DE4445812C2 - Verfahren zum Setzen einer Schraube - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Setzen einer selbst­ bohrenden oder selbstlochformenden sowie gewindeformenden oder -schneidenden Schraube, welche einen Bohrteil oder einen loch­ formenden Endabschnitt und einen Schaft mit einem selbst­ formenden bzw. selbstschneidenden Gewinde aufweist, bei dem beim Bohr- bzw. Lochformvorgang durch die Schraube eine in axialer Richtung wirkende Schlageinwirkung zugeschaltet wird.

In der DE-A 14 78 914 ist ein Verfahren der vorgenannten Art beschrieben. Die Schlageinwirkung besteht bei dem bekannten Verfahren lediglich aus einem einzigen Schlag, der ausgeübt wird, um das Loch herzustellen. Danach wird die Schraube in das Werkstück eingeschraubt. Dieses bekannte Verfahren läßt sich bei dünnen Werkstoffen nur dann anwenden, wenn auf der Gegen­ seite ein Anschlag vorgesehen ist, um das Durchbiegen des Werk­ stoffes zu verhindern, wenn der Schlag zum Herstellen des Loches ausgeübt wird. Einen solchen Anschlag vorzusehen bedeutet einen zusätzlichen Arbeitsgang, der die Setzzeit verlängert, und ist überdies nicht immer möglicht. Weiter wurde beim Setzen von Schrauben bisher immer darauf geachtet, daß der Bohrvorgang beendet ist, bevor der Gewindeformvorgang einsetzt, da die Vor­ schubgeschwindigkeit entsprechend der Gewindesteigung wesent­ lich größer ist als der übliche Bohrvorschub. Bei einem Bohr­ vorgang ist eine entsprechende axiale Kraft und auch ein ent­ sprechendes Drehmoment aufzubringen, wogegen dann nach dem Ein­ greifen des ersten Gewindeganges praktisch nur noch ein ent­ sprechendes Drehmoment aufgebracht werden muß.

Die vorliegende Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches bei kürzerer Setzzeit ein optimales Einformen und einen optimalen Paßsitz im Gewinde gewährleistet, insbesondere bei dünnen Werkstoffen.

Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß die Schlageinwirkung durch bohrhammerartig erzeugte ständige Schlagbewegungen her­ vorgerufen wird und daß beim anschließenden Gewindeform- oder -schneidvorgang die Schlageinwirkung in ihrer Stärke vermindert oder ganz ausgeschaltet wird.

Der Vorteil, der durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielt wird, liegt in erster Linie in der Möglichkeit, das Verfahren auch bei dünnen Werkstoffen anzuwenden, ohne daß auf der Gegen­ seite ein Anstieg vorgesehen sein muß, um das Durchbiegen zu verhindern. Es ist zwar aus der DE 43 01 610 A1 sowie aus der DE 42 36 819 A1 ein Schlagschrauber bzw. eine Kombination von Schlagbohrer und Schlagschrauber bekannt, bei denen die Schlag­ wirkung abgeschaltet werden kann, sie sind jedoch für ein Ver­ fahren zum Setzen von selbstbohrenden oder selbstlochformenden sowie gewindeformenden oder gewindeschneidenden Schrauben weder bestimmt noch geeignet.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wirkt sich, ob nun ein Bohrteil mit spanabhebender Wirkung oder ein lochformender Endabschnitt mit spanloser Herstellung eines Loches an der Schraube vorgesehen ist, in gleicher Weise positiv aus, da eine axiale Schlageinwirkung zugeschaltet wird. Die Bohrzeit oder die Zeit für die Formung des Loches wird wesentlich verkürzt, und zwar sowohl bei dünnen als auch bei entsprechend dickeren Werkstücken.

An sich ist es bei der Herstellung von Bohrlöchern in Beton zwar bekannt, daß der Bohrer neben einem Drehantrieb eine axiale Schlageinwirkung erhält, jedoch ist eine derartige Schlageinwirkung beim Bohren oder Lochformen durch eine Schraube von der Fachwelt bisher offensichtlich als nicht durchführbar angesehen und deshalb auch nie in Erwägung gezogen worden. Dies vermutlich deshalb, weil es beim nachfolgenden Ge­ windeform- oder -schneidvorgang völlig unerwünscht wäre, eine axiale Schlageinwirkung mit entsprechender Intensität zu haben, da das Gewinde in einem solchen Falle in axialer Richtung ent­ sprechend aufgeweitet würde. Von einem Festsitz oder einer guten Gewindepaßform zwischen der Schraube und dem Werkstück könnte dann nicht mehr gesprochen werden.

Daher ist es gerade das Verdienst der vorliegenden Erfindung, die zwei Verfahrensschritte, nämlich die Schlageinwirkung beim Bohr- oder Lochformvorgang durch bohrhammerartig erzeugte ständige Schlagbewegungen hervorzurufen und bei dem anschließenden Gewindeform- oder -schneidvorgang die Schlageinwirkung zu ver­ ringern oder ganz auszuschalten, miteinander kombiniert zu haben. Es ist als besonderer Fortschritt im Bereich des Setzens von Schrauben anzusehen, daß bei einem einzigen Setzvorgang diese unterschiedlichen Verfahrensschritte aufeinander folgend angewendet werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es sogar ermöglicht worden, ohne Drehantrieb, also nur mit bohrhammerartig erzeug­ ten ständigen Schlagbewegungen ein Loch zu formen, was insbe­ sondere bei dünnen Werkstücken die vorstehend angegebenen Vor­ teile mit sich bringt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegen­ stände der Unteransprüche.

So ist es in einer Ausgestaltung der Erfindung möglich, daß einem Drehantrieb für die Schraube beim Bohr- bzw. Lochformvor­ gang die in axialer Richtung wirkende Schlageinwirkung zuge­ schaltet wird. Durch Drehantrieb und überlagerte Schlageinwir­ kung kann der Bohr- bzw. Lochformvorgang noch verbessert werden.

In diesem Zusammenhang ist es von besonderem Vorteil, daß die Verminderung der Stärke der Schlageinwirkung oder deren Ausschaltung unmittelbar nach dem gänzlichen Durchdringen eines Bohrteiles oder eines lochformenden Endabschnittes der Schraube und noch vor einem Eingriff des ersten Gewindeganges in die Bohrung oder das Loch erfolgt. Je exakter und rechtzeitiger das Um­ schalten oder Ausschalten erfolgen kann, umso exakter ist der Sitz der dann schlußendlich eingedrehten Schraube, da nicht nur eine optimale Bohrung oder ein optimales Loch hergestellt worden ist, sondern auch ein besonders guter gegenseitiger Gewindeeingriff zwischen dem Werkstück und dem mit dem Gewinde versehenen Schaft.

Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, daß die Umschaltung von einer axialen Schlageinwirkung auf eine in der Stärke verminderte axiale Schlageinwirkung oder die Ausschaltung der Schlageinwirkung von einer axialen Entlastung unmittelbar nach Beendigung des Bohr- oder Lochformvorganges ausgelöst wird. Eine plötzliche axiale Entlastung ist z. B. dann gegeben, wenn der Bohrteil oder der lochformende Endabschnitt die Bohrung bzw. das Loch fertig hergestellt hat, so daß eine unmittelbare und plötzliche axiale Entlastung eben durch die Beendigung des Bohrvorganges entsteht. Diese axiale Entlastung - ob sie nun plötzlich oder langsamer eintritt - kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als mechanisches Signal oder aber als Auslöser für elektrische Signale herangezogen werden, um die axiale Schlageinwirkung zu vermindern oder gänzlich auszuschalten.

Gemäß einer weiteren Variante wird vorgeschlagen, daß die Umschaltung von einer axialen Schlag­ einwirkung auf eine in ihrer Stärke verminderte axiale Schlageinwirkung oder die Ausschaltung der Schlageinwirkung von einem voreinstellbaren Tiefenanschlag auslösbar ist. Diese Variante des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens ist auch in einfacher konstruktiver Gestaltung nachvollziehbar, da eine axiale Schlageinwirkung beispielsweise bei Schlagbohrmaschinen oder Bohrhämmern nur dann vor­ handen ist, wenn ein entsprechend axialer Gegendruck aufgebracht wird. Wenn dann nach dem Auftreffen eines entsprechenden Tiefenanschlages dieser Gegendruck von der Schraube her weg­ fällt, erfolgt die erfindungsgemäß vorgesehene Umschaltung oder Ausschaltung.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der nachstehenden Beschreibung noch näher erläutert, wo­ bei dies anhand einer in ein Werkstück zu setzenden Schraube erfolgt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der Schraube, welche gerade auf ein Werkstück aufgesetzt ist;

Fig. 2 diese Schraube nach dem Formen eines Loches und unmittelbar vor Beginn des Gewinde­ schneid- oder -formvorganges;

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt durch das Werkstück und die Schraube, wobei im besonderen der gegenseitige Gewindeeingriff ersichtlich ist.

Die hier gezeigte loch- und gewindeformende Schraube 1 ist mit einem zu einer Spitze oder zu einer spitzenähnlichen Form auslaufenden, spanlos lochformenden Endabschnitt 2 versehen. Ferner sind ein mit einem Gewinde 3 versehener Schaftabschnitt 4 und ein Angriffsabschnitt 5 zum An- oder Einsetzen eines Werkzeuges vorhanden.

Bei der Darstellung ist von einer Schraube 1 ausgegangen worden, welche selbstlochformend sowie selbstgewindeformend ausgeführt ist. Es sind hier also ein spanlos lochformender Endabschnitt 2 und ein entsprechendes Gewinde 3 vorhanden. Das hier beschriebene Verfahren ist aber bei allen auf andere Weise selbstlochformend und gewindeformend ausgeführten Schrauben anwendbar, und zudem können auf diese Art auch Schrauben gesetzt werden, welche selbstbohrend und selbstge­ windeschneidend ausgeführt sind. Ob nun beim Bohrvorgang oder beim Lochformvorgang oder beim Gewindeformen oder -schneiden spanlos oder spanabhebend gearbeitet wird, ist für das vorlie­ gende Verfahren nicht von wesentlicher Bedeutung. Bei Versuchen hat sich gezeigt, daß das vorliegende Verfahren auch bei spanend selbstbohrenden Schrauben mit besonderem Erfolg ein­ gesetzt werden kann. Dabei ist es gleichgültig, ob eine durch Umformung hergestellte Bohrspitze oder ein entsprechendes Bohrplättchen am freien Ende der Schraube vorhanden ist. Gezeigt hat sich ebenfalls, daß mit dem vorliegenden Verfahren und gerade auch mit einem spanlos lochfor­ menden Endabschnitt Schrauben gesetzt werden können, welche aus durchgehend rostfreiem Mate­ rial gefertigt sind. In der Regel wird ja immer versucht, bei einer zumindest teilweise rostfreien Aus­ führung von Schrauben mindestens die Bohrspitze aus einem härtbaren Material zu fertigen, um die entsprechende Bohrleistung aufbringen zu können. Es waren daher stets teure Schweißlösungen für Schrauben notwendig.

Durch den Einsatz des hier beschriebenen Verfahrens sind also selbst Schrauben mit einem lochfor­ menden Endabschnitt 2 oder mit anderen konstruktiven Ausgestaltungen einsetzbar, wobei die Schrauben durch und durch aus einem rostfreien Material bestehen können.

Das hier beschriebene Verfahren liegt demnach darin, daß dem Drehantrieb für die Schraube 1 beim Lochformvorgang eine in axialer Richtung 6 wirkende Schlageinwirkung zugeschaltet wird. Die Schraube wird neben der Drehbewegung 7 auch mit der axialen Schlageinwirkung 6 beaufschlagt. Es kann somit in gegenüber bisher wesentlich verkürzter Arbeitszeit ein entsprechendes Loch 8 im Werkstück 9 geformt werden. Es ist bei dem hier beschriebenen Verfahren aber durchaus möglich, den Loch­ formvorgang allein durch die axiale Schlageinwirkung durchzuführen. Ein Drehantrieb würde dann nach dem Lochformen zum Formen des Gewindes zugeschaltet.

Sobald das Loch 8 fertiggestellt ist, wie auch der Fig. 2 entnommen werden kann, wird nach dem weiteren Verfahrensschritt die Schlageinwirkung ausgeschaltet, so daß also nur noch der Drehan­ trieb 7 wirksam ist. Für das Einformen des Gewindes 3 in das Loch 8 im Werkstück 9 bedeutet dies die beste Variante, denn dadurch entstehen keine axialen Schlag- bzw. Rüttelbewegungen. Das in die Lochwandung geformte Gewinde liegt somit exakt passend an der Oberfläche des Gewindes 3 des Schaftes 4 an.

In der Regel oder bei praktisch allen Ausführungen und Einsatzmöglichkeiten wird es beim an­ schließenden Gewindeform- oder -schneidvorgang zu einem Ausschalten der Schlageinwirkung kommen. In ganz speziellen Einsatzbereichen wäre es jedoch möglich, daß auch beim nachfolgenden Ge­ windeformvorgang oder Gewindeschneidvorgang eine geringe, also in ihrer Stärke gegenüber dem Bohrvorgang wesentlich verminderte Schlageinwirkung sinnvoll wäre. Eine zusätzlich positive Wirkung ergibt sich durch die axial wirkende Schlageinwirkung, weil durch sie sowohl beim Formen als auch beim Bohren eines Loches gerade bei dünneren Werkstücken 9 die Lochwandung zusätzlich nach unten verformt wird, so daß sich im Bereich des Loches 8 eine Art Bund 10 ergibt. Dadurch entstehen selbst bei relativ dünnen Werkstücken 9 entsprechend große axiale Bereiche, in welchen das Gewinde 3 des Gewindeschaftes 4 der Schraube 1 eingreifen kann.

Es ist also bei dem vorliegenden Verfahren durchaus möglich, zusätzlich zu der axial wirkenden Schlageinwir­ kung eine in Drehrichtung wirkende Schlageinwirkung zu überlagern, welche für den Bohr- oder Lochformvorgang praktisch keine Bedeutung hat, jedoch beim anschließenden Gewindeform- oder -schneidvorgang zusätzliche Vorteile mit sich bringen kann.

Ferner ist es bei dem hier beschriebenen Verfahren sinnvoll, wenn das Ausschalten der Schlageinwirkung oder das Umschalten auf eine entsprechende Verminderung der Stärke der Schlageinwirkung möglichst exakt nach gänzlichem Durchdringen eines Bohrteiles oder eines lochformenden Endabschnittes 2 erfolgen kann. Die Umschaltung oder die Ausschaltung sollte also möglichst vor dem Eingriff des ersten Gange des Gewindes 3 erfolgen.

Um diese Umschaltung oder Ausschaltung auszulösen, bieten sich verschiedene Varianten an, welche vorteilhaft eingesetzt werden können. So wäre es denkbar, die Umschaltung oder Ausschal­ tung von einer plötzlichen axialen Entlastung unmittelbar nach Beendigung des Bohrvorganges oder des Lochformvorganges auszulösen. Dies ist beispielsweise auch dann möglich, wenn sich - wie auf der Zeichnung dargestellt - an den Endabschnitt 2 noch ein kurzer gewindefreier Schaftabschnitt 11 an­ schließt. Sobald also der Endabschnitt 2 das Loch im Werkstück 9 fertig geformt hat, ergibt sich eine plötzliche axiale Entlastung, da der gewindefreie Schaftabschnitt 11 nun infolge der ja noch aus­ geübten axialen Anpreßkraft plötzlich nach unten durch das Loch 8 durchsackt. Diese plötzliche Ent­ lastung kann durch entsprechend mechanische Elemente oder elektrische Steuerungen ausgenützt werden, um das Umschalten oder Ausschalten der axialen Schlageinwirkung hervorzurufen. Eine weitere mechanische Möglichkeit ist dann gegeben, wenn ein entsprechend voreinstellbarer Tiefen­ anschlag vorhanden ist. Sobald der Tiefenanschlag auf dem Werkstück 9 auftrifft, wird eine axiale Entlastung ausgeübt, die dann auf normalem mechanischen Wege die axiale Schlageinwirkung be­ endet. Natürlich kann auch jede Art von elektrischer oder elektronischer Umschaltung oder Aus­ schaltung erfolgen, wobei die entsprechenden Steuergrößen direkt im Bereich des Drehantriebes entnommen werden können.

Claims (5)

1. Verfahren zum Setzen einer selbstbohrenden oder selbstloch­ formenden sowie gewindeformenden oder -schneidenden Schraube, welche einen Bohrteil oder einen lochformenden Endabschnitt und einen Schaft mit einem selbstformenden bzw. selbstschneidenden Gewinde aufweist, bei dem beim Bohr- bzw. Lochformvorgang durch die Schraube eine in axialer Richtung wirkende Schlageinwirkung zugeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlagein­ wirkung (6) durch bohrhammerartig erzeugte ständige Schlagbe­ wegungen hervorgerufen wird und daß beim anschließenden Gewinde­ form- oder -schneidvorgang die Schlageinwirkung (6) in ihrer Stärke vermindert oder ganz ausgeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem Drehantrieb für die Schraube (1) beim Bohr- bzw. Lochformvor­ gang die in axialer Richtung wirkende Schlageinwirkung (6) zu­ geschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderung der Stärke der Schlageinwirkung (6) oder deren Ausschaltung unmittelbar nach dem gänzlichen Durchdringen eines Bohrteiles oder eines lochformenden Endabschnittes (2) der Schraube (1) und noch vor dem Eingriff des ersten Gewinde­ ganges in die Bohrung bzw. das Loch (8) erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Umschaltung von einer axialen Schlageinwir­ kung (6) auf eine in der Stärke verminderte axiale Schlagein­ wirkung (6) oder die Ausschaltung der Schlageinwirkung 6 von einer axialen Entlastung unmittelbar nach Beendigung des Bohr­ vorganges bzw. des Lochformvorganges ausgelöst wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Umschaltung von einer axialen Schlageinwir­ kung (6) auf eine in ihrer Stärke verminderte axiale Schlagein­ wirkung (6) oder die Ausschaltung der Schlageinwirkung (6) von einem voreinstellbaren Tiefenanschlag auslösbar ist.