CH659295A5 - Selbstbohrende und gewindeformende schraube. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine selbstbohrende und gewindeformende Schraube, mit der in einem Werkstück eine Vorbohrung gebohrt und ein Gewinde geformt werden kann, ohne dass dazu ein gesondertes Vorbohren, Gewindeschneiden o.dgl. erforderlich wäre.

In der US-PS 3 395 603 ist eine selbstbohrende und gewindeformende Schraube beschrieben, die seither in grossen Stückzahlen hergestellt worden ist und auf den Gebieten der Automobilherstellung, des Metallbaus, der Gerätefabrikation usw. verbreitet Verwendung gefunden hat. Diese bekannte Schraube besitzt einen vorderen Endabschnitt mit einer längeren Querachse und einer kürzeren Querachse, wobei die längere Querachse wenig länger ist als die kürzere Querachse. In dem vorderen Endabschnitt sind zwei Nuten vorgesehen, von denen jede eine Schneidfläche, welche sich im wesentlichen gleich weit wie die längere Querachse radial nach aussen erstreckt, und eine Rückseitenfläche bildet, welche sich im wesentlichen gleich weit wie die kürzere Querachse radial nach aussen erstreckt.

Schrauben nach der genannten US-PS sind in verschiedenen Grössen und für verschiedene Verwendungen hergestellt worden. Für gewisse Zwecke wäre es jedoch wünschbar, eine Schraube der in Frage stehenden Art zur Verfügung zu haben, bei der die Länge des vorderen Endabschnittes wesentlich kleiner ist als bei der bekannten Schraube, so dass sich der mit Gewinde versehene Schaft der Schraube wesentlich weiter nach vorn gegen die Spitze der Schraube erstreckt. Wenn man aber den vorderen Endabschnitt der Schraube einfach kürzer macht und dabei die in der US-PS 3 395 603 beschriebene Rückseitenfläche als wie erläutert im wesentlichen ebene Fläche beibehält, dann zeigt sich, dass diese Rückseitenfläche so stark zur Schraubenachse geneigt ist, dass sie den Abfluss der beim Bohrvorgang entstehenden Späne aus der gebohrten Öffnung heraus stark behindert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine selbstbohrende und gewindeformende Schraube zur Verfügung zu stellen, deren vorderer Endabschnitt so ausgebildet ist, dass die Abführung von durch den Bohrvorgang erzeugten Spänen erleichtert ist, so dass ein weiter Bereich von Grössen des vorderen Endabschnittes möglich ist.

Die erfindungsgemässe Schraube, mit der diese Aufgabe gelöst worden ist, ist im Patentanspruch 1 definiert.

Bei der Schraube ist vorzugsweise auch jede der Schneidflächen in der Längsrichtung gekrümmt, um den geeigneten Keilwinkel für das Bohren zu bilden.

Beim Drehen der Schraube beschreiben die Schneiden aussen an den Schneidflächen einen Kreis, dessen Durchmesser grösser ist als die kürzere Achse. Die von den Nuten gebildeten Rückseitenflächen können sich im wesentlichen längs der kürzeren Achse gleich weit wie diese radial nach aussen erstrecken. Zwischen den Rückseitenflächen und den Schneidflächen können Freiflächen vorhanden sein, deren radialer Abstand von der Schraubenachse zwischen der Rückseitenfläche und der Schneidfläche allmählich zunimmt, so dass die Freiflächen die Seitenwand einer von den Schneidflächen erzeugten Vorbohrung nicht berühren.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsge-mässen Schraube wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen :

Fig. 1 eine Aufrissansicht einer selbstbohrenden und gewindeformenden Schraube nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 in grösserem Massstab eine Seitenansicht des vorderen Endabschnittes der bekannten Schraube von Fig. 1,

Fig. 3 eine Endansicht der bekannten Schraube von Fig. 1 und 2,

Fig. 4 eine perspektivische Endansicht einer selbstbohrenden und gewindeformenden Schraube mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 eine Seitenansicht der Schraube von Fig. 4,

Fig. 6 eine Aufrissansicht der Schraube von Fig. 4 und 5 und

Fig. 7 eine Endansicht der in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Schraube, woraus weitere Einzelheiten zu ersehen sind.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine selbstbohrende und gewindeformende Schraube nach dem Stand der Technik dargestellt, im wesentlichen wie in der schon genannten US-PS 3 395 603 beschrieben.

Die Schraube umfasst im wesentlichen einen Schraubenkörper 10 mit einem langgestreckten Schaft 12 und einem Kopf 14, der mit dem hinteren Ende des Schaftes einstückig ausgebildet ist. Der Schraubenkörper 10 weist ferner einen vorderen Endabschnitt 16 von im wesentlichen elliptischer Querschnittsform auf. Wie bei der erwähnten bekannten Konstruktion wird der Ausdruck «elliptisch» hier nur zur annähernden Beschreibung und Anschaulichmachung verwendet und ist nicht in einem streng mathematischen Sinn gemeint. In Längsrichtung verlaufende Nuten oder Schlitze 18 und 19 von ähnlicher Form sind in gegenüberliegenden Quadranten des vorderen Endabschnittes 16 ausgebildet. Die Nut 18 ist von einer Schneidfläche 20 mit Schneiden 22,24 und einer Rückseitenfläche 26 begrenzt. Die Nut 19 ist von einer Schneidfläche 28 mit Schneiden 30,32 und einer Rückseitenfläche 34 begrenzt. Die Schneidflächen 20 und 28 sind leicht gekrümmt und liegen allgemein in einer Ebene, die etwas gegen die Längsachse der Schraube geneigt ist, um die Abführung von Material von den Schneiden während des Schneidvorganges zu erleichtern. Der Verlauf der Schneidflächen 20 und 28, wie in Fig. 3 dargestellt, ergibt an den Schneiden 22 und 24 den geeigneten Schneidwinkel und den geeigneten Keilwinkel. Die Rückseitenflächen 26 und 34 stehen in einem Winkel zur Längsachse der Schraube, um die Abführung von Material, das beim Schneidvorgang abgetragen wird, zu erleichtern.

Aus Fig. 3 ist zu ersehen, dass die maximale Breite der s

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Schneidflächen 20 und 28 grösser ist als die maximale Breite der Rückseitenflächen 26 und 34. Die Schneidflächen 20 und 28 verlaufen allgemein versetzt und parallel zur längeren Querachse a des elliptischen Endabschnittes 16. Die Rückseitenflächen 26 und 34 sind in einer ähnlichen Beziehung zur Querachse b angeordnet. Eine von den Schneiden 22,24 und 30,32 geschnittene Vorbohrung hat daher einen Durchmesser, der grösser ist als die Länge der Querachse b des Endabschnittes 16. Die Rückseitenflächen 26 und 34, die parallel zur kürzeren Achse b verlaufen, erstrecken sich also nicht so weit radial nach aussen, dass sie die Seitenwände einer von den Schneiden geschnittenen Vorbohrung berühren würden. Ähnlich treten auch die gekrümmten Teile des vorderen Endabschnittes zwischen den Schneidflächen und den Rückseitenflächen, als Freiflächen 36 und 38 bezeichnet, nicht mit den Seitenwänden einer Vorbohrung in Berührung.

Die vorstehende Beschreibung der Fig. 1 bis 3 entspricht der Beschreibung der in der US-PS 3 395 603 dargestellten Konstruktion. Dieser US-PS können weitere Erläuterungen von Vorteilen und Einzelheiten der Konstruktion entnommen werden.

Die in den Fig. 4 bis 7 dargestellte Schraube ist der vorstehend beschriebenen ähnlich, weist aber die Merkmale der vorliegenden Erfindung auf.

Die Schraube gemäss Fig. 4 bis 7 besitzt einen Schraubenkörper 110 mit einem Schaftabschnitt 112 und einem vorderen Endabschnitt 116. Die Schraube weist ferner in Längsrichtung verlaufende Nuten 118 und 119 auf, die in gegenüberliegenden Quadranten des vorderen Endabschnittes 116 ausgebildet sind. Die Nut 118 ist teilweise von einer Schneidfläche 120 mit Schneiden 122 und 124 begrenzt. In gleicher Weise ist die Nut 119 teilweise von einer Schneidfläche 128 mit Schneiden 130 und 132 begrenzt. Die gekrümmten Teile des vorderen Endabschnittes 116, die von den Schneidflächen 120 und 128 ausgehen, werden als Freiflächen 146 und 148 bezeichnet.

Die bis dahin beschriebene Schraube ist ähnlich konstruiert wie die vorstehend beschriebene und in den Fig. 1 bis 3 dargestellte bekannte Schraube, und gleiche Teile sind daran mit gleichen Hinweisziffern, denen aber eine 1 vorangestellt ist, bezeichnet.

In Fig. 6 ist die Länge des vorderen Endabschnittes 116, gemessen von der Spitze des Endabschnittes bis zum letzten Gewindegang T, mit L bezeichnet. Wie eingangs erwähnt, ist es für manche Anwendung der Schraube wünschbar, die Länge L relativ klein zu halten, um bei gegebener Länge der Schraube ein tieferes Eindringen des auf dem Schraubenschaft vorhandenen Gewindes zu erreichen. In einem solchen Fall wird bei der bekannten Schraube der Winkel kleiner, den die Rückseitenfläche 26 oder 34 mit der Fläche bildet, in welche die Schraube eingeschraubt wird, wodurch entsprechend der Querschnitt kleiner wird, durch welchen Bohrspäne in der Nut 18 oder 19 der bekannten Schraube abgeführt werden können. Diese Situation führt zu einer Verstopfung der Nut mit Bohrspänen und kann das Einbohren der Schraube verlangsamen, wodurch die Verwen-

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dung der Schraube mühsamer wird.

Bei der verbesserten Schraube gemäss den Fig. 4 bis 7 ist das Problem dadurch gemildert, dass Rückseitenflächen 40 und 42 vorgesehen sind, welche so ausgebildet sind, dass sich ein grösserer freier Raum für den Durchtritt von Bohrspänen ergibt und dass die Bohrspäne nach oben und vom vorderen Endabschnitt 116 des Schraubenkörpers weg abgeführt werden.

Wie aus Fig. 7 zu ersehen ist, liegt jede Rückseitenfläche 40 oder 42 jeweils allgemein in einer Ebene, die einen Winkel 0 mit der die Mittelachse des Schraubenkörpers 110 enthaltenden und zur Ebene der Schneidfläche 120 bzw. 128 senkrechten Ebene bildet. Das heisst, die Ebene der Rückseitenfläche 40 und 42 bildet mit der Schneidfläche 120 bzw. 128 einen Winkel von 90° plus 0. In der Praxis liegt der Winkel 0 etwa im Bereich von 15°, und der Winkel zwischen der Rückseitenfläche 40 oder 42 und der Schneidfläche 120 oder 128 beträgt etwa 105°. Ein solcher Winkel ist auch schon in bekannten Konstruktionen angewandt worden, er kann aber für sich allein die vorstehend geschilderten Probleme nicht lösen, wenn die Rückseitenfläche 40 oder 42 mit der Oberfläche des Werkstückes, in das die Schraube eingebohrt werden soll, einen sehr spitzen Winkel bildet.

Bei der dargestellten Schraube ist die Rückseitenfläche 40 oder 42 mit einem Krümmungsradius R kontinuierlich gekrümmt. Der Krümmungsradius ist von der Spitze der Schraube bis zu einem Punkt im wesentlichen beim letzten Gewindegang T der Schraube konstant. Der Krümmungsradius R, der eine zum Bilden des für die Spanabführung nötigen freien Raumes ausreichende Länge haben kann,

steht etwa rechtwinklig zu einer imaginären Ebene, die mit der Ebene der Schneidfläche 120 oder 128 einen Winkel von 105° bildet und im wesentlichen durch die Mittelachse geht. Das heisst, die erwähnte imaginäre Ebene wäre bei einer Schraube nach dem Stand der Technik die Ebene der Rückseitenfläche. In der Praxis ist gefunden worden, dass mit einem Krümmungsradius R, der etwa gleich dem bei den Schneidflächen 120 und 128 zum Bilden des geeigneten Schneidwinkels an den Schneiden verwendeten Krümmungsradius ist, ein ausreichender freier Raum für den unbehinderten Durchtritt von Material durch die Nuten 118 und 119 entsteht. Die kontinuierlich gekrümmte Fläche in der Längsrichtung der Schraube schafft einen freien Raum für die Späne, die während des Bohrvorganges abgeführt werden müssen, und sie bildet gleichzeitig eine Fläche, die die Späne kontinuierlich aus der Öffnung herausführt, die mit der Schraube 110 gebohrt wird. Das Ziel der Erfindung wird also mit der einfachen Massnahme erreicht, die Rückseitenflächen 40 und 42 der Schraube als kontinuierlich gekrümmte Flächen ähnlich den Schneidflächen 120 und 128 der Schraube auszubilden, womit der für die Abführung der Späne während des Bohrvorgangs erforderliche vergrösserte Durchtrittsquerschnitt entsteht und gleichzeitig eine Fläche zur Verfügung steht, die in jeder Hinsicht geeignet ist, die von der bohrenden Schraube erzeugten Späne nach oben und aus der Bohrung heraus zu bewegen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

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1. Selbstbohrende und gewindeformende Schraube, mit einem Schaft (112), der mit einem Gewinde versehen ist, und mit einem vorderen Endabschnitt (116), in welchem eine Mehrzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Nuten (118,119) vorgesehen sind, wobei der vordere Endabschnitt

( 116) im Querschnitt eine kürzere Achse (b) und eine längere Achse (a) aufweist und wobei Schneidflächen (120,128), die von den sich in Längsrichtung erstreckenden Nuten (118, 119) gebildet sind, annähernd in einer zur längeren Achse (a) parallelen Ebene liegen und sich gleich weit wie diese Achse (a) radial nach aussen erstrecken, gekennzeichnet durch zwei von den genannten Nuten (118,119) gebildete Rückseiten-flächen (40,42), von denen jede auf ihrer ganzen Länge mit einem im wesentlichen konstanten Krümmungsradius (R) gekrümmt ist und sich von einer Stelle bei der Spitze des vorderen Endabschnittes (116) bis zu einer Stelle bei dem mit Gewinde versehenen Schaft (112) erstreckt.

2. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideflächen (120,128) und die Rückseiten-

f lächen (40,42) im wesentlichen die gleiche gekrümmte Form haben.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Schraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Rückseitenflächen (40,42) mit der Schneidfläche (120,128) bei der Spitze des vorderen Endabschnittes (116) einen Winkel von mehr als 100° bildet.