DE9211354U1 - Selbstbohrende und gewindeformende Schraube - Google Patents

Description

E 16259 24. August 1992

Ejot Eberhard Jaeger GmbH & Co KG Bd/aw

Selbstbohrende und gewindeformende Schraube

&iacgr;&ogr; Die Erfindung bezieht sich auf eine selbstbohrende und gewindeformende Schraube mit einem Gewindeschaft und einem davor angeordneten Bohrabschnitt mit im wesentlichen gleichbleibendem Durchmesser, der zwei in Längsrichtung verlaufende, einander diametral gegenüberliegende Nuten aufweist und in einer Bohrspitze mit zwei in der Spitze zusammenlaufenden Schneidkanten endet.

Eine derartige Schraube ist aus der DE-PS 1 625 417 bekannt. Beim Einsatz dieser Schraube wird durch die Bohrspitze ein Loch gebohrt, dessen Durchmesser mindestens so groß ist wie der Kerndurchmesser des Gewindeschafts. Aufgrund dieser Gestaltung können die ersten Gewindegänge des Gewindeschafts beim Eindrehen der Schraube ohne Schwierigkeiten das Material des derart aufgebohrten Werkstücks eingreifen, ohne daß es zu einer besonders festen Einfassung des Gewindeschaftes kommt. Die Schraube läßt sich daher nachträglich wieder relativ leicht aus dem geformten Gewinde herausdrehen. Wegen des nicht besonders festen Sitzes der Schraube ergibt sich dann ein relativ geringes Überdrehmoment (d. h. das Drehmoment, bei dem die Schraube unter Zerstörung des geformten Gewindes überdreht wird), wenn die Schraube in ein Werkstück aus relativ dünnem Blech eingedreht worden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte selbstbohrende und gewindeformende Schraube so zu gestalten, daß sie auch bei Verwendung im Zusammenhang mit Werkstücken aus relativ dünnem Blech

ein hohes Überdrehmoment aufweist. Hierzu wird die Schraube erfindungsgemäß derart gestaltet, daß der Bohrabschnitt etwa den halben Durchmesser des Gewindeschafts aufweist und zwischen dem Bohrabschnitt und dem Gewindeschaft ein im wesentlichen konisch sich erweiternder Übergangsbereich liegt, dessen größter Durchmesser etwa dem Kerndurchmesser des Gewindeschafts entspricht, von dem mindestens eine Windung mit reduziertem Außendurchmesser beginnt.

Der dünne Bohrabschnitt, der bei Schrauben von 5 mm Außendurchmesser einen Durchmesser von etwa 2,5 mm aufweist, erlaubt das Bohren eines entsprechend engen Bohrlochs mit wenig Energieaufwand. Für das Bohren des Lochs ist also keine besonders hohe Kraft und auch kein großes Drehmoment erforderlich. Das so gebohrte enge Loch gestattet das Eindringen des konisch verlaufenden Übergangsbereichs, der eine erhebliche Erwärmung des betreffenden Werkstücks durch Reibung verursacht, die das Material des Werkstücks zum Fließen bringt, wobei durch die Wirkung des Konus das erweichte Material des Werkstücks sowohl gegen die Richtung des Eindrehens der Schraube als auch in gleicher Richtung fließt und somit eine Düse formt, in die anschließend der Gewindeschaft zur Gewindeausformung eindringt. Der Gewindeschaft wird dabei über die Länge der Düse festgehalten, deren Länge wesentlich größer ist als die Materialstärke des betreffenden Werkstücks. Es lassen sich auf diese Weise Düsen erzeugen, die etwa doppelt so lang sind wie das betreffende Werkstück dick ist. Darüber hinaus führt die anschließende Erkaltung der Düse zu einem Zusammenziehen des Materials des Werkstücks, wodurch die eingedrehte Schraube zusätzlich festgehalten wird.

Das Ausformen einer Düse beim Eindrehen einer loch- und gewindeformenden Schraube ist an sich bekannt, und zwar aus der DE-PS 39 09

725, bei der es sich allerdings um eine Schraube handelt, bei der jegliche Bohrfunktion vermieden ist. Die Schraube bewirkt mit einer balligen Reibfläche an ihrem vordersten Ende durch Reibung und Erhitzung die notwendige Erweichung des Materials des betreffenden Werkstücks, das damit in einen plastischen Bereich überführt wird, woraufhin die Schraube mit ihrem Lochformbereich in das Material des Werkstücks eindringt und dabei auch eine Düse ausformt. Bei der Anwendung dieser für die Ausformung des Lochs allein auf Reibung beruhenden Schraube sind erhebliche Kräfte erforderlich, mit denen derartige

&iacgr;&ogr; Schrauben gegen das Werkstück zu pressen sind, damit vor allem im Bereich der vordersten balligen Reibfläche die notwendige Erhitzung entsteht. Dies wird durch die erfindungsgemäße Schraube dadurch vermieden, daß diese ein relativ kleines Loch bohrt, so daß für die Erzeugung von Reibungswärme ein beträchtlicher Durchmesser zur Verfügung steht, nämlich der zunehmende Durchmesser des konischen Übergangsbereichs, wogegen bei der bekannten, nur auf Reibung beruhenden Schraube vor allem im Bereich der Schraubenachse an der Reibfläche der Reibungseffekt relativ gering ist, da hier nur sehr geringe Durchmesser zur Wirkung kommen.

Das alleinige Ausformen einer Düse in einem Blech ohne Schaffung eines Gewindes ist weiterhin aus der britischen Patentanmeldung 2 091 610 bekannt, die ein Werkzeug zeigt, das ausgehend von einer Bohrspitze von relativ geringem Durchmesser eine konische Erweiterung aufweist, die in zwei Stufen mit einem steileren und einem folgenden schlankeren Konus durch Reibung eine Düse in einem Blechteil ausformt. Abgesehen davon, daß bei diesem Werkzeug kein Gewinde vorgesehen ist, stellt die Gestaltung des zweistufigen Konus eine Besonderheit dar, der bewußt für die Schaffung einer konischen Düse geeignet ist, die aber im Falle der notwendigen Ausformung eines Gewindes

hierfür hinderlich wäre. Vielmehr gestattet die Gestaltung des Übergangsbereichs mit dem folgenden Gewindeschaft das sofortige Eindrehen des Gewindes in das ausgeformte Loch, wobei mindestens der eine Gewindegang mit geringem Außendurchmesser in das ausgeformte Loch leicht einzudringen vermag, so daß auch bei schnellem Eindrehen der erfindungsgemäßen Schraube das Gewinde sicher in der gestalteten Düse ausgeformt wird, ohne daß dabei die Gefahr besteht, daß sich das zunächst ausgeformte Loch einfach durch den Beginn des Gewindes ausweitet und die Schraube schließlich in ein zu großes Loch hineinfällt.

In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Schraube in Seitensicht;

Fig.2-4 den Einschraubvorgang;

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Schraube längs der linie I-I

aus Fig. 1.

Die in der Fig. 1 dargestellte Schraube weist den Kopf 1 auf, der mit dem Schlitz 2 versehen ist. An dem Kopf 1 schließt sich der Gewindeschaft 3 an, der an seiner dem Kopf 1 abgewandten Seite in einen Gewindegang 4 mit reduziertem Außendurchmesser übergeht. Es können hier auch mehrere Gewindegänge mit reduziertem Außendurchmesser vorgesehen sein, die dann insbesondere einen stetig sich vergrößernden Durchmesser aufweisen, bis der Außendurchmesser des Gewindes 3 erreicht wird. An den Gewindegang 4 schließt sich der konische Übergangsbereich 5 an, dessen größter Durchmesser etwa dem Kerndurchmesser des Gewindeschafts 3 entspricht. An den Übergangsbereich 5

schließt sich der Bohrabschnitt 6 an, der in der Bohrspitze 7 endet. Auf die Bohrspitze laufen die beiden Schneidkanten 8 und 9 zu, hinter denen jeweils eine in Längsrichtung der .Schraube verlaufenden Nut 10 angeordnet ist. Die Bohrspitze 7 mit ihren beiden Schneidkanten 8 und 9 bildet den Teil des Bohrabschnitts, der beim Aufsetzen auf ein Werkstück das Loch in dieses einbohrt.

Beim Eindrehen der dargestellten Schraube in ein Werkstück aus Blech bohrt der Bohrabschnitt 6 zunächst ein Loch mit dem durch den Bohrabschnitt 6 definierten Durchmesser, bis der konische Übergangsbereich 5 mit seinem engsten Durchmesser auf die Kante des gebohrten Lochs an der Oberfläche des Werkstücks auftrifft, wo beim Drehen eine erhebliche Reibung wegen des Durchmessers des Übergangsbereichs 5 entsteht, die zu einer solchen Erwärmung des Werkstücks führt, daß dessen Material weich wird und zu fließen beginnt. Mit weiterem Eindringen des Übergangsbereichs 5 in das Werkstück weitet sich das vorher gebohrte Loch entsprechend auf, wobei eine Düse entsteht, in die schließlich der erste Gewindegang 4 mit reduziertem Durchmesser eindringt und damit einen Anschnitt für das folgende Gewinde des Gewindeschaftes 3 schafft. Der Gewindeschaft 3 dreht sich nachfolgend in das erhitzte Material des betreffenden Werkstücks ein und formt dabei das Gewinde endgültig aus.

In den Fig. 2 bis 4 ist der vorstehend beschriebene Vorgang in drei Phasen dargestellt. Fig. 2 zeigt das aus Blech bestehende Werkstück 11, das von dem Bohrabschnitt 6 durchbohrt ist, und zwar so weit, daß der kleinste Durchmesser des Übergangsbereichs 5 gerade an der Oberfläche des Werkstücks 11 ansetzt. Fig. 3 zeigt die folgende Arbeitsphase, in der der Übergangsbereich 5 weitgehend in das Werkstück 11 eingedrungen ist und dabei unter Erzeugung von Reibung und Aufweichung des

Materials des Werkstücks 11 die Düse 12 nach beiden Seiten des Werkstücks 11 teilweise ausgeformt hat. Schließlich zeigt Fig. 4 die endgültig eingedrehte Schraube, die das Gewinde des Gewindeschaftes 3 in die Düse 12 eingefonnt hat.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, dem konischen Übergangsbereich 5 einen besonderen Querschnitt zu geben, wie dieser in der Fig. 5 dargestellt ist. Danach besitzt der Übergangsbereich vier symmetrische Abflachungen 13, so daß sich gegenüber den Abflachungen 13 schärfere &iacgr;&ogr; Abrundungen 14 ergeben, die beim Eindrehen des Übergangsbereichs 5 in ein Werkstück 11 (siehe Fig. 2 bis 4) dessen Material sowohl radial als auch axial wegdrücken.

Claims (2)

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1. Selbstbohrende und gewindeformende Schraube mit einem Gewindeschaft und einem davor angeordneten Bohrabschnitt mit im wesentlichen gleichbleibendem Durchmesser, der zwei in Längsrichtung verlaufende, einander diametral gegenüberliegende Nuten aufweist

&iacgr;&ogr; und in einer Bohrspitze mit zwei in der Spitze zusammenlaufenden

Schneidkanten endet, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrabschnitt etwa den halben Durchmesser des Gewindeschafts aufweist und zwischen dem Bohrabschnitt und dem Gewindeschaft ein im wesentlichen konisch sich erweiternder Übergangsbereich liegt, dessen größter Durchmesser etwa dem Kerndurchmesser des Gewindeschafts entspricht, von dem mindestens eine Windung mit reduziertem Außendurchmesser beginnt.

2. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich mit mehreren, symmetrisch angeordneten Abflachungen versehen ist, die kegelig abgerundet ineinander übergehen.