DE102006034583A1

DE102006034583A1 - Loch- und gewindeformende Schraube

Info

Publication number: DE102006034583A1
Application number: DE102006034583A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr. Friederich; Michael Achenbach; Eberhard Dr. Christ
Original assignee: Ejot GmbH and Co KG
Current assignee: Ejot GmbH and Co KG
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2008-01-31
Also published as: BRPI0714589A2; AU2007278468A1; KR20090033360A; MX2009000962A; JP2009544906A; WO2008012051A1

Abstract

Loch- und gewindeformende Schraube mit einem eine Werkzeugaufnahme aufweisenden Kopf, einem Gewindeschaft und einem sich kegelähnlich verjüngenden Lochformteil, das in einem stumpfen Endstück endet, wobei das Endstück eine koaxiale Vertiefung aufweist, die von einem Rand umgeben ist, dessen Außendurchmesser (d) um das 0,25- bis 0,75-fache kleiner ist als der größte Durchmesser (D) des Lochformteils.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine loch- und gewindeformende Schraube mit einem eine Werkzeugaufnahme aufweisenden Kopf, einem Gewindeschaft und einem sich kegelähnlich verjüngenden Lochformteil, das in einem stumpfen Endstück endet, die also keine Spitze bildet.
Eine derartige Schraube ist aus der EP 0 464 071 B1 bekannt. Bei dieser Schraube wird ein als Lochreibteil wirkendes Endstück verwendet, das in einer balligen Reibfläche endet, die für die Ausbildung eines Loches in einem Werkstück auf dieses aufgesetzt und unter Druck in Drehung versetzt wird, so dass durch Reibung der balligen Reibfläche gegenüber dem Werkstück, meist ein Metallblech, dieses so erhitzt wird, dass das Material des Werkstücks in seinen plastischen Bereich überführt wird, in dem es radial so nachgiebig wird, dass sich eine erwünschte Lochaufweitung mit Materialverdrängung zu einem Durchzug ergibt. Um diese Erweichung des Materials des Werkstücks zu erreichen, muss wegen der zunächst punktweisen Berührung des stumpfen Endstücks gegenüber dem Werkstück die Schraube mit hohem Druck gedreht werden, da wegen der punktweisen Berührung in Radialrichtung nur eine geringe Berührungsfläche ausnutzbar ist. Um dabei die erforderliche Erhitzung zu erzeugen, muss wegen dieser Konzentration auf eine sehr kleine Berührungsfläche mit einem entsprechend hohen Druck gearbeitet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte loch- und gewindeformende Schraube dahingehend zu verbessern, dass sie zur Ausformung des Lochs mit einem wesentlich geringeren Druck auskommt. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, dass das Endstück eine koaxiale Vertiefung aufweist, die von einem Rand umgeben ist, dessen Außendurchmesser (d) um das 0,25 bis 0,75-fache kleiner ist als der größte Durchmesser (D) des Lochformteils.
Aufgrund des die koaxiale Vertiefung umgebenden Randes ergibt sich eine gegenüber einer punktweisen Berührung wesentlich größere Berührungsfläche und damit eine erheblich größere Reibung zwischen dem stumpfen Endstück und dem Werkstück, so dass mit einem relativ geringen Druck auf das Werkstück dieses im Bereich des Randes erweicht wird und damit dem Endstück die Möglichkeit bietet, durch das Werkstück hindurchzutreten und dabei einen besonders gleichmäßig ausgeformten Durchzug zu erzeugen. Dieser Durchzug ist das Ergebnis der Lochaufweitung durch das sich verjüngende Lochformteil, das mit relativ großer Oberfläche an dem ausgeformten Loch in dem Werkstück drückt und damit an diesem schnell eine große Erwärmung erzeugt, die zu einer gleichmäßigen. Ausformung des Durchzuges führt. Die erfindungsgemäße loch- und gewindeformende Schraube ist daher hervorragend für das Eindrehen in ein Blechteil geeignet, in dem sich die Schraube das Loch ausformt und anschließend das Gewinde mittels des Gewindeschaftes furcht, womit für die Schraube in dem Blechteil bzw. Metallblech ein sicherer, lösbarer Sitz geschaffen worden ist.
Für die Vertiefung genügt es, diese als kurze Bohrung auszubilden.
Bei der Ausbildung des Durchzugs ergibt sich der Effekt, dass der Durchzug sich sowohl in Einführungsrichtung der Schraube als auch in entgegengesetzter Richtung erstreckt. Dies lässt sich dadurch unterstützen, dass längs des Lochformteils gewindeartig verlaufende Rippen vorgesehen sind, die symmetrisch gegenüberliegend angeordnet sind und eine Steigung aufweisen, die ein Vielfaches der Steigung des Gewindes des Gewindeschaftes beträgt. Das Lochformteil ist also mit besonders steil verlaufende Rippen versehen, die beim Ausformen des Loches wirken, dass dabei die Tendenz unterstützt wird, dass sich der Durchzug besonders ausprägt.
Das Lochformteil lässt sich vorteilhaft einem Kegel ähnlich ausbilden, d.h. es verjüngt sich gleichmäßig in Richtung seines stumpfen Endstücks. Es ist auch möglich, dass das Lochformteil mit mehreren, symmetrisch angeordneten Abflachungen versehen ist, die im Querschnitt abgerundet ineinander übergehen. In diesem Falle erhält man abgerundete Mehreckquerschnitte, die über ihre abgerundeten Ecken einen besonders hohen Druck auf das Material des Blechteils beim Eindringen des Endstücks bewirken, womit die erforderliche Energie zum Eindrücken und Eindrehen der Schraube entsprechend verringert wird.
In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 die Schraube in perspektivischer Sicht;
2 das Lochformteil der Schraube gemäß 1 im Schnitt längs der Linie II-II aus 1;
3 einen Schnitt durch das Endstück der Schraube im Schnitt gemäß der Linie III-III aus 2;
4 eine Schraube ähnlich derjenigen gemäß 1, und zwar mit gewindeartig verlaufenden Rippen längs des Lochformteils;
5 einen Schnitt durch das Lochformteil gemäß 4 längs der Linie V-V in vergrößerter Darstellung;
6 ebenfalls einen Schnitt ähnlich demjenigen gemäß 5, jedoch bezüglich eines Lochformteils mit drei Rippen;
7 das Lochformteil mit Rippen, die sich nur über den hinteren Bereich des Lochformteils erstrecken;
8 das Lochformteil in perspektivischer Sicht mit symmetrisch angeordneten Abflachungen;
9 einen Schnitt durch das Lochformteil gemäß 8 längs der Linie IX-IX;
10a, b, c das Lochformteil gemäß der Schraube nach 1 in verschiedenen Phasen des Eindringens und Durchdringen durch ein Blechstück.
In 1 ist die erfindungsgemäße loch- und gewindeformende Schraube 1 in perspektivischer Sicht dargestellt. Die Schraube weist den Schraubenkopf 2, den Gewindeschaft 3 und das Lochformteil 4 auf, das zum Eindrehen in ein Blechstück dient (siehe 10a bis c). Der Schraubenkopf 2 ist mit irgendeiner bekannten Aufnahme für einen Antrieb versehen. Das vor dem Gewindeschaft 3 angeordnete Lochformteil 4 ist kegelähnlich gebildet und verjüngt sich zum Endstück 5 hin, das zum Eindrehen in ein Werkstück, insbesondere ein Blechstück, auf dieses aufgesetzt und in Drehung versetzt wird. Das Endstück 5 besitzt den stumpfen Rand 6, der eine koaxiale Vertiefung 7 umgibt, die hier als kurze runde Bohrung ausgebildet ist. Der Rand 6 kann auch schmäler ausgebildet sein, was von dem jeweiligen Herstellungsverfahren abhängt. Bei einer Schraube mit einem Gewinde von 5 mm Durchmesser und einem Lochformteil-Durchmesser D von 4 mm beträgt der äußere Durchmesser des Randes 6 maximal 3 mm. Die als Bohrung ausgebildete koaxiale Vertiefung 7 ragt ca. 3 mm oder weniger in das Lochformteil 4 hinein (siehe auch 2). Der durch die koaxiale Vertiefung 7 gebildete Rand 6 bildet beim Aufsetzen auf ein Werkstück einen ausreichend großen Durchmesser, um bei Rotation der Schraube 1 das Blechstück schnell so zu erhitzen, dass das Material des Blechstücks fließt und das Eindringen des Lochformteils 4 in das Blechstück ermöglicht (siehe hierzu 10a bis 10c). Insofern ergibt sich aufgrund dieser Gestaltung des Endstücks 5 des Lochformteils 4 ge genüber bekannten lochformenden Schrauben mit praktisch punktueller Berührung des Lochformteils gegenüber einem Blechstück der entscheidende Vorteil, dass wegen des Durchmessers des Randes 6 eine erhebliche Reibungswärme erzielt werden kann, die ein schnelles Eindringen der Schraube in ein Werkstück ermöglicht.
In der 2 ist das Lochformteil 4 und das Endstück 5 vergrößert dargestellt, wobei es sich im Bereich der koaxialen Vertiefung 7 um einen Schnitt längs der Linie II-II aus 1 handelt. Dieser Schnitt zeigt, dass es sich bei der Vertiefung 7 um eine kurze Bohrung handelt, die einen ausreichend großen Rand 6 stehen lässt, der dann, wie im Zusammenhang mit der 1 beschrieben, dafür sorgt, dass bei Aufsetzen der Schraube auf ein Blechstück an dieser Stelle schnell die notwendige Erwärmung eintritt.
Um nach dem Eindringen des Endstücks 5 in ein Blechstück die Aufweitung des so gebildeten Loches zu erleichtern, ist gemäß 4 das Lochformteil 8 mit gewindeartig verlaufenden Rippen 9 und 10 versehen (weitere Rippen sind nicht sichtbar), die das Lochformteil 8 aufgrund ihrer gewindeartigen Wirkung in das erweichte Material des Blechstücks hineinziehen und damit das gebildete Loch aufweiten, bis schließlich das Lochformteil 8 den Gewindeschaft 3 mit zunächst abgeflachten Gewindegängen in das gebildete Loch hineinzieht. Bei den Rippen 9 und 10 handelt es sich also um eine ergänzende Wirkung zu derjenigen gemäß der Gestaltung nach 1, die in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Material eines Blechstücks zur Anwendung kommen kann, obwohl in vielen Fällen ein glattes Lochformteil, wie es in der 1 dargestellt ist, für das Eindringen in ein Blechstück ausreichend ist.
5 zeigt einen Schnitt längs der Linie V-V aus 4, aus der ersichtlich ist, dass das wiedergegebene geschnittene Lochformteil 8 mit vier Rippen 9, 10, 11 und 12 versehen ist.
6 zeigt eine Abwandlung gegenüber der Gestaltung gemäß 5, wonach das hier gezeigte Lochformteil 13 nur mit drei Rippen 14, 15 und 16 versehen ist.
Die Rippen gemäß den 4, 5 und 6, die gemäß 4 über die gesamte Länge des Lochformteils 8 verlaufen, kann man auch im Bedarfsfalle kürzer anordnen, wie dies in der 7 dargestellt ist. Die hier auf dem Lochformteil 17 vorgesehenen Rippen 18 und 19 erstrecken sich nur über etwa die halbe Länge des Lochformteils 17, d.h. das Lochformteil 17 formt zunächst aufgrund der Erhitzung des Blechstücks durch den Rand 6 zunächst allein ein Loch in das Blechstück, bis dann die Rippen 18 und 19 (und weitere nicht sichtbare) eingreifen und weiterhin für ein Hineinziehen des Lochformteils 17 in das Material des Blechstücks sorgen. Die in 7 dargestellten kürzeren Rippen 18 und 19 sind dann insbesondere vorteilhaft anwendbar, wenn sich dies aus fabrikatorischen Gründen als zweckmäßig ergibt.
Eine weitere besondere Gestaltung des Lochformteils 20 ist in der 8 gezeigt, bei der es sich gemäß in 9 dargestellten Schnitt längs der Linie IX-IX aus 8 um eine Mehrkantanordnung der im Prinzip konischen Gestaltung des Lochformteils 20 handelt, durch die das Aufweiten des zunächst herbeigeführten Loches in dem Blechstücks intensiviert wird.
Der in der 9 dargestellte Schnitt des Lochformteils 20 aus 8 zeigt eine polygonartige Gestaltung mit sieben Abflachungen 21, die abgerundet ineinander übergehen, so dass diese Abrundungen 22 in günstiger Weise, ohne an dem Material eines Blechstücks zu schaben, dieses beiseite drängen und damit ein bereits herbeigeführtes Loch entsprechend aufweiten. Die strichpunktierte Kreislinie soll die Lage der Abrundungen 22 auf dem Kreis verdeutlichen.
In den 10a, b und c sind drei Phasen des Eindringens einer Schraube, wie sie in 1 dargestellt ist, in das Blechstück 23 gezeigt. Zunächst dringt das Endstück 5 des Lochformteils 4 in das Blechstück 23 ein und drängt sich infolge Erhitzung des Materials des Blechstücks 23 durch dieses hindurch, bis das Endstück 5 vollständig durch das Blechstück 2 hindurch getreten ist (siehe 10b), so dass nunmehr das Lochformteil 4 mit seiner konischen Gestaltung das gebildete Loch aufweitet, bis schließlich das Lochformteil 4 gänzlich durch das gebildete Loch hindurch getreten ist und damit das Gewinde des Gewindeschaftes 3 durch das Loch eingetreten ist, das sich dann sein Gewinde furcht und aufgrund seiner Gewindewirkung die Schraube weiterhin durch das Blechstück 23 hindurch zieht, womit die Verbindung von Schraube 1 und Blechstück 23 endgültig hergestellt ist.

Claims

Loch- und gewindeformende Schraube (1) mit einem eine Werkzeugauf nahme aufweisenden Kopf (2), einem Gewindeschaft (3) und einem sich kegelähnlich verjüngenden Lochformteil (4, 8, 13, 17, 20), das in einem stumpfen Endstück (5) endet, dadurch gekennzeichnet, dass das Endstück (5) eine koaxiale Vertiefung (7) aufweist, die von einem Rand (6) umgeben ist, dessen Außendurchmesser (d) um das 0,25 bis 0,75-fache kleiner ist als der größte Durchmesser (D) des Lochformteils (5).
Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (7) kürzer als 3 mm ist.
Schraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass längs des Lochformteils (8) gewindeartig verlaufende Rippen (9, 10, 11, 12; 14, 15, 16; 18, 19) vorgesehen sind, die symmetrisch zueinander angeordnet sind und eine Steigung aufweisen, die ein Vielfaches der Steigung des Gewindes des Gewindeschaftes (3) beträgt.
Schrauben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lochformteil (20) mit mehreren, symmetrisch angeordneten Abflachungen (21) versehen ist, die im Querschnitt abgerundet ineinander übergehen.