DE2537446B2

DE2537446B2 - Selbstschneidende Blechschraube

Info

Publication number: DE2537446B2
Application number: DE19752537446
Authority: DE
Inventors: Fumio Osaka Hirabayashi (Japan)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-08-22
Filing date: 1975-08-22
Publication date: 1978-11-02
Also published as: DE2537446C3; DE7526601U; DE2537446A1

Description

Die Erfindung betrifft eine selbstschneidende Blechschraube mit Gewindeschaft und zugespitztem Eindringende, wobei das Eindringende als zur Längsachse des Gewindeschafts symmetrische und im Spitzenbereich scharfkantige Pyramide ausgebildet ist. — Selbstschneidende Blechschrauben sind solche Schrauben, die sich beim Einschrauben in ein Blech ihr Gewinde selbst schneiden, so daß also ein besonderer Gewindeschneidearbeitsgang entfallen kann. Insbes. bezieht sich die Erfindung dabei auf solche selbstschneidenden Blechschrauben, mit denen zugleich beim Einschrauben das Führungsloch hergestellt wird, so daß auch auf einen

besonderen Bohrarbeitsgang verzichtet werden kann.

Bei einer bekannten selbstschneidenden Blechschraube der eingangs beschriebenen Gattung (vgl. GB-PS 9 57 626) weist das pyramidenförmige Eindringende auf ganzer Länge scharfe Kanten auf, die unmittelbar in den Gewindeschaft übergehen. Beim Einschrauben in ein Blech wird zunächst ein Führungsloch von zunehmendem Durchmesser durch die scharfen Pyramidenkanten aufgerieben. Das erfolgt über die ganze Länge der Pyramide spanabhebend, wobei allenfalls ein geringfügiger Grat aufgedrückt wird. Ist die Pyramide bis zu ihrem Fuß ins Blech eingedrungen, so beginnt das Gewinde zu greifen, um sich seinen Gewindegang in das Blech schneiden. Dabei erfolgt eine radiale Aufweitung des Gewindeloches, eine nennenswerte Ausdehnung in axialer Richtung tritt dabei aber nicht ein. Diese bekannte gattungsgemäße Blechschraube läßt sich zwar in einem Arbeitsgang in ein Blech einschrauben, dabei wird aber nur ein Bund von geringer Höhe ausgebildet, der nur die Ausbildung von wenigen Gewindegängen zuläßt, ferner führt die ausgeprägte lokale Materialbeanspruchung des Bleches zu ungleichmäßiger Wandstärke des Bundes und zur Ausbildung von Rissen. Infolgedessen erfahren diese bekannten gattungsgemäßen Blechschrauben nur einen unzureichenden Halt im Blech und besteht außerdem wegen der Ungleichmäßigkeit der Wandstärke die Gefahr, daß eine Schraube schräg in das Blech eindringt.

Im übrigen sind selbstschneidende Blechschrauben anderer Gattung bekannt (vgl. DT-AS 18 11 695), die bezüglich der Längsachse des Gewindeschafts nicht symmetrisch ausgebildet sind. Infolgedessen kommt es beim Eindrehen solcher Schrauben zu Vibrationen, die Unrundheit und eine Aufweitung des Schraubenloches über das vorgesehene Maß hinaus zur Folge haben. Bei diesen Blechschrauben anderer Gattung ist ein mehr oder weniger abgerundeter Übergangsbereich zwischen Eindringende und Gewindeschaft vorgesehen, in dem eine spiralförmig verlaufende Ausnehmung vorgesehen ist, die in das Schaftgewinde übergeht und die Blechschraube in das Loch hineinziehen soll. Dabei treten gleichfalls beträchtliche, zur Ausbildung von Rissen führende lokale Materialbeanspruchungen im Blech auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbstschneidende Blechschraube der eingangs beschriebenen Gattung so weiterzubilden, daß die Höhe des beim Eindrehen der Blechschraube gebildeten Bundes vergrößert und die Bildung von Rissen in der Lochwandung vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer selbstschneidenden Blechschraube der eingangs beschriebenen Gattung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß in einem Übergangsbereich zur Basis der Pyramide die Pyramidenkanten mit zum Gewindeschaft hin zunehmendem Krümmungsradius abgerundet sind.

Damit wird erfindungsgemäß erreicht, daß die eingangs erläuterte Arbeitsweise nur so lange stattfindet, wie die scharfen Pyramidenkanten am Blech in Eingriff stehen. Ist das Führungsloch so weit aufgerieben, daß die scharfen Kanten freigehen, so wird bei weiterem Eindrehen der erfindungsgemäßen Blechschraube das Blech durch die abgerundeten und sich zum Gewindeschaft hin verbreiternden Pyramidenkanten ohne weiteres Zerspanung zu einem Bund aufgebördelt. Damit entsteht ein Bund von wesentlich größerer Höhe, der der erfindungsgemäßen Blechschraube einen verbesserten Halt bietet, und werden

außerdem hohe lokalisierte Materialbeanspruchungen vermieden, die zur Rißbildung in der Lochwandung führen könnten.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. In der nachfolgenden Beschreibung sind unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Blechschraube von der Seite gesehen;

F i g. 2 das untere Ende dieser Blechschraube in vergrößertem Maßstabe;

Fig.3 einen Schnitt durch Fig.2 längs der Linie HI-III;

F i g. 4 einen Schnitt durch F i g. 2 längs der Linie IV-IV;

F i g. 5 einen Schnitt durch F i g. 2 längs der Linie V-V;

Fig.6 das Aufbohren eines kleinen Führungsloches durch das scharfkantige spitze Ende;

F i g. 7 das Aufweiten des Loches unter Ausbildung eines glatten Bundes an der Rückseite des B! jenes;

F i g. 8 eine perspektivische Darstellung des pyramidenförmigen Endes eines zweiten Ausführungsbeispiels;

Fig.9 einen Schnitt durch Fig.8 längs der Linie IX-IX;

Fig. 10 eine der Fig.8 entsprechende Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels;

Fig. 11 einen Schnitt durch Fig. 10 längs der Linie XI-XI;

Fig. 12 eine der Fig.8 entsprechende Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels;

Fig. 13 einen Schnitt durch Fig. 12 längs der Linie XIII-XIII;

Fig. 14 eine Seitenansicht der Spitze eines fünften Ausführungsbeispieles;

Fig. 15 einen Schnitt durch Fig. 14 längs der Linie XV-XV;

Fig. 16 die Schraubenspitze eines sechsten Ausführungsbeispieles;

Fig. 17 einen Schnitt durch Fig. 16 längs der Linie XVII-XVII; und

Fig. 18 die Spitze eines siebenten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Blechschraube von der Seite gesehen.

Das in den F i g. 1 bis 5 dargestellte erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Blechschraube 10 hat einen üblichen Schraubenkopf 11, an den sich ein üblicher Gewindeschaft 12 zylindrischer Ausbildung anschließt, der in ein pyramidenförmiges Ende 13 übergeht, welches in eine Spitze 14 ausläuft. Dieses pyramidenförmige Ende 13 weist keinerlei Gewindegänge auf und ist in zwei Teile unterteilt, und zwar ein spitzes Ende 15 mit scharfen Kanten 16, welche von der Spitze 14 aus divergieren, und einen Pyramidenstumpf

17 mit abgerundeten Kanten 18, wobei das spitze Ende 15 eine Höhe Λ (F i g. 2) und quadratischen Querschnitt (Fig.3) hat, während der Kegelstumpf durch die Schnittlinien III-III und V-V begrenzt wird und zum unteren Ende des Gewindeschaftes 12 hin allmählich einen größeren Durchmesser erhält. Dabei wird auch die gekrümmte Fläche einer jeden abgerundeten Kante

18 breiter und breiter, je größer der Durchmesser dieses Kegelstumpfes 17 wird. Das spitze Ende 15 dient zum Bohren oder Einschneiden eines Führungsloches in das Blech, während der Kegelstumpf 17 im wesentlichen das Loch erweitert und einen Bund ausbildet, wie dies im einzelnen noch zu beschreiben sein wird. Das pyramidenförmige Ende 13 der in den Fig. 1 bis 15 dargestellten Blechschraube kann statt eines viereckigen Querschnittes auch ebensogut einen dreieckigen oder einen anderen mehreckigen Querschnitt aufweisen.

Bei der vorbeschriebenen Konstruktion der Blechschraube 10 liegt der Spitzenwinkel des pyramidenförmigen Endes 13, der in F i g. 3 mit Q angedeutet ist, zwischen 25° und 65°, je nachdem, wie hart das Blechmaterial ist, in welches eine derartige Blechschraube eingeschraubt werden sol). So beträgt dieser Spitzenwinkel bei einem Blech 19 aus hartem Werkstoff wie Stahl oder dgl. 25°, während der Spitzenwinkel 65° beträgt, wenn das Blech 19 aus Aluminium oder ähnlichem weichem Material besteht. Entsprechend der Härte eines Bleches kann auch die Anzahl der Seiten des pyramidenförmigen Endes verändert werden. Im allgemeinen wird die Anzahl der Seiten dieses pyramidenförmigen Endes vergrößert, je härter das Blech ist. Andererseits sollte das pyramidenförmige Ende höchstens zehn Seiten aufweisen, da es andernfalls einem kreisrunden Kegel sehr nahe kommt, so daß die Spannungskonzentration an jeder dieser vielen abgerundeten Kanten zerstreut wird und das Anfangsloch 20' (Fig. 6) nicht wirkungsvoll genug aufgeweitet werden kann, um einen Bund 21 in der gewünschten Höhe auszubilden, ohne daß dabei um das Loch 20 herum unerwünschte Risse entstehen. Die Höhe oder Länge h des spitzen Endes 15 wird entsprechend der Dicke des Bleches 19 bestimmt. Auch die Form und

ίο Krümmung dieser abgerundeten Kanten 18 wird entsprechend der Blechdicke und entsprechend der Materialeigenschaften des Bleches festgelegt.

Wenn eine derartige Blechschraube 10 mit einem bekannten kraftbetriebenen Schrauber in ein Blech 19

j) eingeschraubt wird, durchstößt die Spitze 14 zunächst an der gewünschten Stelle das Blech 19 und bildet im Blech ein kleines Führungsloch, welches dann durch die scharfen Kanten 16 erweitert wird, um ein Anfangsloch 20' auszubilden, wie dies in F i g. 6 dargestellt ist. Sobald das Führungsloch 20' bis auf einen Durchmesser d erweitert ist, welcher im wesentlichen dem größten Außendurchmesser des spitzen Endes 15 entspricht, dringt das kegelstumpfförmige Teil 17 in dieses Loch 20' ein und erweitert es zu einem Loch 20 unter gleichzeitiger Ausbildung eines kreisrunden Bundes 21, der sich von der Rückseite 22 des Bleches 19 abhebt, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Die nachfolgenden Gewindegänge 23 des Gewindeschaftes 12 bilden alsdann in diesem Bund 21 entsprechende Gewindegän-

■)» ge aus, so daß die Blechschraube im ganzen fest eingeschraubt werden kann.

Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung des kegelstumpfförmigen Teils 17 des unteren 13 der Blechschraube, d. h. infolge der sich allmählich ver-

3j breiternden abgerundeten Kanten 18 dieses Teiles 17 (F i g. 2, 6 und 7), läßt sich das zunächst in das Blech 19 mit Hilfe des scharfkantigen spitzen Endes 15 eingebohrte kleine Führungsloch 20' glatt und allmählich derart vergrößern oder aufweiten, daß ein Bund 21

'"■ in der erforderlichen Höhe entsteht, ohne daß dabei das Blech eingerissen wird. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird außerdem aber auch erreicht, daß die Innenwandung des Loches 20 sowie des Bundes 21 glatt bleibt, d. h. also keinerlei Einkerbungen aufweist, bevor ■ die Crewindegänge 23 das entsprechende Innengewinde in diese Wandung schneiden.

Die Effizienz der vorbeschriebenen Grundausbildung einer erfindungsgemäßen Blechschraube läßt sich noch

erhöhen, wie dies anhand der in den Fig. 8 bis 17 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiele erläutert werden soll. Dabei geht es vor allem darum, die beim Bohren des Führungsloches entstehenden Späne sicher zu entfernen. Dieses Entfernen von Spänen ist besonders wichtig, da sie oftmals die Innenwandung des Loches 20 sowie des Bundes 21 beschädigen und dadurch eine Rißbildung begünstigen. Es ist einleuchtend, daß das Loch 20 so glatt wie irgendmöglich ausgebildet werden muß, um die Ausbildung des Bundes 20 in der gewünschten Höhe ohne Risse zu erleichtern und einen festen Schraubensitz zu erreichen. Außerdem erschwert das Vorhandensein von Spänen das Einschrauben der Blechschraube.

Aus diesem Grunde ist im spitzen Ende 15a bei dem in den F i g. 8 und 9 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel in zwei einander gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Einkerbung 24a ausgebildet, welche jeweils von der Spitze 14 aus längs der entsprechenden scharfen Kante 16 nach oben verläuft, so daß eine spitzwinklige Schneidkante 25a und eine glatte senkrechte Schneidbrust 26a entstehen, welche diagonal zur senkrechten Achse des pyramidenförmigen Endes 13 verlaufen, wie dies in den F i g. 8 und 9 dargestellt ist. Dadurch können von diesen Schneidkanten 25a erzeugte Späne durch diese Einkerbungen 24a leicht entfernt werden.

Das in den Fig. 10 und 11 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel weist ein spitzes Ende 15£> auf, welches zur Hälfte diagonal aufgeschnitten ist, so daß eine senkrechte Schneidbrust 266 und zwei spitzwinklige Schneidkanten 25b entstehen. Dadurch werden die Späne in der Hauptsache durch diese Schneidkanten 25b erzeugt und können ohne Schwierigkeiten durch den an der Schneidbrust entstehenden Freiraum entfernt werden.

Bei dem in den Fig. 12 und 13 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel sind im unteren Ende 13 eine oder mehrere Keilnuten 27 in zwei oder in allen Seitenflächen des spitzen Endes 15c ausgebildet, welche jeweils geradlinig zur Spitze 14 hin verlaufen. Dabei können diese Keilnuten 27 auch durch irgendwelche anderen adäquat geformte Nuten ersetzt werden. Bei Ausbildung des Loches entstehende Späne können infolgedessen ohne Schwierigkeiten durch diese Nuten 27 entfernt werden.

Außer einer leichten Spanenlfernung ergibt sich bei den vorbeschriebenen Abwandlungen der weitere Vorteil, daß die Höhe des Bundes 21 wesentlich leichter in der gewünschten Höhe erzielbar ist, da der Durchmesser des anfänglichen Führungsloches 20' kleiner ist als bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß I ι g. 1 bis 5. Dies rührt einmal daher, daß das spitze l.nde 15a. Mb b/u. 15r jeweils teilweise eingeschnitten oder ausgeschnitten ist und zum anderen, daß die entstehenden Späne schnell und sicher entfernt werden. Welche Ausbildungsform jeweils gewählt wird, hängt weitgehend von der Härte, der Dicke und anderen Eigenschaften eines Bleches 19 ab, in welches eine derartige Blechschraube 10 eingeschraubt werden soll.

Das in den Fig. 14 und 15 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel weist im spitzen Ende 15c/ des unteren Endes 13rfder Blechschraube eine spiralförmig verlaufende Nut 28 auf, welche nahe der Spitze 14 beginnt und bis zum kegelstumpfförmigen Teil 17, d.h. bis zu dessen Beginn, in der gleichen Richtung wie die Gewindegänge 23 des Gewindeschaftes 12 verläuft, so daß nicht nur die Späne durch diese Nut 28 leicht entfernt werden können, sondern das Bohren des kleinen Führungsloches wesentlich erleichtert wird, da das spitze Ende 15c/ sich infolge der Spiralnut 28 selbst in das Blech hineinziehen kann. Infolgedessen wird zum Einschrauben kein sehr hohes Antriebsdrehmoment benötigt und außerdem wird verhindert, daß das Blech 19 in unerwünschter Weise eingedrückt oder eingebeult wird. Dabei kann diese Spiralnut 28 auch zusammen mit irgendeiner der Ausbildungen der Ausführungsbeispiele 2 bis 4 verwendet werden.

Ein sechstes Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 16 und 17 dargestellt, bei welchem im pyramidenförmigen unteren Ende 13e der Blechschraube wenigstens eine senkrechte Vertiefung 24e in jeder oder in einigen Pyramidenseiten zwischen den scharfen Kanten 16 ausgebildet ist, welche in das kegelstumpfförmige Teil 17 hineinläuft. Auf diese Weise werden die beim Bohrvorgang des spitzen Endes 15e entstehenden Späne in diese Vertiefungen 24e hineingeleitet und können aus diesen entweichen, so daß die Innenwandung des Bundes 21 nicht beschädigt wird. Da hierdurch außerdem die Reibungsfläche des pyramidenförmigen Endes verkleinert wird, wird das Antriebsdrehmoment wirkungsvoller zur Ausbildung des Bundes 21 in der gewünschten Höhe ausgenutzt.

Bei dem in Fig. 18 dargestellten siebenten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem pyramidenförmigen unteren Ende 13 und den Gewindegängen 23 des Gewindeschaftes 12 ein glattes zylindrisches Stück 29 vorgesehen, dessen Durchmesser gleich dem Flankendurchmesser der Gewindegänge 23 oder kleiner als dieser Flankendurchmesser ist. Wenn dieses zylindrische Teil 29 durch den Bund 21 hindurchgedrückt wird, so wird dieser dadurch dieser Zylinderform angepaßt, so daß er zum einen einen fast kreisrunden Querschnitt erhält und zum anderen rechtwinklig zum Blech 19 verläuft. Infolgedessen wird der Gewindeschaft 12 ohne Verkantung in das Blech und den Bund 21 hineingeführt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Selbstschneidende Blechschraube mit Gewindeschaft und zugespitztem Eindringende, wobei das Eindringende als zur Längsachse des Gewindeschafts symmetrische und im Spitzenbereich scharfkantige: Pyramide ausgebildet ist,_ dadurch gekennzeichnet, daß in einem Übergangsbereich zur Basis der Pyramide die Pyramidenkanten (18) mit zum Gewindeschaft hin zunehmendem Krümmungsradius abgerundet sind.

2. Blechschraube nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß im Spitzenbereich (\5a) wenigstens eine Einkerbung (24a) ausgebildet ist, die von der Spitze (14) längs einer der Kanten (16) verläuft und mit der Kante (16) eine von der Spitze (14) aus nach oben verlaufende Schneidkante (25a) sowie eine von dieser Schneidkante zur Längsachse hin verlaufende glatte Schneidbrust (26a) bildet (Fig. 8-9).

3. Blechschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Spitzenbereich (\5b)e'me bis zur Längsachse reichende Stufe mit diagonal durch zwei einander gegenüberliegende Kanten (16) verlaufender Schnittfläche vorgesehen ist, die eine Schneidbrust (26b) mit zwei spitzwinkligen Schneidkanten (25tybildet (F i g. 10-11).

4. Blechschraube nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer Seite im Spitzenbereich (i5c) wenigstens eine etwa keilförmige Nut (27) ausgebildet ist, welche von der Spitze (14) geradlinig zum Übergangsbereich (17) verläuft (Fig. 12-13).

5. Blechschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenbereich (15d) eine spiralförmig von nahe der Spitze (14) zum Übergangsbereich (17) in gleicher Richtung wie die Gewindegänge (23) des Gewindeschaftes (12) verlaufende Nut (28) aufweist (F ig. 14—15).

6. Blechschraube nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer der Seitenflächen der Pyramide (13ej wenigstens eine zwischen den Kanten (16) in axialer Richtung verlaufende Nut (24e) ausgebildet ist (F i g. 16-17).

7. Blechschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gewindeschaft (12) und dem pyramidenförmigen unteren Ende (13) ein glattes zylindrisches Stück (29) vorgesehen ist, dessen Durchmesser gleich oder kleiner ist als der Flankendurchmesser des Gewindeschaftes (12) (F ig. 18).