = D - 2 (A tg c).d ± = D - 2 (A tg c).
Obwohl in der Zeichnung die Facetten 30 als ebene Flächen und die Außenseite des spitz zulaufenden und in ein Werkstück eindringenden Teiles 23 als geradlinige Kegelfläche dargestellt wurde, so können natürlich eine der oder beide Flächen ^3 und eine konvexe Außenseite in bezug auf die Längsachse des Schaftes 20 bilden.Although in the drawing the facets 30 are flat surfaces and the outside of the tapering part 23 which penetrates a workpiece is shown as a straight conical surface one or both surfaces ^ 3 and form a convex outer side with respect to the longitudinal axis of the shaft 20.
Die Figuren 3 und 4 der Zeichnungen zeigen eine fertige selbstschneidende und sich selbst verriegelnde Schraube 50 nach der Erfindung. Die Schraube 50 ist aus dem Rohling 10 hergestellt und durch Rollen oder Walzen in an sich bekannter Weise mit einem Außengewinde 40 versehen. Das Gewinde 40 weist die Steigung P und einen ziemlich scharfen Scheitel 45 auf, wobei die Breite L des Scheitels 45 vorzugsweise kleiner als oder gleich P/8 bemessen wird. Obwohl nach der Darstellung das Gewinde 40 sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Schaftes 20 von der Spitze 25 aus bis zum Flansch 17 erstreckt, so braucht der Schaft 20 nicht unbedingt mit einem bis zum Flansch 17 verlaufenden Gewinde versehen zu sein. Ein wichtiges Iierkmal der Erfindung ist jedoch darin zu sehen, daß das Gewinde 40 sich über den Anfang des spitz zulaufenden und in das Werkstück eindringenden Teiles 23 hinaus und in den Körperteil 21 des Schaftes hinein über eine Strecke erstreckt, die mindestens 3 Gänge des Gewindes 4u umfaßt.Figures 3 and 4 of the drawings show a finished one self-tapping and self-locking screw 50 according to the invention. The screw 50 is made from the blank 10 and provided with an external thread 40 by rolling or rolling in a manner known per se. The thread 40 has the pitch P and a fairly sharp vertex 45, the width L of the apex 45 is preferably less than or equal to P / 8 will. Although according to the illustration, the thread 40 extends over substantially the entire length of the shaft 20 of the If the tip 25 extends as far as the flange 17, the shaft 20 does not necessarily have to have a thread extending as far as the flange 17 to be provided. An important Iierkmal of the invention can be seen in the fact that the thread 40 extends over the beginning of the tapering and penetrating into the workpiece part 23 and into the body part 21 of the shaft through a Distance extends which comprises at least 3 turns of the thread 4u.
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Der Körperteil 21 des Rohlings 10 bildet den Gewindeteil 51 der fertigen Schraube 50, während der Teil 23 des Rohlings 10 den spitz zulaufenden und in ein Werkstück eindringenden Seil 53 der fertigen Schraube 50 bildet. Das Gewinde 40 wird am Umfang von den Facetten 30 unterbrochen, wobei die Überschneidung des Gewindes 40 mit den Facetten 30 gewindeschneidende oder stauchende Kanten 55 bildet.The body part 21 of the blank 10 forms the threaded part 51 of the finished screw 50, while the part 23 of the blank 10 carries the rope 53 which tapers to a point and penetrates a workpiece the finished screw 50 forms. The thread 40 is on the circumference interrupted by the facets 30, the intersection of the Thread 40 with the facets 30 thread-cutting or upsetting Edges 55 forms.
Im Gebrauch wird die Schraube 50 in ein vorgebohrtes Loch an einem Werkstück eingesetzt, wobei die gewindeschneidenden Kanten 55 an den Facetten 30 an der Innenseite des Loches angreifen und ein Innengewinde einschneiden, das mit dem Außengewinde 40 an der Schraube 50 übereinstimmt. Wie zu ersehen ist, verlaufen die Facetten 30 nach innen in Richtung zum Kopf 15 über eine Strecke, die gleich einer oder mindestens gleich einer halben Steigung ist und vorzugsweise eine volle Steigung des Gewindes über den Anfang des spitz zulaufenden Teiles 23 hinaus beträgt, so daß mit Sicherheit in das Werkstück ein vollständig rundes Innengewinde eingeschnitten wird. Es wird daher zwischen der Schraube und dem eingeschnittenen Gewinde ein festerer Sitz hergestellt und damit eine stärkere Haltekraft aufgrund des 360 umfassenden Gewindekontaktes, wobei ein Herausdrehen der Schraube aus dem Werkstück vermieden wird, da die Schraube 50 sich selbst verriegelt. Bei dieser Konstruktion erfordert ein Überdrehen der Schraube das größte Drehmoment, Das scharfkantige Gewinde 40 ermöglicht das Einschrauben der Schraube in ein Werkstück unter Anwendung des geringsten Drehmomentes, so daß bei einer hontage diese Schrauben rascher eingeschraubt werden können, wodurch die Produktionsgeschwindigkeit erhöht und die Kosten abgesenkt werden können.In use, the screw 50 is inserted into a pre-drilled hole used on a workpiece with the thread cutting edges 55 engaging the facets 30 on the inside of the hole and cut an internal thread that corresponds to the external thread 40 on the screw 50. As can be seen, proceed the facets 30 inwardly towards the head 15 via a Distance equal to or at least equal to half a pitch and preferably a full pitch of the thread is beyond the beginning of the tapered part 23, so that a completely round one with certainty in the workpiece Internal thread is incised. A tighter fit is therefore created between the screw and the incised thread and thus a stronger holding force due to the 360 comprehensive threaded contact, the screw being prevented from being unscrewed from the workpiece, since the screw 50 is self-contained locked. With this construction, over-tightening the screw requires the greatest torque, the sharp-edged thread 40 enables the screw to be screwed into a workpiece using the lowest possible torque, so that during a hontage these screws can be screwed in more quickly, which increases the production speed and reduces costs can.
Bei der erfindungsgemäßen Schraube wurden die axialen Längen A bezxv. B der Facetten 30 und des spitz zulaufenden l'eiles 23 mit den günstigsten Werten bemessen, um das geringste Drehmoment beim Einschrauben anwenden zu können, während zugleich die stärkste Haltekraft, Verriegelungskraft und das zum Überdrehen der Schraube erforderliche Drehmoment mit dem größten Wert erreicht wird. Es hat sich in dieser Hinsicht gezeigt, daß die NeigungIn the case of the screw according to the invention, the axial lengths A were bezxv. B of the facets 30 and the tapering part 23 dimensioned with the most favorable values in order to be able to use the lowest torque when screwing in, while at the same time the strongest holding force, locking force and the torque required to overtighten the screw with the greatest value will. It has been shown in this regard that the inclination
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der Facetten 30 und der spitz zulaufenden und in ein Werkstück eindringenden Teile 23, die einen vorherbestimmten winkel von 7,5° in bezug auf die Längsachse der Schraube 50 bildet, im Verein mit der Differenz zwischen den Strecken A und B von mindestens einer halben Steigung des Gewindes 40, zu einem besonderen Muster an der Spitze 25 führt, das die Wirksamkeit der Schraube 50 erhöht. Es wird noch darauf hingewiesen, daß die von den Facetten 30 bewirkte allgemein dreieckige Ausgestaltung der Spitze das Einsetzen des Teiles 23 in die am Werkstück vorgesehene Bohrung erleichtert und sichert, daß die Schraube 5o in die Vorbohrung mit geringstem Kraftaufwand eingeschraubt werden kann und ein Gewinde einschneidet.of the facets 30 and the tapered and workpiece-penetrating parts 23 which have a predetermined angle of 7.5 ° with respect to the longitudinal axis of the screw 50 forms in association with the difference between the distances A and B of at least half a pitch of the thread 40, to a particular pattern at the tip 25, which increases the effectiveness of the screw 50 elevated. It should also be noted that the generally triangular configuration of the tip caused by the facets 30 inserting the part 23 into the hole provided on the workpiece facilitates and ensures that the screw 5o in the pilot hole can be screwed in with minimal effort and cuts a thread.
Nach der Erfindung kann der Rohling 10 aus jedem geeigneten Material bestehen, z.B. aus Stahl, nichtrostendem Stahl, aus einer Stahllegierung oder aus Aluminium, wobei anstelle des mit einem Flansch versehenen- sechseckigen Kopfes auch jeder anders ausgestaltete Kopf vorgesehen werden kann. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Länge .B des spitz zulaufenden und in das Werkstück eindringenden Teiles 23 ungefähr gleich drei Gängen des Gewindes 40, während die Länge A der Facetten 30 ungefähr 4- Gänge des Gewindes 40 umfaßt. Obwohl der Winkel 0 5-9° betragen kann, so hat sich ein Winkel von 7,5 als der günstigste Winkel erwiesen, der bei der bevorzugten Ausführungsform auch vorgesehen ist. Die Schraube 50 kann in jeder gewünschten Größe hergestellt werden, jedoch umfaßt der Größenbereich bei der bevorzugten Ausführungsforni die ,verte von mindestens 4-40 χ 1/4 bis höchstens.5/16-18 χ 3-V^ · Kach der Herstellung des Gewindes 40 wird die Schraube 40 unter Anwendung eines geeigneten Verfahrens geschlichtet und mit einem geeigneten t'iaterial plattiert.According to the invention, the blank 10 can be made from any suitable Material, e.g. made of steel, stainless steel, a steel alloy or aluminum, whereby instead of the with a hexagonal head provided with a flange, any differently configured head can also be provided. With the preferred Embodiment of the invention is the length .B of the tapered and the workpiece penetrating part 23 approximately equal to three turns of the thread 40, while the length A of the facets 30 comprises approximately four turns of the thread 40. Although the Angle 0 can be 5-9 °, an angle of 7.5 has proven to be the most favorable angle, the one in the preferred embodiment is also provided. The screw 50 can be made in any desired size, however, the size range includes in the preferred embodiment, the value of at least 4-40 χ 1/4 to at most 5 / 16-18 χ 3-V ^ · Kach of manufacture of the thread 40, the screw 40 is finished using a suitable method and with a suitable one t'iaterial clad.
Es hat sich gezeigt, daß die selbstschneidende Schraube nach der Erfindung in gleichem Maße wirksam ist in gestanzten, gebohrten oder in Kernlöchern an Gußstücken, Schmiedestücken und Stanzstücken aus eisenhaltigen oder nichteisenhaltigen Werkstoffen. Wurden repräsentative Großen der Schraube 50 nach der Erfindung in V/eicnstah 1 eingeschraubt, so wurden die folgenden DrehmomenteIt has been shown that the self-tapping screw according to the invention is equally effective in punched, drilled or in core holes in castings, forgings and stampings made of ferrous or non-ferrous materials. Were representative sizes of the screw 50 according to the invention screwed into stainless steel 1, the following torques
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größe
in cmScrews
size
in cm
Drehmoment
cm/450 gDriving
Torque
cm / 450 g
drehmoment
cm/450 gaverage Above-
torque
cm / 450 g
drehmoment
cm/450 gfracture
torque
cm / 450 g
An der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können von Sachkundigen im Rahmen des Erfindungsgedankens natürlich Änderungen vorgenommen werden. Die Erfindung selbst -wird daher nur durch die beiliegenden Patentansprüche abgegrenzt.The preferred embodiment of the invention described above can be used by experts within the scope of the inventive concept of course changes are made. The invention itself is therefore only supported by the appended claims delimited.
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