DE2645045A1

DE2645045A1 - Blechschraube

Info

Publication number: DE2645045A1
Application number: DE19762645045
Authority: DE
Inventors: Fumio Hirabayashi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-11-04
Filing date: 1976-10-06
Publication date: 1977-05-12
Also published as: FR2330906B1; BE846219A; DE2645045C3; DE2645045B2; IT1073310B; BR7607251A; AU1785676A; MX146016A; CA1053040A; US4068554A; FR2330906A1; JPS5418613Y2; JPS5262760U

Description

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

Fumio HIRABAYASHI

11-11, 3-chome, Nishimikuni,

Yodogawa-Ku, Osaka, Japan

Blechschraube.

Um eine Schraube in ein dünnes Metallblech fest einschrauben zu können, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Einmal kann in das Blech ein Loch gebohrt werden, dessen Durchmesser größer ist als der Gewindedurchmesser der Schraube, sodaß die Schraube mit ihrem Gewindeschaft durch dieses Loch hindurchgesteckt und mittels einer auf der anderen Seite aufgeschraubten Mutter festgezogen werden kann. Andererseits können auch an den Stellen, an

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denen Schrauben eingeschraubt werden sollen, kleine Löcher eingebohrt oder gestanzt werden, Vielehe anschließend mittels eines konischen Lachwerkzeuges oder dgl. aufgeweitet werden, um einen Bund rund um das aufgeweitete Loch auszubilden, woraufhin mittels eines Gewindebohrers in die Wandung dieses Loches und des hochgebördelten Bundes ein Gewinde eingeschnitten wird, in welches alsdann eine Befestigungsschraube eingeschraubt werden kann. Derartige altherkömmliche Verfahren sind jedoch äußerst zeit- und kostenaufwendig.

Infolgedessen wurden bereits verschiedene Arten selbstschneidender Blechschrauben vorgeschlagen, für deren Benutzung jedoch ebenfalls ein Führungsloch gebohrt werden muß, dessen Durchmesser kleiner' ist als der Gewindedurchmesser dieser selbstschneidenden Blechschrauben. Infolgedessen sind auch derartige Blechschrauben nicht sehr praktisch, da ihre Anwendung zumindest zwei getrennte Arbeitsgänge erfordert, denn es muß auch hier zunächst ein Führungsloch gebohrt werden und erst dann kann die Blechschraube eingeschraubt werden.

Aus diesem Grunde wurden in neuerer Zeit weitere selbstschneidende Blechschrauben entwickelt, deren Gewindeschaft sich verjüngt und in diesem Bereich scharfe Kanten aufweist und schließlich in eine Spitze ausläuft, sodaß mit dieser Spitze in das Blech ein kleines Loch eingeschlagen werden kann, welches dann beim Eindrehen der Schraube mit Gewalt vergrößert und verformt wird, sodaß sich ein kreisrunder Bund bildet, der von der anderen Seite des Bleches absteht. Wenn auch derartige Blechschrauben in gewisser Hinsicht durchaus zweckmäßig sind, da sie sich in einem

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einzigen Arbeitsgang einschrauben lassen, haben sie dennoch eine ganze Reihe von Nachteilen, deren erster und schwerstwiegender darin besteht, daß das Blech nicht nur unmittelbar rund um das kleine Loch herum während des Einpressens des konischen Teiles mit den scharfen Kanten leicht einreißt, sondern daß auch sehr bald Ermüdungsrisse entstehen können. Diese anfängliche Ausbildung von Rissen zieht den zweiten Nachteil nach sich, daß die Ausbildung des hochstehenden Bundes nicht hoch genug ist, sodaß beim Einschrauben der Blechschraube nicht genügend Gewindegänge ausgebildet werden, um einen sicheren Halt der Schraube zu gewährleisten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das durch die Spitze der Blechschraube im Blech ausgebildete Locn nicht nur übermäßig vergrößert wird, sondern auch am Rande teilweise nicht mehr die genügende Wandstärke aufweist, da die scharfen Kanten des verjüngten Teiles das Blech einreißen, wodurch die erwünschte Klemmkraft der Schraube nicht erzielbar ist. Dieser Nachteil wirket sich insbesondere bei Aluminiumblechen oder dgl. weichem Material aus, ebenso wie bei sehr dünnem verzinntem Eisenblech. Ein vierter Nachteil derartiger Blechschrauben besteht darin, daß die Schraube Gefahr läuft, schräg in das Blech einzudringen, da wie bereits erwähnt, die Lochwandung Risse aufweist und ungleichmäßige Wandstärke.

Zur Lösung der vorgenannten Probleme hat der Anmelder bereits in seiner Patentanmeldung P 25 j57 446.3 vom 22. August 1975 eine Blechschraube mit kreiszylindrischem, ein Gewinde aufweisendem Schraubenschaft und im wesentlichen pyramidenförmig zugespitztem Eindringende mit im Übergangsbereich zu den Gevrindegängen abgerundeten Kanten vorgeschlagen. Wenn auch diese Blechschraube

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gegenüber den altherkömmlichen BIeanschrauben eine ganze Reihe von Vorteilen aufweist, so ist ihre Wirkung doch noch nicht vollkommen zufriedenstellend, als die Höhe und Wandstärke des beim Eindrehen der Blechschraube sich von der Rückseite des Bleches um das Führungsloch herum abhebenden Ringbundes nicht immer groß genug sind, um für die Blechschraube einen unbedingt sicheren Halt geben zu können. Dies rührt vor allem daher, daß diese Blechschraube eine scharfkantige Pyramidenspitze mit einer Anzahl scharfer Schneidkanten besitzt, welche das Führungsloch aufbohren und dabei Späne bilden, sodaß die Höhe und die Wandstärke des hochgedrückten Ringbundes um das Bohrloch herum zumindest um den Betrag der Bohrspäne verringert werden und dadurch die Sicherungskraft entsprechend herabgesetzt wird.

Die Erfindung hat sich .daher die Aufgabe gestellt, eine Blechschraube mit kreiszylindrischem, ein Gewinde aufweisendem Schraubenschaft und pyramidenförmig zugespitztem Eindringende derart auszubilden, daß die einer derartigen, in der vorstehend genannten Patentanmeldung beschriebenen Blechschraube anhaftenden vorgenannten Nachteile ausgeräumt werden, sodaß ein unbedingt fester Sitz selbst bei sehr dünnen oder weichen Blechen erzielbar ist und beim Einschrauben in einem einzigen Arbeitsgang das Material des Bleches um das Schraubenloch herum spanlos ohne Rißbildung zu einem den sicheren Schraubensitz gewährleisteten Ringbund verformt wird.

Gekennzeichnet ist eine erfindungsgemäße Blechschraube im wesentlichen dadurch, daß das Eindringende im Bereich der Spitze als regelmäßig oder im wesentlichen regelmäßig polygonale Pyramide

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mit wenigstens fünf Kanten und wenigstens fünf Seitenflächen gestaltet ist und im Übergangsbereich zum Gewinde ebenfalls regelmäßig oder im wesentlichen regelmäßig polygonalen Querschnitt mit weniger Seitenflächen als die Spitze mit wenigstens drei Seitenflächen und wenigstens drei abgerundeten Kanten aufweist, wobei die Krümmungsradien dieser abgerundeten Kanten zum oberen Ende des Eindringendes hin allmählich größer werden.

Weitere Merkmale und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen; es zeigt

Pig.l eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Blechschraube;

Pig.2 das untere Ende des Schraubenrohlings mit daran ausgebildetem Eindringende von der Seite gesehen in vergrößertem Maßstäbe;

Pig.3-6 Schnitte durch Fig.2 längs der Linien III-III, IV-IV, V-V bezw. VI-VI;

Pig.7 das untere Ende der Blechschraube aus Pig.l in vergrößertem Maßstabe nach Ausbildung der Gewindegänge im Rohling der Fig.2;

Pig.8 eine perspektivische Darstellung des Eindringendes der Blechschraube aus Fig.l in nochmals vergrößertem Maßstabe;

Fig.9 das Eindringen der Spitze des Eindringendes in ein Blech zur Ausbildung eines kleinen Führungsloches;

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Pig.10 das weitere Aufweiten dieses Loches unter Ausbildung eines glatten Bundes an der Rückseite des Bleches;

Fig.11 und 12 Teilansichten zweier Abwandlungen in vergrößertem Maßstabe; und

Fig.IJ eine weitere Abwandlung der Erfindung, welche zum Einschrauben in Bleche mit bereits vorgebohrtem Führungsloch bestimmt ist.

Bei dem in den Figuren 1 bis 10 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Blechschraube 10 besitzt diese einen Schraubenkopf 11 mit im wesentlichen kreiszylindrischem ein Gewinde aufweisenden Schraubenschaft 12 und einem im wesentlichen pyramidenförmigen Eindringende I3, welches in eine Pyramidenspitze 14 ausläuft. Dieses Eindringende I3 besitzt im Bereich 15 der Spitze oder im Endbereich wenigstens fünf Kanten 16, welche von der Spitze 14 aus divergieren, sowie einen Übergangsbereich IT zum Gewinde 24 hin in Form eines Pyramidenstumpfes mit wenigstens drei abgerundeten Kanten 18. Mit anderen Worten, das Eindringende 13 besitzt im Bereich 15 der Spitze wenigstens fünf Seitenflächen 19, sodaß der Winkel Φ 1 (Fig.3) zwischen zwei Seitenflächen wenigstens größer sein muß als 108°. Der Übergangsbereich 17 besitzt bei dein in allen Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen im wesentlichen quadratischen Querschnitt, er kann jedoch auch dreieckigen, sechseckigen oder irgendeinen anderen geradzahligen polygonalen Querschnitt aufweisen, doch muß die Anzahl der Seitenflächen 20 dieses Übergangsbereiches 17

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kleiner sein als die Anzahl der Seitenflächen des zugeordneten Spitzennereiches 15- Aus technischen Gesichtspunkten x-iird vorzugsweise jeweils eine geradzahlige Anzahl von Seitenflächen und 20 vorgesehen. Wenn beispielsweise der Übergangsbereieh vier Seitenflächen 20 aufweist, bildet die Grundfläche des pyramidenförmigen Spitzenbereiches 15 vorzugsweise ein regelmäßiges Sechseck oder Achteck.

Bei der vorbeschriebenen Blechschraube 10 betragt der Winkel & (Fig.7) zwischen den Kanten des pyramidenstumpfförmigen Übergangsbereiches 17 vorzugsweise 25 bis 35 > während der Spitzenwinkel Ö- 3 (Fig.7) der Pyramidenspitze 15 gleich oder größer sein sollte als der erstgenannte Winkel. Die Größe dieser Winkel hängt von der Härte und Dicke des vorliegenden Blechmaterials sowie natürlich auch von der Abmessung der Blechschraube selbst ab. Bei Eisenblech oder ähnlich ha.rtem Werkstoff von beträchtlicher Stärke betragen die Winkel vorzugsweise etwa 35 > während bei einem Aluminiumblech oder einem ähnlich weichen Material oder bei relativ geringer Stärke diese Winkel vorzugsweise etwa 25 betragen sollten.

Auch die Anzahl der Seitenflächen I9 und 20 des polygonalen Übergangsbereiches 17 sowie der polygonalen Pyramidenpsitze hängt weitgehend von der Härte und der Stärke des Bleches 21 ab. Vorzugsweise wird bei härterem und stärkerem' Material des Bleches 21 die Anzahl dieser Seitenflächen I9 und 20 vergrößert. Andererseits sollte vermieden werden, im Übergangsbereieh 17 acht oder mehr Seitenflächen 20 vorzusehen, da ein Übergangsbereieh mit derart viel Seitenflächen nahezu kreisrunden Querschnitt auf-

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weist, sodaß die Spannungskonzentration auf diese hohe Anzahl von abgerundeten Kanten 18 verteilt wird und damit das Führungsloeh 22' (Fig.9) nicht wirksam genug aufgeweitet werden kann, um einen Ringbund 23 in gewünschter Höhe auszubilden, ohne daß dabei rund um das Schraubenloch 22 herum Risse entstehen, welche ja g rade vermieden werden sollen.

Der Spitzenbereich oder die Pyramidenspitze 15 hat eine Höhe h (Fig.7)* während die Höhe des Übergangsbereiches 17 gleich H-h ist, wobei h gleich oder kleiner ist als ein Drittel von H, um eine möglichst wirksame Ausbildung des Ringbundes 2J zu erreichen. Im Prinzip werden die am besten geeigneten Werte von h und H entsprechend der Stärke des Bleches 21 bestimmt.

Der größte Durchmesser d, des Übergangsbereiches 17 ist vorzugsweise gleich oder etwas kleiner als der Durchmesser d₂ des Schraubenrohlings 12a (Fig.2), um zu verhindern, daß der auszubildende Ringbund 2J übermäßig aufgeweitet wird. Wenn andererseits die Differenz zwischen dem Gewindedurchmesser D (Fig.7) und dem genannten Durchmesser d-j^ zu groß ist, kann der mit Gewinde versehene Schraubenschaft 12 nicht glatt in das Blech 21 eindringen. Aus diesem Grunde ist der größte Durchmesser d-^ des Eindringendes 15 vorzugsweise größer als der Kerndurchmesser d-, des Schraubengewindes 24. Wie jedem Schraubenfachmann bekannt ist, wird der Gewindedurchmesser D zwangsläufig größer als der Durchmesser dp des Rohlings, wenn die Gewindegänge 24 gerollt werden. Wenn daher der Wert von d, gleich oder nur wenig kleiner als der Wert dp bei der Herstellung des Rohlings gemäß Fig.2 vorher festgelegt wird, ergibt sich ohne weiteres die bevorzugte

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Differenz zwischen D und d-,. Wenn allerdings, wie dies in den Figuren 11 und 12 dargestellt ist, ein Führungsstück 25 mit einem konischen Übergangsteil 26 und einem zylindrischen Teil 27 zwischen dem Gewindeteil 2.K und dem Eindringende 1J> vorgesehen wird, und wenn der Durchmesser d-, dieses zylindrischen Stückes 27 gleich dem größten Durchmesser d, des Übergangsbereiches 17 ist, jedoch kleiner als der Durchmesser d₂ des Rohlings, so kann für den Durchmesser d, im wesentlichen der gleiche Wert gewählt werden wie für den Kerndurchmesser d^. Der besondere Vorteil eines derartigen Übergangsstückes 25 ist ein sehr glattes Eindringen der Schraube in das Blech, selbst wenn dieses hart und relativ dick ist.

Der Durchmesser des Eindringendes I^ nimmt sowohl im Bereich der Spitze wie im Übergangsbereich 24 hin, zu. Wie die Figuren deutlich zeigen, ist der größte Durchmesser des Bereiches 15 wesentlich kleiner als der größte Durchmesser O₁ des Übergangsbereiches 17i wodurch ein ausreichend hoher Ringbund 25 ausgebildet werden kann. Die Krümmungsradien der abgerundeten Kanten 1δ des Übergangsbereiches 17 nehmen zum Gewindeteil der Blechschraube hin allmählich zu, wodurch Rißbildungen um das ausgebildete Schraubenloch 22 herum verhindert werden. Abmessung und Krümmung dieser abgerundeten Kanten 18 werden vorzugsweise entsprechend der Stärke und entsprechend den Eigenschaften des Blechmaterials bestimmt, für welches diese Blechschraube 10 eingesetzt werden soll.

Wenn die Blechschraube 10 mittels eines bekannten Kraftschraubers an der gewünschten Stelle gegen das Blech 21 gedrückt wird, durch-

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sticht die Spitze 14 des Eindringendes 13 zunächst das Blech 21 an dieser Stelle, sbdaß ein kleines Loch entsteht. Dieses kleine Loch wird dann durch den Spitzenbereich 15 des Eindringendes 13 zum Anfangsloch 22' (Pig.9) aufgeweitet. Da das Eindringende 13 im Spitzenbereich 15 mehr als fünf Seitenflächen I9 besitzt und daher alle Kantenwinkel & 1 (Fig.3) mindestens größer als 100° sind, vollbringt Jede der Kanten 16 in dieser Stufe des Aufweitens des Loches kaum eine Schneidarbeit, sodaß als Folge davon kaum Späne entstehen. Sobald die Pyramidenspitze I5 das Anfangsloch 22' ausgebildet hat, dringt der Übergangsbereich I7 in dieses Loch 22' ein und weitet es mit Gewalt zu einem größeren Loch 22 auf, wobei gleichzeitig ein im wesentlichen kreisrunder Ringbund 23 an der Rückseite des Bleches 21 ausgebildet wird (Fig.10). Dadurch, daß festgelegt wird, daß der Winkel & 3 größer 1st als der Winkel §-2, ergibt sich ohne weiteres, daß der Übergangsbereich 17 in das Anfangsloch 22' sehr glatt und ohne Widerstand eindringen kann. Sobald nun das Eindringende I3 den Ringbund 23 ausgebildet hat, wird die Blechschraube mit ihren Gewindegängen 24 durch das aufgeweitete Loch 22 in diesen Ringbund 23 gepreßt und schneidet in diesem ein entsprechendes Innengewinde ein.

Infolge der vorbeschriebenen Ausbildung des Übergangsbereiches 17 mit seinen sich zu den Gewindegängen hin allmählich verbreiternden glatten abgerundeten Kanten l6 läßt sich die Anfangsöffnung 22' mit kleinem Durchmesser, welche vom Spitzenbereich 15 aufgestochen wurde, glatt und allmählich zu einem Ringbund ausreichender Höhe aufweiten, ohne daß dabei im Material Risse entstehen. Außerdem entstehen bei einem derartigen Aufweiten

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des Loches 22' zum Loch 22 weder in der Lochwandung selbst noch in der Innenwandung des Ringbundes 2j5 Risse oder Kratzer.

Bei dem in den Figuren 11 und 12 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgernäßen Blechschraube 10a ist zv/ischen den Gewindegängen 24 und dem Eindringende 13 der Blechschraube ein Führung s s tu eic 25 vorgesehen, welches das Eindringen des Gewindeteiles der Blechschraube in das aufgeweitete Loch 22 gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel noch erleichtert, sodaß diese Ausführung 10a einer erfindungagemäßen Blechschraube sich besonders für harte und relativ dicke Bleche eignet, wenn auch die Herstellungskosten gegenüber der vorbeschriebenen Blechschraube 10 höher sind. Dabei kann dieses Führungsstück 25 aus einem an das Gewindeteil anschließenden, sich nach unten konisch verjüngenden Üuergangsteil 2o und einem sich daran anschließenden zylindrischen Teil 27 bestehen oder es kann auch nur als konisches Übergangsteil 26 oder als zylindrisches Zwischenstück 2'( ausgebildet sein.

Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Blechschraube auch für Bleche 21' (Fig. 13") verwendet werden, welche bereits vorgebohrte Führungslöcher 2& aufweisen. Bei derartigen Blechen ist es naturgemäß nicht erforderlich, eine scharfe Spitze 14 wie in den Figuren 1 bis 12 dargestellt zu verwenden, sondern die Blechschraube kann eine stumpfe Spitze 14a besitzen.

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Claims

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Ma sch, Patentanwälte in Essen Patentansprüche:

1. Blechschraube mit kreiszylindrischem, ein Gewinde aufweisendem Schraubenschaft und pyramidenförmig zugespitztem Eindringende, dadurch gekennzeichnet, daß das Eindringende (IJ) im Bereich (15) der Spitze als regelmäßig oder im wesentlichen regelmäßig polygonale Pyramide mit wenigstens · fünf Kanten (16) und wenigstens fünf Seitenflächen (19) gestaltet ist und im Übergangsbereich (17) zum Gewinde (24) ebenfalls regelmäßig oder im wesentlichen regelmäßig polygonalen Querschnitt mit weniger Seitenflächen als die Spitze mit wenigstens drei Seitenflächen (20) und wenigstens drei abgerundeten Kanten (18) aufweist, wobei die Krümmungsradien dieser abgerundeten Kanten zum oberen Ende des Eindringendes hin allmählich größer werden.

2. Blechschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eindringende (13) im Übergangsbereich (17) und im Bereich (15) der Spitze geradzahlige Anzahlen von Seitenflächen (20 bezw. 19) aufweist.

3· Blechschrauoe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (h) der Pyramidenspitze (15) höchstens ein Drittel der Gesamthöhe (H) des pyramidenförmigen Eindringendes (13) beträgt.

4. Blechschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwinkel (6- 3) der Pyramidenspitze

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(15) nicht kleiner ist als der entsprechende Winkel (Θ- 2) des Übergangsbereiches (17) äes Eindringendes

5. Blechschraube nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (0 2) zwischen den Kanten (1δ) des pyramidenstuixpfförmigen Übergangsbereiches (17) des Eindringendes {1J>) 25 bis 35° beträgt.

6. Blechschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Durchmesser ( d^) des pyramidenförmigen Eindringendes (13) nicht größer ist als der größte Durchmesser ( d^') des S chraubenrohlings.

7« Blechschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenschaft (12) zwischen den G-ewindegängen (24) und dem pyramidenförmigen Eindringende (I3) ein Führungsstück, bestehend aus einem an das Gewindeteil anschliessenden, sich nach unten konisch verjüngenden Übergangsteil (26) und einem sich daran anschließenden zylindrischen Teil (27), ausgebildet ist und daß der größte Durchmesser ( d-, ) des Ubergangsbereiches (17) des Eindringendes (I3) im wesentlichen gleich dem Kerndurchmesser ( d^ ) des Schraubenschaftes ist.

b. Blechschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenschaft (12) zwischen den Gewindegängen (24) und dem pyramidenförmigen Eindringende (13) ein zylindrisches Zwischenstück (27) aufweist.

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9. Blechschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenschaft (12) zwischen den Gewindegängen (24) und dem pyramidenförmigen Eindringende (13) ein Führungsstück, bestehend aus einem an das Gewindeteil anschließenden, sich nach unten konisch verjüngenden Übergangsteil (26), aufweist.

10. Blechschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das pyramidenförmige Eindringende (I3) eine stumpfe Spitze (14a) besitzt.

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