DE3022187C2 - Bohrschraube - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrschraube nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Bohrschraube ist aus DE-OS 25 05 994 bekannt. Bei ihr sind die Spannuten jeweils am Grund verrundet und dadurch ausgefüllt. Durch die Verrundung des Nutgrundes soll beim Herstellen der Schraube durch Kaltverformen der Gefahr der Bildung von Rissen im Bereich des Nutgrundes vorgebeugt werden. Da die Querschneide im Drehwinkel entgegen der Schrauben-Eindrehrichtung gegen die Durchstoßlinier, zwischen den Nutgründen und der Bohrspitze versetzt verläuft, bilden die verrundeten Nutgründe kerbenartige Vertiefungen neben der Querschneide, so daß dort eine entsprechende Festigkeitsverminderung vorliegt Gerade in diesem Bereich können aber beim anfänglichen Eindrehen der Bohrschraube sehr hohe Belastungen auftreten, insbesondere dann, wenn die Bohrschraube in verhältnismäßig harte Tragteile eingebohrt werden soll. Es kann deshalb vorkommen, daß in der Anfangsphase des Einbohrens und Eindrehens die Bohrspitze beschädigt und dadurch das weitere Einbohren und Eindrehen erschwert wird. Ähnliches gilt auch für andere bekannte Bohrschrauben, bei denen die Spannuten am Grund nicht ausgefüllt sind (DE-AS 13 03 320, DE-AS 14 00 853).

Der naheliegende Ausweg, den in der Anfangsphase des Einbohrens auftretenden hohen Belastungen dadurch Rechnung zu tragen, daß man für die Bohrschraube ein Material höherer Festigkeit verwendet, erfordert einen unverhältnismäßig hohen Aufwand, der bei üblichen Anwendungen von Bohrschrauben nicht tragbar ist; Bohrschrauben sind typische Massenartikel, die normalerweise nur einmal oder allenfalls wenige Male verwendet werden.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Bohrschraube zum Befestigen eines Bauteils auf einem vorzugsweise härteren Tragteil zu schaffen, bei der mit geringem und jedenfalls annehmbarem Aufwand die Gefahr von Beschädigungen der Bohrspitze stark vermindert ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst mit einer Bohrschraube nach dem Anspruch 1.

Es hat sich gezeigt, daß bei der erfindungsgemäßen Bohrschraube die Gefahr von Beschädigungen der Bohrspitze sehr stark verringert und praktisch beseitigt ist. Nach derzeitiger Erkenntnis ist das vor allem darauf zurückzuführen, daß durch die Ausfüllung des Nutgrundes durch die Flut die Festigkeit gerade in dem besonders gefährdeten Bereich an der Bohrspitze relativ stark erhöht ist. Die Schraube kann deshalb den funktionsbedingten Belastungsspitzen, insbesondere beim anfänglichen Eindrehen und beim Überdrehen des in dem zu befestigenden Bauteil vorgeschnittenen Gewindes, mit größerer Sicherheit widerstehen; dabei wirkt unterstützend mit, daß das bei der erfindungsgemäßen Schraube verwendete Maschinen-Gewinde eine feinere Gewindesteigung aufweist als die sonst bei Bohrschrauben weitgehend verwendeten Blechschrauben-Gewinde, so daß der beim Einbohren in das Tragteil zunächst auftretende Zwangsvorschub durch das in dem Befestigungsteil vorgeschnittene Gewinde entsprechend vermindert ist. Demgemäß sind die Vorzüge der

erfindungsgemäßen Bohrschraube insbesondere gegenüber Bohrschrauben mit HoIr- oder Blechschraubengewinde (z.B. DE-AS 14 00 853) ausgeprägt. Die erfindungsgemäße Schraube zeigt überraschenderweise noch den weiteren Vorteil, daß härtere und dickere Tragteile verwendet werden können, ohne daß an der Bohrschraube besondere Schneidkanten innerhalb des Gewindes vorgesehen werden müssen; auch dieser Vorteil ist nach derzeitiger Erkenntnis auf die insgesamt stark erhöhte Be'astbarkeit des Bohrabschnitts and der Bohrspitze zurückzuführen.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Schraube ist nicht schwieriger als die gattungsgemäßer bekannter Bohrschrauben; insbesondere können die mit der Flut versehenen Spannuten ebenso durch Kaltverformungs-Prozesse hergestellt werden wie übliche Spannuten mit voll ausgenommenem Grund. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Bohrschraube werden allein durch konstruktive Maßnahmen und nicht durch die Wahl eines festeren und damit entsprechend kostspieligeren Materials erzielt

in weiterer Ausgestaltung der Erfindung läßt sich eine noch stärkere Erhöhung der Belastbarkeif in dem besonders gefährdeten Bereich des Bohrabschnitts und der Bohrspitze dadurch erzielen, daß in dem Bohrabschnitt der Gewinde-Kerndurchmesser sich zur Bohrspitze hin vergrößert Dadurch wird nicht nur zur Bohrspitze hin die Gewindetiefe weiter vermindert, so daß das Einbohren und die einleitende Phase des Gewindeschneidens ebenso erleichtert sind wie das Überdrehen eines vorgeschnittenen Gewindes, sondern es wird auch die infolge des Verlaufs der Spannuten zur Bohrspitze hin zunehmende Verminderung des Materialquerschnitts wenigstens teilweise ausgeglichen; das trägt zur Festigkeitserhöhung deutlich bei.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben.

F i g. 1 zeigt eine schematische Teil-Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bohrschraube; in der Figur sind ferner gestrichelt ein Bauteil und ein Tragteil etwa in denjenigen Positionen dargestellt, die sich zu Beginn des Eindrehens in das härtere Tragteil ergeben.

F i g. 2 ist eine schematische Draufsicht auf die Bohrspitze der in F i g. 1 dargestellten Schraube.

F i g. 1 zeigt eine Bohrschraube in einer Phase während ihrer Verwendung zum Befestigen eines Bauteils 2 auf einem härteren Tragteil 4. Das Bauteil 2 kann beispielsweise aus Kunststoff, Holz oder ähnlichen Materialien bestehen, das Tragteil 4 aus Aluminium, Stahl oder dergleichen. Die Bohrschraube hat einen Kopf 6, in welchem beispielsweise ein Kreuz- oder Querschlitz für den Eingriff eines Werkzeugs vorgesehen ist, und einen daran anschließenden Schaft 8. Der Schaft endet in einem Bohrabschnitt 10 und einer daran anschließenden Bohrspitze 12; in diesem Axialbereich sind zwei diametral gegenüberliegende Spannuten 14 vorgesehen. Der Schaft 8 hat ein selbstschneidendes Maschinengewinde (V-Gewinde) 16. das vorzugsweise nach DIN-Normen bemessen ist. Der AuÜendurchinesser des Gewindes ist durch die gestrichelten Linien 18, der Kerndurchmesser durch die gestrichelten Linien 20 angedeutet. Die Schrauben-Mittelachse 22 ist strichpunktiert dargestellt. In dem Bohrabschnitt 10 vergrößert sich der Gewinde-Kerndurchmesser zur Bohrspitze \2 hin. Bei der dargestellten Ausführungsform läuft das Gewinde 16 bis an die Bohrspitze 12 aus. Das ermöglicht, verglichen π a Schrauben, bei denen die Bohrspitze an einen gewindefreien Schaft-Endabschnitt anschließt (z.B. nach DE-AS 13 03 320) eine kürzere Baulänge und eine Verwendung auch für Sefestigungoaufgaben, bei denen das Gewinde auf kurzem Wege greifen muß und ein gewindefreier Abschnitt stören würde. Wie die im übrigen nicht maßstäbliche F i g. 1 erkennen läßt sind Vergrößerungen des Gewinde-Kerndurchmessers um etwa 10 bis 30% ohne weiteres möglich, verglichen mit dem Kerndurchmesser in einem näher an dem Kopf 6 liegenden Gewinde-Hauptabschnitt 24. Bei der dargestellten Ausführungsform beginnt die Zunahme des Gewinde-Kerndurchmessers schon vor dem Beginn des eigentlichen Bohrabbchnitts 10. Zum Kopf 16 hin kann zwischen dem Gewinde-Hauptabschnitt 24 und dem Kopf noch ein gewindeloser Abschnitt 26 vorgesehen sein; dieser ist bei der dargestellten Ausführungsform jedoch sehr kurz.

Wie auch bei anderen Bohrschrauben ist die axiale Länge des Bohrabschnitts 10 wenigstens etwa gleich der Dicke des zu befestigenden Bauteils 2, wobei zu dieser Dicke gewöhnlich noch ein Zuschlag *ür einen sich im Betrieb einstellenden Abstand 28 zwischen Bauteil 2 und Tragteil 4 zuzuschlagen ist. Ebenfalls wie bei üblichen Bohrschrauben sind die axiale Länge und die axiale Lage des Gewinde-Hauptabschnitts 24 so gewählt, daß im voll eingeschraubten Zustand der Bohrschraube der Gewinde-Hauptabschnitt 24 in dem Tragteil 4 verschraubt ist.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist zur Bohrspitze 12 hin der Außendurchmesser des Gewindes 16 vermindert. Die dadurch bedingte Festigkeitsverringerung ist verhältnismäßig gering; wesentlich stärker ausgeprägt ist die Festigkeitserhöhung durch die Vergrößerung des Kerndurchmessers, weil dadurch die zwischen den Gewindegängen stehenden, besonders stark festigkeitsmindernden Kerben zur Bohrspitze hin mehr und mehr aufgefüllt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Zunahme des Kerndurchmessers etwa gleich der Abnahme des Außendurchmessers. Man erkennt, daß die Profile aller Gewindegänge Bestandteile eines einheitlichen Gewinde-Grundprofils sind, wie es im Hauptabschnitt 24 ausgebildet ist. Das erleichtert die Herstellung der Schraube. Wegen des einheitlichen Grundprofils haben die Gewindegänge zur Bohrspitze 12 hin zunehmend breiter werdende Abflachungen 30, und zwischen den Gtwindegängen bildet sich eine zunehmend breiter und flacher werdende Kern-Nut 32 aus. Die Tiefe der Oberflächen-Strukturierung nimmt also bei zunehmendem mittleren Durchmesser zur Bohrspitze hin ständig ab; auch das führt zu einer ausgeprägten Festigkeitserhöhung.

Die beiden Spannuten 14 sind gleich; es wird deshalb nur die in Fig. 1 zu sehende eine Spannut 14 näher beschrieben. Die Spannut 14 erstreckt sich von der konischen Grundform der Bohrspitze 12 aus spitz zulaufend und mit sich zur Schraubenachse hin verjüngendem Querschnitt in den Boh-abschnitt 10 hinein und ist an ihrem Grund durch eine bahnartige flache Flut 34 teilweise ausgefüllt, deren äußere Oberfläche eine zwi chen den Nut-Seitenwänden 36,38 verlaufende und zwei Nut-Innenkanten 40 bzw. 42 bildende Querfläche darstellt. Zwischen den 3iif der Bohrspitze 12 befindlichen Endpunkten der in der Schrauben-Eindrehrichtung 44 hintenliegenden Innenkanten 40 der beiden Spannuten 14 verläuft die Querschneide 46. Sk verläuft somit im Drehwinkel entgegen der Schrauben-Eindrehrichtung 44 versetzt gegenüber den jeweils zwischen dem ausgefüllten

Nutgrund und der Bohrspitze 12 gebildeten Durchstoßlinien. Die in der Schrauben-Eindrehrichtung 44 hinten liegenden Spannut-Flächen 36 bilden mit den zwischen den Spannuten 14 stehengebliebenen Teilen des Bohrabschnitts und der Bohrspitze Schneidkanten 48. Die konische Grundform der Bohrspitze 12 ist durch von der Querschneide 46 ausgehende Abflachungen 50 dachförmig abgewandelt. Diese Abflachungen 50 bilden Hinterschnitt-Flächen für die in der Bohrspitze 12 liegenden Abschnitte 52 der Schneidkanten 48 und erhöhen die Schneidleistung der einleitenden Phase des Bohrens. Auch die Oberfläche der Flut 34 und die in der Schrauben-Eindrehrichtung 44 hinten liegenden Spannut-Flächen 36 bilden Hinterschneidungsflächen für die von ihnen gebildeten Schneidkanten 48. Auch das dient der Erhöhung der Schneidleistung, insbesondere beim Fortschreiten des Einbohrvorganges.

Bei der dargestellten Ausführungsform stellen die zwischen den Fluten 34 und der äußeren Oberfläche der Bohrspitze 12 gebildeten Durchstoblinien Kanten 54 dar, die jeweils einen spitzen Winkel mit der Querschneide 46 bilden. Es hat sich gezeigt, daß dies für die Schneidleistung in der einleitenden Phase des Einbohrens besonders günstig ist.

Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, liegen bei der dargestellten Ausführungsform die in der Schrauben-Eindrehrichtung 44 vorn liegenden SpannutFlächen 38 im wesentlichen auf einem Durchmesser der Bohrschraube. Das vereinfacht die Fertigung der Schraube. Im Gegensatz dazu sind die in der Bohrspiize 12 befindlichen Abschnitte 52 der Schneidkanten 48 gegeneinander jeweils zur zugehörigen Spannut hin versetzt (anders gesagt, verlaufen diese Abschnitte 52 in bezug auf einen zwischen ihnen verlaufenden Durchmesser der Schraube versetzt gegeneinander), um zwischen sich einen Steg zu bilden, in welchem die Querschneide 46 verläuft.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Gewinde 16 nach dem Herstellen der Spannuten 14 durch Kaltverformen, insbesondere Walzen oder Rollen, hergestellt. Bei diesem Vorgang werden infolge der im Bohrabschnitt 10 vorhandenen Gewindegänge zahnartige Verformungen 56 in dem durch das Gewinde 16 verlaufenden Abschnitt 58 der Schneidkante 48 erzeugt. Diese Verformungen 56 wirken beim Schneidvorgang als Reißzähne und unterstützen den Schneidvorgang.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Bohrschraube zum Befestigen eines Bauteils (2) auf einem insbesondere härteren Tragteil (4) mit einem Kopf (6) und einem an den Kopf anschließen- , den Schaft (8) mit einem selbstschneidenden Maschinengewinde (16), das in einem Bohrabschnitt (10), an den sich eine verjüngte Bohrspitze (12) anschließt, mit sich verkleinernder Gewindetiefe und sich verkleinerndem Außendurchmesser verflacht m ist, wobei die axiale Länge des Bohrabschnitts (10) etwa gleich der Dicke des zu befestigenden Bauteils (2) ist und die axiale Lage und Länge eines näher am Kopf liegenden, mit voller Gewindetiefe und vollem Außendurchmesser ausgeführten Gewinde-Haupt- r> abschnitts (24) so bemessen sind, daß im voll eingeschraubten Zustand der Bohrschraube das Tragteil mit dem Gewinde-Hauptabschnitt verschraubt ist, wobei ferner in dem Bohrabschnitt (10) und der Bohrspitze (12) zwei diametral gegenüberliegende bpannuten (14) mit sich zur Schraubenachse hin verjüngendem Querschnitt, dessen Grand ausgefüllt ist, und am freien Ende der Bohrspitze eine Querschneide vorgesehen sind, die zwischen den jeweils zwischen dem ausgefüllten Nutgrund und der Bohrspitze gebildeten Durchstoßlinien gegenüber letzteren im Drshwinkel entgegen der Schraubeneindrehrichtung versetzt verläuft, wobei die in der Schrauben-Eindrehrichtung hinten liegenden Spannutseitenwände (36) mit den zwischen den jo Spannuten stehengebliebenen Teilen des Bohrabschnitts (IC} und der Bohrspitze (12) Schneidkanten (48) bilden, deren in der Bohrspitze liegende Abschnitte (52) gegeneinander jeweils zur zugehörigen Spannut hin versetz; sind und wobei ferner die j5 verjüngte Grundform der Bohi spitze (12) durch von der Querschneide (46) ausgehende Abflachungen (50) abgewandelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Spannut (14) der Grund durch eine Flut (34) ausgefüllt ist, die mit den Nut-Seiten- -to wänden (36,38) zwei Innenkanten (40,42) bildet, und daß die Querschneide (46) zwischen den in der Schrauben-Eindrehrichtung (44) hinten liegenden, auf der Bohrspitze (12) befindlichen Endpunkten der Innenkanten (40) verläuft.

2. Bohrschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchstoßlinie zwischen der Flut (34) und der äußeren Oberfläche der Bohrspitze (12) eine Kante (54) ist, die einen spitzen Winkel mit der Querschneide (46) bildet.

3. Bohrschraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut-Seitenwände (36, 38) etwa rechtwinklig zueinander verlaufen.

4. Bohrschraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewinde-Kerndurchmesser (20) sich in dem Bohrabschnitt (10) zur Bohrspitze (12) hin vergrößert.

5. Bohrschraube nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewinde-Kerndurchmesser sich bis zu etwa 10 bis 30% vergrößert verglichen so mit einem weiter zum Kopf (6) der Schraube hin liegenden Gewinde-Hauptabschnitt (24).

6. Bohrschraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile aller Gewindegänge Bestandteile eines einheitlichen Gewinde-Grundprofils sind.

7. Verfahren zum Herstellen der Bohrschraube nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde nach dem Herstellen der Spannuten durch Kaltverformen hergestellt wird.