DE9211354U1 - Self-drilling and thread-forming screw - Google Patents

Description

E 16259 24. August 1992E 16259 24 August 1992

Ejot Eberhard Jaeger GmbH & Co KG Bd/awEjot Eberhard Jaeger GmbH & Co KG Bd/aw

Selbstbohrende und gewindeformende SchraubeSelf-drilling and thread-forming screw

&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.&iacgr;&ogr; The invention relates to a self-drilling and thread-forming screw with a threaded shaft and a drilling section arranged in front of it with a substantially constant diameter, which has two longitudinally extending, diametrically opposed grooves and ends in a drilling tip with two cutting edges converging at the tip.

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.Such a screw is known from DE-PS 1 625 417. When using this screw, a hole is drilled through the drill tip, the diameter of which is at least as large as the core diameter of the threaded shaft. Due to this design, the first threads of the threaded shaft can easily engage the material of the workpiece drilled out in this way when the screw is screwed in, without the threaded shaft becoming particularly firmly embedded. The screw can therefore be subsequently unscrewed relatively easily from the formed thread. Because the screw is not particularly firmly seated, a relatively low overtorque (i.e. the torque at which the screw is overtightened, destroying the formed thread) results when the screw has been screwed into a workpiece made of relatively thin sheet metal.

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 BlechThe invention is based on the task of designing the known self-drilling and thread-forming screw in such a way that it can also be used in connection with workpieces made of relatively thin sheet metal

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.has a high overtorque. For this purpose, the screw is designed according to the invention in such a way that the drilling section has approximately half the diameter of the threaded shaft and between the drilling section and the threaded shaft there is an essentially conically widening transition area, the largest diameter of which corresponds approximately to the core diameter of the threaded shaft, of which at least one turn begins with a reduced outer diameter.

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.The thin drilling section, which has a diameter of around 2.5 mm for screws with an external diameter of 5 mm, allows a correspondingly narrow hole to be drilled with little energy expenditure. Drilling the hole therefore does not require a particularly high level of force or torque. The narrow hole drilled in this way allows the conical transition area to penetrate, which causes the workpiece in question to heat up considerably through friction, which causes the material of the workpiece to flow, whereby the effect of the cone causes the softened material of the workpiece to flow both against the direction in which the screw is screwed in and in the same direction, thus forming a nozzle into which the threaded shaft then penetrates to form the thread. The threaded shaft is held in place over the length of the nozzle, the length of which is significantly greater than the material thickness of the workpiece in question. Nozzles can be produced in this way that are around twice as long as the thickness of the workpiece in question. In addition, the subsequent cooling of the nozzle causes the material of the workpiece to contract, which additionally holds the screw in place.

Das Ausformen einer Düse beim Eindrehen einer loch- und gewindeformenden Schraube ist an sich bekannt, und zwar aus der DE-PS 39 09The formation of a nozzle when screwing in a hole and thread forming screw is known per se, namely from 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 derartige725, which is, however, a screw that avoids any drilling function. The screw, with a spherical friction surface at its front end, causes the necessary softening of the material of the workpiece in question through friction and heating, which is then converted into a plastic area, whereupon the screw penetrates the material of the workpiece with its hole-forming area and also forms a nozzle. When using this screw, which relies solely on friction to form the hole, considerable forces are required with which such

&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.γ screws are to be pressed against the workpiece so that the necessary heating is generated, especially in the area of the frontmost convex friction surface. This is avoided by the screw according to the invention in that it drills a relatively small hole so that a considerable diameter is available for the generation of frictional heat, namely the increasing diameter of the conical transition area, whereas with the known screw, which is based only on friction, the friction effect is relatively small, especially in the area of the screw axis on the friction surface, since only very small diameters come into effect here.

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 GewindesThe sole formation of a nozzle in a sheet metal without creating a thread is also known from British patent application 2 091 610, which shows a tool which, starting from a drill bit of relatively small diameter, has a conical extension which forms a nozzle in a sheet metal part by friction in two stages with a steeper and a subsequent slimmer cone. Apart from the fact that no thread is provided for this tool, the design of the two-stage cone represents a special feature which is deliberately suitable for the creation of a conical nozzle, but which, in the case of the necessary formation of a thread

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.would be a hindrance to this. Rather, the design of the transition area with the following threaded shaft allows the thread to be screwed into the formed hole immediately, whereby at least one thread with a small outer diameter can easily penetrate into the formed hole, so that even when the screw according to the invention is screwed in quickly, the thread is safely formed in the designed nozzle, without there being a risk that the initially formed hole simply expands due to the start of the thread and the screw ultimately falls into a hole that is too large.

In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the figures. They show:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Schraube in Seitensicht;Fig. 1 shows the screw according to the invention in side view;

Fig.2-4 den Einschraubvorgang;Fig.2-4 the screwing process;

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Schraube längs der linie I-IFig. 5 a cross section through the screw along the line I-I

aus Fig. 1.from 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 5The screw shown in Fig. 1 has the head 1, which is provided with the slot 2. The head 1 is followed by the threaded shaft 3, which on the side facing away from the head 1 turns into a thread 4 with a reduced outer diameter. Several threads with a reduced outer diameter can also be provided here, which then in particular have a continuously increasing diameter until the outer diameter of the thread 3 is reached. The thread 4 is followed by the conical transition area 5, the largest diameter of which corresponds approximately to the core diameter of the threaded shaft 3. The transition area 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.The drilling section 6 follows, which ends in the drill bit 7. The two cutting edges 8 and 9 run towards the drill bit, behind each of which there is a groove 10 running in the longitudinal direction of the screw. The drill bit 7 with its two cutting edges 8 and 9 forms the part of the drilling section which, when placed on a workpiece, drills the hole in it.

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.When the screw shown is screwed into a sheet metal workpiece, the drilling section 6 first drills a hole with the diameter defined by the drilling section 6 until the conical transition area 5 with its narrowest diameter hits the edge of the drilled hole on the surface of the workpiece, where during rotation a considerable friction occurs due to the diameter of the transition area 5, which leads to such heating of the workpiece that its material softens and begins to flow. As the transition area 5 penetrates further into the workpiece, the previously drilled hole widens accordingly, creating a nozzle into which the first thread 4 with a reduced diameter finally penetrates and thus creates a cut for the following thread of the threaded shaft 3. The threaded shaft 3 then turns into the heated material of the workpiece in question and finally forms the thread.

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 desIn Figs. 2 to 4, the process described above is shown in three phases. Fig. 2 shows the workpiece 11 made of sheet metal, which has been drilled through by the drilling section 6, to such an extent that the smallest diameter of the transition area 5 just touches the surface of the workpiece 11. Fig. 3 shows the following working phase, in which the transition area 5 has penetrated largely into the workpiece 11 and thereby generates friction and softens the

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.Material of the workpiece 11 has partially formed the nozzle 12 on both sides of the workpiece 11. Finally, Fig. 4 shows the finally screwed-in screw, which has formed the thread of the threaded shaft 3 into the nozzle 12.

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.It has proven to be useful to give the conical transition area 5 a special cross-section, as shown in Fig. 5. The transition area then has four symmetrical flats 13, so that sharper roundings 14 are produced compared to the flats 13, which push the material away both radially and axially when the transition area 5 is screwed into a workpiece 11 (see Fig. 2 to 4).

Claims (2)

E 16259 24. August 1992 Ejot Eberhard Jaeger GmbH & Co KG Bd/aw inspriicheE 16259 24 August 1992 Ejot Eberhard Jaeger GmbH & Co KG Bd/aw inspriiche 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 aufweist1. Self-drilling and thread-forming screw with a threaded shaft and a drilling section arranged in front of it with a substantially constant diameter, which has two longitudinally running, diametrically opposed grooves &iacgr;&ogr; und in einer Bohrspitze mit zwei in der Spitze zusammenlaufenden&iacgr;&ogr; and in a drill bit with two converging in the tip 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.Cutting edges, characterized in that the drilling section has approximately half the diameter of the threaded shaft and between the drilling section and the threaded shaft there is a substantially conically widening transition region, the largest diameter of which corresponds approximately to the core diameter of the threaded shaft, from which at least one turn begins with a reduced outer diameter. 2. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich mit mehreren, symmetrisch angeordneten Abflachungen versehen ist, die kegelig abgerundet ineinander übergehen.2. Screw according to claim 1, characterized in that the transition area is provided with several symmetrically arranged flattened areas which merge into one another in a conical, rounded manner.