DE1575120A1

DE1575120A1 - Selbstschneidende Schraube

Info

Publication number: DE1575120A1
Application number: DE19671575120
Authority: DE
Inventors: Munsey Robert Jack
Original assignee: Eaton Yale and Towne Inc
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1966-05-10
Filing date: 1967-05-08
Publication date: 1969-11-06
Also published as: GB1142175A; US3469491A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf selbstgewindehersteilende Schrauben zum Befestigen, Verbinden oder Anfügen verschiedener !eile mit- bzw« aneinander.

Zahlreiche Arten selbstgewindeherstellender Schrauben sind nach dem Stand der Technik vorgeschlagen worden, welche in der Seitenwand einer Stichöffnung bzw. eines Hihrung8loeh.es Gewindegänge herstellen'bzw. schneiden, die den Gewindegängen der selbstgewindeherstellenden

Schraube

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Telegr.-Adr.i ELPATENT Poifsdwdlconto MOnehen 06510 Deutsch· denk Aufliburfl Kto. 08/34192

Schraube entsprechen, und zwar in aus verhältnismäßig hartem Material bestehenden Stücken, Bauteilen oder anderen Gegenständen, die miteinander verbunden werden sollen. Diese selbstgewindeherstellenden Schrauben nach dem Stand der Technik weisen im allgemeinen /!einen mit einem Gewinde versehenen.Schaft, bei welchem die Gewindegänge kurz vor dem Ende bzw» der Spitze des Gewindeschaftes unterbrochen sind und steile Schneidkanten zum Schneiden des Gewindes in der gewünschten Größe und Form im Material des betreffenden Werkstückes,auf. Die vorliegenden Schrauben weichen von dieser Schneidweise ab und beruhen grundsätzlich auf einer "Gewindedrückwirkung¹¹ zur spanlosen Verformung eines verhältnismäßig harten Materials zum Erhalt einer Anzahl von Gewindegängen in diesem Material anstelle der bekannten Arbeitsweise der spanabhebenden Erzeugung der Gewindegänge bzw. der Gewinde durch Schneiden und Material^bnahine durch die Schneidek&nte des Gewindeschaftes einer seibstgewindeherstellenden Schraube.

Ein durch Drücken hergestelltes Gewinde ist bekanntlich bedeutend stärker als ein durch Gewindeschneiden erhaltenes Gewinde, insofern als durch den spanabhebenden Arbeitsgang zum Erhalt des Gewindes nichts als ein Teil des Materials abgenommen wird, ohne dem Gewinde irgendwelche Festigkeitseigenschaften zu verleihen, wogegen das gedrückte Gewinde

stärker

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^stärker und zäher ist, da das Material eine plastische Verformung durchmacht (Materialfluß), so daß die Körnung des Materials veredelt wird und demselben verbesserte Festigkeitseigenschaften verliehen werden. Die Teilchen oder Späne, die bei der spanabhebenden Verformung erhalten werden, kann man darüber hinaus sehr schwer entfernen, so daß ein hohes Drehmoment zu Beginn der spanabhebenden Verformung erforderlich ist, und die Schraube m-inclirnal schräg gegenüber der geometrischen Achse des Stiehloches "liegt und die Schraube Gewinde in die Wände des Stichlochos schneidet, deren Längsachse zur geometrischen Achse des Stichloches in einem Winkel geneigt ist, 30 da·?, nach Fertigstellung des Gewindes in der- Arbeitsfläche des Werkstückes der Schaft der gewindeherstellenden Schraube nicht mit der geometrischen Achse des Führungsloches axial zu-Gaaiinenfällt bzw. fluchtet, sondern innerhalb des Führungsbzv/. Stichloches schräg in einem Winkel liegt und eine Fehlausrichtung oder Pehlverbindung zum Abscheren oder Brechen des Schraubenschaftes führt und zwar'infolge des erhöhten Drehmomentes, das erforderlich int, ua die Auflagefläche des Schraubenkopfes mit dem Werkstoff in Anlage zu bringen und somit die Schraube an dein sie umgebenden Material-des Werkstückes wirksam zu befestigen.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer

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neuartigen verbesserten gewindeherstellenden Schraube

zur Herstellung eines Gewindes in der Seitenwand eines Stichloches durch die Druckwirkung eines sich konisch verjungenden Selbstgewindeherstellungöabschnittes zum Erhalt eines stärkeren und verbesserten Gewindes ohne spanabhebende Verformung.

Die erfindungsgemäße neuartige und nicht naheliegende selbstgewindeherstellende Schraube hat einen verhältnismäs-., 'sig langen Halteabschnitt und einen kurzen sich verjüngenden vieleckigen gewindeherstellenden Abschnitt bzw. ein Gleichdick sowie einen Abschnitt. zur Herstellung des Stich-, loches, der zumindest durch einen Gewindegang gebildet ist, der sich axial über das Ende des mit Gewindegängen versehenen Schraubenschaftes hinaus erstreckt.

V/eitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung erhellen dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen; darin zeigen;

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Schraubenrohlings;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Erfindungsgegenstandes bzw. einer seibstgewindeherstellenden Schraube mit den oben erwähnten drei Abschnitten: dem gewindehaltenden

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Abschnitt, dem selbstgewindeherste11enden Abschnitt und dem Abschnitt zur Herstellung des Stichloches;

Fig. *3 eine vergrößerte Seitenansicht eines Abschnittes des erfindungsgemäßen, mit einem Gewinde versehenen selbstgewindeherstellenden Abschnittes und des Abschnittes zur Herstellung des Führungs- oder Stichloches;

''5¹Xg. 4 eine Stirnansicht der in Fig. 3 dargestellten Schraube; und

Fig. 5 eine Schnittansicht der erfindungsgeraäßen selbstgewindeherstellenden Schraube mit den mit dem Gewinde versehenen selbstgöwindeherstellend'en Abschnitten der Schraube und mit dem Abschnitt der Schraube, zur Herstellung des Stichloches entlang der Linie 5-5 der Fig. 4

Bei den in Fig. 1-5 der Zeichnungsfiguren dargestellten Schrauben sind gleiche !eile mit gleichen Bezujgszahlen versehen, wa"bei ein erfindungsgemäßes Ausführungebeispiel i?i Fig. 2 dargestellt; ist, bei welchem die Schraube IQ einen herJCüinmlichen Schraubenkopf 12 mit entsprechenden Qberfläiciq.fn 13 Aufweist, mit weichet! ein lierkzeug in 4nlage Jfqr^en

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kann, wobei diese Oberflächen 13 mit einem Schaft 14 verbunden sind, der mit selbatgewindeherstellenden Gewindegängen versehen ist und drei Abschnitte aufweist, die jeweils mit den Großbuchstaben "H", "T" und "P" versehen sind. Der Abschnitt "H^M stellt 'einen Halte- bzw. Verriegelungsabschnitt der Schraube dar und weist ein. herkömmliches Gewinde auf, wobei der äußere, der innere GewindedurchmeEpser oder der Kerndurchmesser und der Ganghöhe- oder Gewindesteigungadurchmesser des Abschnittes "H" die herkömmliche gleichn?äs-Kreisform aufweisen.

Der Abschnitt "T" 3teilt den selbstgewindeherstellenden Abschnitt der Schraube dar_t der mit dem Halteabschnitt »H« zu sammenhängt. Der Abschnitt "£'■ wird gebildet, indem — wie in Fig. 1 gezeigt — ein Schraubenrohling 16 mit einem sich

konisch verjüngenden Abschnitt 18 des Schaftes 20 an dem

Schraubenkopf ;12 entgegengesetzt liegenden Ende vorgesehen wird. In der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausfährungsfprin befinden sich

eine Ansah}, abgeflachter Zwischenberef.pb^ 22

ydnkelig in Abstand voneinander um den, Außenuinfang de§ kege

ligen Teils 18 ljnd bilden somit einen den Abschnitt der Schraijbe in ?Qrm. eine§ Vielgpks bzvy. mehrkantigen Quer schnittes. Di§ abge|lach1;en pd§r drückten Bere^p^e, 22 — VQrziJgs.weisg δ an 4§p gah^l -τ

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nach zmen in Richtung auf die geometrische Aohse des Schaftes 20 zusammen, wobei auch die bogenförmige Oewindeabschnitte 24 zwischen den abgeflachten Bereichen 22 in Sichtung auf die geometrische Achse des Sohraubenschlftes 20 zusammenlaufen bzw. konvergieren. Der Schraubenrohling 16 ist mit Gewindegängen beliebiger Form und Anzahl je Zoll an seiner Außenoberfläche mit Hilfe eines beliebigen herkömmlichen Gewlndeherstellungsvorgangee versehen. Diese Gewindeginge werden jedoch vorzugsweise auf dem Schraubenrohling 16 mit Hilfe von Gewindewalzvorrichtungen hergestellt, wobei der Schaft 20 des Scnraubenrohlings 16 einschließlich des sich verjüngenden Abschnittes 18 mit Gewindegängen versehen wird, indem sie zwischen zwei herkömmlichen (nicht gezeigten) zusammenarbeitenden Gewindewalzbacken zum Erhalt der in Fig. 2-5 gezeigten kontinuierlichen Gewindegangformen mit H, T und P-Abschnitten bearbeitet werden. Das sowohl auf den bogenförmigen Abschnitten 24- als auch auf den dazwischen liegenden Berichen 22 des in Fig. 3-5 gezeigten Schraubenrohlinge mit Hilfe derartiger Ge wind β wal »backen, die den sich konisch verhängenden Abschnitt 18 erfassen, erhaltene Gewinde ist unvollständig. Dieses Gewinde wird von fenrindespitzenteilen 30 gebildet, die an den bogenförmigen Abschnitten 24- geformt sind. Sowohl die Gewimdsspiisenteil* 30 als auch die Unterbrechungen 26 im Zwischenbereich sind beide nicht vollständig ausgebildet, da an dem sich konisch vsxjfngsmden Abschnitt 18 nicht genug Material vorhanden ist· Wie ans Fig. 5 ersichtlich, sind die Querschnitte der Gewindespitsemteile 30 und der Unterbrechungen 26 in Richtung emf die geometrische Achse des Schaftes 14 konkav odsr nach innen gewölbt, und «war sowohl quer als auch senkrecht zur geometrischem Achse. Diese zu den Zwischenbereichen 22 gebildeten gewOlbten oder konkavem Unterbrechungen 26 bilden Druokentlastamgsbereiohe, die in Längsrichtung ausgerichtet sind und deren Dimensionen von dsm Halteabschnitt "H" c· ■ in Sichtung auf das Xods 28 des Schaftes 14 fortschreitend «nehmen. Fexmer geht »ede

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Unterbrechung 26 des Abschnittes ^NT^N in die benachbarten Gewindespitzenteile 30 über, derart, daß eine Anzahl in wesentlichen spanlos gewindeherstellender Oberflächen gebildet wird, die entlang den Gewinde des selbstgewindeherstellenden Abschnittes "T" angeordnet sind und deren Länge von Halteabschnitt H bis zum Ende des Schaftes 14 abnimmt. Der Übergang der Unterbrechungen 26 in die Gewindespitzenteile 30 ist «as Fig. 4 ersichtlich. Ferner ist aus dieser Fig. zu entnehmen, daß die Durchmesser der Ge winde spitzenteile 30 jeweils größer sind als die Durchmesser der benachbarten Unterbrechungen 26.

Der Kerndurchmesser des slebstgewindeherstellenden Abschnittes "T" stellt eine Fortsetzung des Gewmndekerndurchmessers des Gewindehmlteabschnittes "H" dar. Der Kerndurchmesser 32 nimmt jedoch fortschreitend vom Halteabschnitt ⁿH^N in Richtung auf das Schaftende 26 ab.

Ein schrauben- oder spiralförmiger Gewindegang am Bohrgewindegang 34 für das Führungsloch folgt als Fortsetzung des Gewindes «es selbstgewindeherstellenden Abschnittes "T" und erstreckt sich axial über das lade 28 des Schaftes 14 der selbstgewindeherstellende* Schraube 10 hinaus und bogenförmig

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um die geoigetrische Achse des Schaftes 14 in einem Winkelabstand von nicht mehr.als 250? herum.·

Somit ist erfindungsgemäß eine neuartige, und verbesserte Gewindedrüökschraube mit einer Anzahl nichtschneidender in Form eines Gleichdickes ausgebildeter Bogenabschnitte zum Eindrücken von Gewindegangen in verhältnismäßig harte Werkstoffe durch die plastische .Verformung des Materials infolge des drehbar gleitenden und einkeilenden Druckes zum In- -duzieren eines plastischen Materialflusses sowohl radial nach außen als auch radial· nach innen erzielt, wodurch die Härte und Zugfestigkeit der Schraube erhöht wird und überlegene Festigkeitseigenschaften dem neuerdings erzielten Gewindeabschnitt verliehen werden,

Obwohl in der obigen Beschreibung eine besondere bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform zur Yeranschaulichurig des Erfindungsgegenstandes beschrieben wurde, sind verschiedene Abwandlungen-innerhalb des Schutzumfanges der beigefügten., Patentansprüche- möglich. ■ ■ '

Patentansprüche 803845/06 28

Claims

-μ-

Patentansprüche

"I.Selbstgewindeherstellende Schraube mit einem länglichen Schaft und einem Kopf an einem Ende des Schraubenschaftes sowie einem verhältnismäßig langen schrauben- oder spiralförmig mit Gewindegängen versehenen Halte- oder Verriegelungsabschnitt mit durchgehend gleichem äußeren Gewindedurchmesser, dadurch gekennzeichnet, daß ein verhältnismäßig kurzer mit schrauben- oder spiralförmig angeordneten Gewindegängen versehener sich konisch verjüngender selbstgewindeherstellender Abschnitt (T) mit dem Halteabschnitt der Schraube aus einem Stück besteht und das Gewinde des selbstgewindeherstellenden Abschnittes eine Fortsetzung des Gewindes des Halteabschnittes bildet und sich kontinuierlich bis an das Schaftende erstreckt, daß der selbstgewinieherstellende Abschnitt (T) eine !lehrzahl von druckentlastenden Unterbrechungen (26) aufweist, die in die Spitzen seiner Gewindegänge eingeformt und konkav in einer Richtung quer zur Langsachse des Schaftes (14) sind, wobei diese Unterbrechungen (26) an Breite und Länge, ausgehend vom Halteabschnitt (H), fortschreitend gegen das Schaftende zunehmen und in die benachbarten Gewindespitzenteile (30) unter Bildung bogenförmiger Abschnitte (24) übergehen, welch letztere größere Durchmesser als die Unterbrechungen (26) aufweisen und dabei im wesentlichen spanlos gewindeherstellende Oberflächen zum Eindrücken von Gewindegängen in einem verhältnismäßig harten Material bilden, und zwar durch plastische Verformung des Materials infolge des drehbaren Gleit- und Kelldruckes zum Induzieren eines plastischen Materialfluß radial nach außen und radial nach innen zur Erhöhung der Härte und Zugfestigkeit der so gebildeten Gewiadeabschnitte·

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2.Selbstgewlndeherstellende Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der selbstgewlndeherstellende Abschnitt (T) Insgesamt fünf bogenförmige Gewindedrückabschnitte (24·) und fünf benachbarte Unterbrechungen (26) zur Bnckentlastung aufweist.
3.Selbstgewindehersteilende Schraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anbohr- und Führungeabschnitt (F) mit zumindest einem Gewindegang (34-) vorgesehen ist, der sich über das Ende des selbstgewindeherstellenden Abschnitts (T) hinaus axial erstreckt und nach innen zur geometrischen Achse des Schaftes hin verläuft.

4-.Selbstgewlndeherstellende Schraube nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß sich der sprlalförmige Gewindegang (34-) um die geometrische Achse des Schraubenkörpers in einem Vinkelabstand von nicht mehr als 250° erstreckt.

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