DE2645045C3

DE2645045C3 - Blechschraube

Info

Publication number: DE2645045C3
Application number: DE2645045A
Authority: DE
Inventors: Fumio Osaka Hirabayashi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-11-04
Filing date: 1976-10-06
Publication date: 1981-10-15
Also published as: AU1785676A; FR2330906B1; JPS5418613Y2; BR7607251A; DE2645045B2; MX146016A; DE2645045A1; CA1053040A; FR2330906A1; JPS5262760U; BE846219A; US4068554A; IT1073310B

Description

Die Erfindung betrifft eine Blechschraube mit einem kreiszylindrischen, ein Gewinde aufweisenden Schraubenschaft und einem zugespitzten Eindringende, das als zumindest im wesentlichen regelmäßig polygonale Pyramide ausgebildet ist.

Derartige Blechschrauben werden auch als selbstschneidende bezeichnet. Mit der Spitze des Eindringendes wird in das Blech ein kleines Loch geschlagen, welches dann beim Eindrehen der Schraube mit Gewalt vergrößert und verformt wird, so daß 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 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 Teils 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, so daß 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 Loch nicht nur übermäßig vergrößert wird, sondern auch am Rande teilweise nicht mehr die genügende Wandstärke aufweist, da die scharfen Kanten des verjüngten Teils das Blech aufreißen, wodurch die erwünschte Klemmkraft der Schraube nicht erzielbar ist. Dieser Nachteil wirkt sich insbesondere bei Aluminiumblechen oder dergleichen weichem Material aus, ebenso wie bei sehr dünnem

3« 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 ungleiche Wandstärke.

Bei einer Blechschraube der eingangs beschriebenen Gattung (DE-OS 14 00 842) ist das Eindringende als vierseitige Pyramide ausgebildet, deren Schneidkanten das durch Einschlagen der Blechschraube gebildete Führungsloch aufbohren sollen. Dabei ist jedoch nicht

-to zu vermeiden, daß sich Späne bilden, so daß die Höhe und die Wandstärke des hochgedrückten Ringbundes um das Bohrloch herum zumindest um den Betrag der Bohrspäne verringert werden und dadurch die Haltekraft der Blechschraube herabgesetzt wird.

Bei anderen Ausführungsformen (US-PS 31 56 152) ist das Eindringende nicht pyramidenförmig, sondern konisch ausgebildet, so daß beim Eintreiben der Blechschraube in das Blech die Gefahr von Rißbildung besteht. Das gleiche gilt auch für eine weitere Ausführungsform, bei der das im wesentlichen konische Eindringende eine schraubenwendelförmig verlaufende Ausnehmung aufweist (DE-AS 18 11 695).

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Blechschraube der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die auch in sehr dünne und/oder weiche Bleche einschraubbar ist, ohne daß dabei Rißbildungen oder Spanbildungen auftreten. Ferner wird ein fester Sitz der Blechschraube auch in solchen dünnen und weichen Blechen angestrebt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Pyramide des Eindringendes wenigstens fünf Kanten und wenigstens fünf Seitenflächen aufweist, daß der Übergangsbereich zwischen der Spitze und dem Gewinde ebenfalls als zumindest im wesentlichen regelmäßig polygonale Pyramide ausgebildet ist, die weniger Seitenflächen bzw. Kanten als die Spitze, jedoch wenigstens drei und nicht mehr als acht Seitenflächen sowie eine entsprechende Anzahl von abgerundeten Kanten aufweist, und daß die Krümmungsradien der abgerundeten Kanten

zum oberen Ende des Eindringendes hin allmählich größer werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Blechschraube,

Fig.2 das untere Ende des Schraubenrohlings mit daran ausgebildetem Eindringende von der Sehe gesehen in vergrößertem Maßstab,

Fig.3—6 Schnitte durch Fig.2 längs der Linien EII-III, IV-IV, V-V bzw. VI-VI,

F i g. 7 das untere Ende der Blechschraube aus F i g. 1 in vergrößertem Maßstab nach Ausbildung der Gewindegänge im Rohling der F i g. 2,

F i g. 8 eine perspektivische Darstellung des Eindringendes der Blechschraube aus F i g. 1 in nochmals vergrößertem Maßstab,

F i g. 9 das Eindringen der Spitze des Eindringendes in ein Blech zur Ausbildung eines kleinen Führungsloches.

Fig. 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. 13 eine weitere Abwandlung der Erfindung, welche zum Einschrauben in Bleche mit bereits vorgebohrtem Führungsloch bestimmt ist.

Bei dem in den Fig. 1 bis 10 dargestellten ersten 3U 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 13, welches in eine J5 Pyramidenspitze 14 ausläuft. Dieses Eindringende 13 besitzt im Bereich 15 der Spitze oder im Endbereich wenigstens fünf Kanten 16, welche von der Spitze 14 aus divergieren, sowie einen Übergangsbereich 17 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, so daß der Winkel Θ1 (Fig. 3) zwischen zwei Seitenflächen wenigstens größer sein muß als 108°. Der Obergangsbereich 17 besitzt bei dem in allen Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen im wesentlichen quadratischen Querschnitt, er kann jedoch auch dreieckigen, sechsekkigen oder irgendeinen anderen geradzahligen polygonalen Querschnitt aufweisen, doch muß die Anzahl der Seitenflächen 20 dieses Übergangsbereiches 17 kleiner sein als die Anzahl der Seitenflächen des zugeordneten Spitzenbereiches 15. Aus technischen Gesichtspunkten wird vorzugsweise jeweils eine geradezahlige Anzahl von Seitenflächen 19 und 20 vorgesehen. Wenn beispielsweise der Übergangsbereich vier Seitenflächen 20 aufweist, bildet die Grundfläche des pyramidenförmigen Spitzenbereiches 15 vorzugsweise ein regelmäßiges Sechseck oder Achteck.

Bei der vorbeschriebenen Blechschraube 10 beträgt der Winkel B 2 (Fig. 7) zwischen den Kanten des pyramidenstumpfförmigen Übergangsbereiches 17 vorzugsweise 25 bis 35°, während der Spitzenwinkel Θ 3 (F i g. 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 hartem 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 19 und 20 des polygonalen Übergangsbereiches 17 sowie der polygonalen Pyramidenspitze 15 hängt weitgehend von der Härte und der Stärke des Bleches 21 ab. Vorzugsweise wird bei härterem und stärkerem Materia! des Bleches 21 die Anzahl dieser Seitenflächen 19 und 20 vergrößert. Andererseits sollte vermieden werden, im Übergangsbereich 17 acht oder mehr Seitenflächen 20 vorzusehen, da ein Übergangsbereich mit derart viel Seitenflächen nahezu kreisrunden Querschnitt aufweist, so daß die Spannungskoiizentration auf diese hohe Anzahl von abgerundeten Kanten 18 verteilt wird und damit das Führungsloch 22' (F i g. 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, weiche ja gerade 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 23 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 cfe des Schraubenrohlings 12a (F i g. 2), um zu verhindern, daß der auszubildende Ringbund 23 übermäßig aufgeweitet wird. Wenn andererseits die Differenz zwischen dem Gewindedurchmesser D (F i g. 7) und dem genannten Durchmesser d\ 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 13 vorzugsweise größer als der Kerndurchmesser d-> des Schraubengewindes 24. Wie jedem Schraubenfachmann bekannt ist, wird der Gewindedurchmesser D zwangsläufig größer als der Durchmesser ck des Rohlings, wenn die Gewindegänge 24 gerollt werdeii. Wenn daher der Wert von d\ gleich oder nur wenig kleiner als der Wert d₂ bei der Herstellung des Rohlings gemäß F i g. 2 vorher festgelegt wird, ergibt sich ohne weiteres die bevorzugte Differenz zwischen D und d\. Wenn allerdings, wie dies in den Fig. 11 und 12 dargestellt ist, ein Führungsstück 25 mit einem konischen Übergangsteil 26 und einem zylindrischen Teil 27 zwischen dem Gewindeteil 24 und dem Eindringende 13 vorgesehen wird, und wenn der Durchmesser dz dieses zylindrischen Stückes 27 gleich dem größten Durchmesser d\ des Übergangsbereiches 17 ist, jedoch kleiner als der Durchmesser di des Rohlings, so kann für den Durchmesser d\ im wesentlichen der gleiche Wert gewählt werden wie für den Kerndurchmesser di. 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 13 nimmt sowohl im Bereich 15 der Spitze wie im Übergangsbereich 17 hin, zu. Wie die Figuren deutlich zeigen, ist der größte Durchmesser des Bereiches 15 wesentlich kleiner als der größte Durchmesser d\ des Übergangs-

bereiches 17, wodurch ein ausreichend hoher Ringbund 23 ausgebildet werden kann. Die Krümmungsradien der abgerundeten Kanten 18 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, durchsticht die Spitze 14 des Eindringendes 13 zunächst das Blech 21 an dieser Stelle, so daß ein kleines Loch entsteht. Dieses kleine Loch wird dann durch den Spitzenbereich 15 des Eindringendes 13 zum Anfangsloch 22' (F i g. 9) aufgeweitet. Da das Eindringende 13 im Spitzenbereich 15 mehr als fünf Seitenflächen 19 besitzt und daher alle Kantenwinkel 0 1 (F i g. 3) mindestens größer als 108° sind, vollbringt jede der Kanten 16 in dieser Stufe des Aufweitens des Loches kaum eine Schneidarbeit, so daß als Folge davon kaum Späne entstehen. Sobald die Pyramidenspitze 15 das Anfangsloch 22' ausgebildet hat, dringt der Übergangsbereich 17 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 (F i g. 10). Dadurch, daß festgelegt wird, daß der Winkel β 3 größer ist als der Winkel Θ 2, ergibt sich ohne weiteres, daß der Übergangsbereich 17 in das Anfangsloch 22' sehr glatt und ohne Widerstand eindringen kann. Sobald nun das Eindringende 13 den Ringbund 23 ausgebildet hai, 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 18 läßt sich die Anfangsöffnung 22' mit kleinem Durchmesser, welche vom Spitzenbereich 15 aufgestochen wurde, glatt und allmählich zu einem Ringbund 23 ausreichender Höhe aufweiten, ohne daß dabei im Material Risse entstehen. Außerdem entstehen bei

ίο einem derartigen Aufweiten des Loches 22' zum Loch 22 weder in der Lochwandung selbst noch in der Innenwandung des Ringbundes 23 Risse oder Kratzer.

Bei dem in den F i g. 11 und 12 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Blechschraube 10a ist zwischen den Gewindegängen 24 und dem Eindringende 13 der Blechschraube ein Führungsstück 25 vorgesehen, welches das Eindringen des Gewindeteiles der Blechschraube in das aufgeweitete Loch 22 gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel noch erleichtert, so daß diese Ausführung 10a einer erfindungsgemäßen 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 Übergangsteil 26 und einem sich daran anschließenden zylindrischen Teil 27 bestehen oder es kann auch nur als konisches Übergangsteil 26 oder als zylindrisches Zwischenstück 27 ausgebildet sein.

Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Blechschraube auch für Bleche IY (Fig. 13) verwendet werden, welche bereits vorgebohrte Führungslöcher 28 aufv/eisen. Bei derartigen Blechen ist es naturgemäß

Vj nicht erforderlich, eine scharfe Spitze 14 wie in den Fig. 1 bis 12 dargestellt zu verwenden, sondern die Blechschraube kann eine stumpfe Spitze 14a besitzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Blechschraube mit einem kreiszylindrischen, ein Gewinde aufweisenden Schraubenschaft und einem zugespitzten Eindringende, das als regelmäßig polygonale Pyramide ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyramide des Eindringendes (13) wenigstens fünf Kanten (16) und wenigstens fünf Seitenflächen (19) aufweist, daß der Übergangsbereich (17) zwischen der Spitze (15) und dem Gewinde (24) ebenfalls als zumindest im wesentlichen regelmäßig polygonale Pyramide ausgebildet ist, die weniger Seitenflächen bzw. Kanten als die Spitze (15), jedoch wenigstens drei und nicht mehr als acht Seitenflächen (20) sowie eine entsprechende Anzahl von abgerundeten Kanten (18) aufweist, und daß die Krümmungsradien der abgerundeten Kanten (18) zum oberen Ende des Eindringendes (13) 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) bzw. (19) aufweist.

3. Blechschraube 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 Spitzwinkel (Θ 3) der Pyramidenspitze (15) nicht kleiner ist als der entsprechende Winkel (θ 2) des Übergangsbereiches (17) des Eindringendes (13).

5. Blechschraube nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (Θ 2) zwischen den Kanten (18) des pyramidenstumpfförmigen Übergangsbereiches (17) des Eindringendes (13) 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 (d₂) des Schraubenrohlings.

7. 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) und einem sich daran anschließenden zylindrischen Teil (27), aufweist und daß der größte Durchmesser (d\) des Übergangsbereiches (17) des Eindringendes (13) im wesentlichen gleich dem Kerndurchmesser (dz) des Schraubenschaftes ist.

8. Blechschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das pyramidenförmige Eindringende (13) eine stumpfe Spitze (14a,)besitzt.