DE1625417B2 - Selbstbohrende und gewindeformende Schraube - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine selbstbohrende und gewindeformende Schraube, an deren Gewindesdhaft sich ein gewindeloser Bohrabschnitt anschließt, der in senkrecht zueinander stehenden Ebenen verschieden große Querabmessungen und zwei in ■;? Längsrichtung verlaufende, einander diametral gegenüberliegende Nuten aufweist, die im Bereich der längeren Querabmessung schräg zueinander stehende, parallel zu dieser Querabmessung verlaufende Schneidkanten bilden, wobei die Länge der größeren Querabmessung mindestens so groß wie der Kerndurchmesser des Schraubengewindes ist und der Schneidwinkel einerseits durch die die Schneidkante enthaltende Nutfläche und andererseits durch in Drehrichtung der Schraube hinter den Schneidkanten liegende, an den zwischen den Nuten verbliebenen Schaftabschnitten angeordneten Abflachungen gebildet ist.

Eine derartige Schraube ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 938 944 bekannt. Bei dieser Schraube ist eine meißeiförmige Ausbildung des Bohrabschnittes vorgesehen, gemäß der die hinter den Schneidkanten liegenden Abflachungen sich praktisch über den gesamten, gewindelosen Bohrabschnitt erstrecken. Im Sinne dieser Meißelform liegen auch die beiden Schneidkanten auf einer Linie. Auf Grund der meißeiförmigen Gestaltung dieser Schraube führt sie keinen eigentlichen Schneidvorgang aus. vielmehr kratzt sie mehr das vor ihr Hegende Material weg, wobei sie insbesondere bei relativ hartem Material dazu neigt, sowohl an den Schneidkanten als auch im gesamten Bereich des gewindelosen Bohrabschnittes auszubrechen, da sie hier infolge der Meißelform stark geschwächt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnte Gestaltung einer selbstbohrenden und gewindeformenden Schraube so zu verbessern, daß sie in der Lage ist, auch der hohen Beanspruchung beim Eindrehen in relativ hartes Blech standzuhalten und dabei ein sauberes Bohrloch zu schneiden.

Rrfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Bohrabschnitt über seine axiale Länge etwa elliptischen Querschnitt aufweist und die Schneidkanten — in an sich bekannter Weise gegeneinander versetzt — zur größeren Achse verlaufen.

Der im wesentlichen elliptische Querschnitt, den der Bohrabschnitt über seine axiale Länge, also sowohl am vorderen wie auch am hinteren Ende, aufweist, gibt diesem durchgehend eine erhebliche Stärke, da ja, abgesehen von den Nuten im Bohrabschnitt, das gesamte Material des Bohrabschnitts bei seiner Ausbildung erhalten bleibt. Die hinter den Schneidkanten liegenuen Abflachungen verlaufen dabei wegen des praktisch durchgehenden elliptischen Querschnittes des Bohrabschnitts gegenüber diesem Querschnitt nur wenig geneigt, so daß sich auch ein für das Schneiden harter Materialien günstiger, relativ stumpfer Schneidwinkel ergibt, der ebenfalls infolge dieser Gestaltung in der Lage ist, hohen Beanspruchungen standzuhalten.

Der durchgehende elliptische Querschnitt in Verbindung mit dem Merkmal des Verlaufs der Schneidkanten in Richtung der größeren Achse der Ellipse sorgt im übrigen dafür, daß längs des gesamten Bohrabschnittes seine neben den Nuten stehengebliebenen Teile, abgesehen von den Enden der größeren Achse, in keinerlei Reibkontakt mit der Bohrungswandung stehen, was ebenfalls der Belastbarkeit des Bohrabschnitts zugute kommt.

Schließlich wirkt sich auch die für sich bekannte Versetzung der Schneidkanten günstig auf die Belastbarkeit des Bohrabschnitts aus, da infolge dieser Versetzung in der Mitte des Bohrabschnitts zwischen den Schneidkanten eine entsprechend der Versetzung kurze Schneide stehenbleibt, die sich in den Bohrabschnitt hinein als Steg zwischen den Nuten fortsetzt, so daß sowohl die Schneidkanten als auch die neben den Nuten stehengebliebenen Teile des Bohrabschnittes sicher zusammengehalten werden. Dabei sorgt die kurze Schneide zwischen den Schneidkanten dafür, daß auch im zentralen Bereich des schneidenden Endes des Bohrabschnittes ein echter Schneidvorgang stattfindet, was das Eintreiben der Schraube wesentlich erleichtert.

Die Versetzung der Schneidkanten bei einer selbstbohrenden und gewindeformenden Schraube ist beispielsweise aus der USA.-Patentschrift 3 241 426 bekannt. Diese Schraube kann als eine Fortbildung der Schraube gemäß dem obenerwähnten deutschen Gebrauchsmuster 1 938 944 angesehen werden, da bei ihr der Gedanke der meißeiförmigen Gestaltung des Bohrendes noch extremer ausgeführt ist und damit zu einer Gestaltung führt, die dem altbekannten Spitzbohrer ähnlich ist. Bei dieser bekannten Schraube sind im übrigen keinerlei Nuten vorhanden.

Auf den in diesem Zusammenhang wesentlichen Gedanken des elliptischen Querschnitts des Bohrabschnitts über seine axiale Länge konnte daher dieser Stand der Technik überhaupt nicht hinweisen.

In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitensicht der Schraube.

F i g. 2 eine vergrößerte Ansicht der in F i g. 1 abgebildeten Schraube, diese jedoch 90 urn ihre Längsachse gedreht.

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Schneidkanten der Schraube und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Bohrabschnitts der Schraube.

Die in der F i g. 1 dargestel'.en Schraube iö besitzt einen länglichen Gewindeschaft 12 mit einem Kopf 14. der einstückig mit dem Gewindeschaft 12 ausgebildet ist. Der Kopf 14 kann irgendwelche übiichen, zweckmäßigen Elemente aufweisen, die mit einem Werkzeug zur Drehung der Schraube zum Ein- oder Ausschrauben zusammenwirken können.

Die Schraube 10 besitzt einen Bohrabschnitt 20 von im wesentlichen elliptischen Querschnitt über seine axiale Länge (s. auch Fig. 3). Nuten 22 und 24 ähnlicher Gestaltung sind in entgegengesetzten Quadranten des Bohrabschnittes ausgebildet. Die Nut 22 wird durch eine Schneidfläche 26 mit Schneidkanten 28 und 30 und durch eine Abräumfläche 32 begrenzt. Die Nut 24 wird durch eine Schneidfläche 34 mit Schneidkanten 36 und 38 und durch eine Abräumfläche 40 begrenzt. Die Schneidflächen 26 und 34 sind vorzugsweise etwas gekrümmt und liegen im allgemeinen in einer Ebene, die etwas gegen die Längsachse der Schraube geneigt ist. so daß die Entfernung von Material von den Schneiden während des Schneidvorganges erleichtert wird. Der Verlauf der Schneidflächen 26 und 34 bewirkt, wie am besten aus den Γ i g. 2 und 3 ersichtlich ist, den richtigen Schneidwinkel und Ansatzwinkel an den Schneidkanten 28 und 36. Die Abräumflächen 32 und 34 sind ebenfalls etwas gegen die Längsachse der Schraube geneigt, um die Entfernung des beim Schneiden zerspanten Materials zu erleichtern.

Wie am deutlichsten aus F i g. 3 ersichtlich, ist die maximale Breite der Schneidflächen 26 und 34 größer als die maximale Breite der Abräumfläclien 32 und 40. Dies bedeutet, daß die Schneidflächen 26 und 34 versetzt und parallel zur größeren Querachse α des elliptischen Bohrabschnittes liegen, so daß sie im wesentlichen die Länge der größeren Achse bestimmen. Ähnlich liegen die Abräumflächen 32 und 40 zu der kleineren Achse b. Daher besitzt ein durch das Zusammenwirken der Schneidkanten 28, 30 sowie 36, 38 und der Schneidflächen 26, 34 gebohrtes Führungsloch einen größeren Durchmesser als die kleinere Achse b des Bohrabschnittes 20. Aus diesem Grunde greifen die Abräumflächen 32 und 40, die die kleinere Achse b begrenzen, auch nicht an den Seitenwänden des gebohrten Führungsloches an. Ähnlich greifen auch nicht die gekrümmten, zwischen den Nuten 22 und 24 stehengebliebenen Teile 46 und 48 des Bohrabschnittes 20 an den Wänden des Führungsloches an. Die Teile 46 und 48 besitzen nämlich einen solchen Querschnitt, daß sie gekrümmt von einem minimalen Radius an den Abräumflächen 32 und 40 zu einem maximalen Radius an den Schneidkan^n 30 und 38 verlaufen. Ein Längenunterschied von etwa 10 ⁰Zo zwischen der größeren Achse α und der kleineren Achse b hat sich als vorteilhaft und ausreichend herausgestellt, um ein Spiel zwischen der Wand des Führungsloches und den Teilen 46 und 48 zu gewährleisten.

Der Reibungswiderstand der Schraube beim Schneiden eines Führungsloches wird dadurch also sehr klein geha'ten, wodurch man mit einem entsprechend geringen Antriebsdrehmoment auskommt. Die einzigen Reibungskräfte treten an den Schneidkanten

ίο auf.

Die Teile 46 und 48 (s. insbesondere F i g. 4) sind in Längsrichtung insgesamt ausgebaucht. Diese Gestaltung ergibt eine maximale Verstärkung der Schneidflächen 26 und 34 am vorderen Ende des Bohrabschnittes 20. Der ausgebauchte oder konvexe Verlauf der Vorsprünge ermöglicht, daß möglichst viel Material des Bohrabschnittes 20 die beim Schneiden entstehenden Kräfte aufnimmt und der erwähnte elliptische Querschnitt erhalten bleibt.

Wie am besten aus Fig.; ersichtlich ist. sind bei dem dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel die Schneidkanten 30 und 38 zum hinteren Ende der Schraube 10 hin abgeschrägt. Dies bedeutet, daß die größere Querachse« des insgesamt elliptischen Bohraoschnittes in ihrer Länge zum hinteren Ende hin abnimmt. Hierdurch wird auch die Entfernung des während des Schneidvorganges zerspanten Materials erleichtert und die effektive Schneidberührungsfläche und damit auch die Reibungskraft reduziert.

Der Gewindeschaft 12 besitzt Gewindegänge 50. Die größere Achse« des insgesamt elliptischen Bohrabschnittes 20 hat eine größere Länge als der Kerndurchmesser des Gewindes auf dem Gewindeschaft 12, was besonders aus F i g. 1 ersichtlich ist. Daher schneidet der Bohrabschnitt ein Führungsloch mit gegenüber diesem Kerndurchmesser größeren Durchmesser. Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die größere Querachse α des Bohrabschnittes 20 an dessen vorderen Ende eine maximale Länge, die ungefähr gleich dem erwähnten Kerndurchmesser plus der halben Differenz zwischen dem Spitzen- und dem Kerndurchmesser des Gewindes ist. Daher schneidet der Bohrabschnitt 20 ein Führungsloch, das größer als tatsächlich notwendig ist. Diese Größe des Führungsloches ermöglicht jedoch, daß die Gewindegänge 50 das von ihren Spitzen erfaßte Material in die Hohlräume in der Nähe des Kerndurchmessers des Gewindeschaftes 12 stauchen, so daß eine vollständige Berührung der Gewindegänge 50 mit dem Gegenstand erzielt wird, in den die Schraube eingeschraubt wird. Durch diese Gestaltung der Schraube wird der Schneid- bzw. Stauchungsvorgung auf das notwendige Maß beschränkt, wodurch kein unnötig hohes Antriebsdrehmoment aufgebracht werden muß.

Der im Zusammenhang mit dem Bohrabschnitt 20 erläuterte elliptische Aufbau erstreckt sich bis zu demjenigen Teil des Gewindeschaftes 12 einschließlich, der die ersten beiden Gewindegänge in der Nähe des Bohrabschnitts 20 bildet. Daher wird das anfängliche Gewindeschneiden im Führungsloch durch Erhöhungen 5 !· vorgenommen, die um 180° gegeneinander versetzt sind. Diese Erhöhungen 54 sind im Bereich der größeren Achse α des elliptischen Quer-Schnitts angeordnet. Dies bedeutet, daß die dazwischenliegenden Teile der ersten beiden Gewindegänge im Bereich der kleineren Achse b eine niedrigere Spitzenhöhe als an der größeren Achse α aufwei-

sen. Hierdurch wird in diesem Bereich das Ergebnis des üblichen Gewindeschneidens mit elliptischem Querschnitt erzielt. In diesem Zusammenhang sind die F i g. 1 und 2 zu vergleichen. Auch durch diese Gestaltung wird das für das Einschrauben erforderliche Antriebsdrehmoment gering gehalten und das Herausschrauben erleichtert. Die Erhöhungen 54 bewirken ein zunehmendes Innengewindeschneiden im Führungsloch bei minimalem Reibungswiderstand während des anfänglichen Gewindeschneidens. Das vordere Ende des Bohrabschnitts weist die Schneidkante 60 auf, die beim anfänglichen Eindrücken der Schneiden hilft. Die Schneidkante 60 erstreckt sich etwas über die Enden der Schneidkanten 28 und 36. Die vorstehend beschriebene Schraube kann leicht S auf bekannten Bearbeitungsmaschinen hergestellt werden, beispielsweise durch spanabhebende Verformung. Ein demgegenüber kostensparendes Verfahren stellt das Pressen bzw. Schmieden dar, das die Gestaltung der Schraube ohne weiteres zuläßt, so daG ίο die Schraube also auch bezüglich der anwendbarer Herstellungsverfahren Vorteile bietet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Selbstbohrende und gewindeformende Schraube, an deren Gewindeschaft sich ein gewindeloser Bohrabschnitt anschließt, der in senkrecht zueinander stehenden Ebenen verschieden große Querabmessungen und zwei in Längsrichtung verlaufende, einander diametral gegenüberliegende Nuten aufweist, die im Bereich der langeren Querabmessung schräg zueinander stehende, parallel zu dieser Querabmessung verlaufende Schneidkanten bilden, wobei die Länge der größeren Querabmessung mindestens so groß wie der Kerndurchmesser des Schraubengewindes ist und der Schneidwinkel einerseits durch die die Schneidkante enthaltende Nutfläche und andererseits durch in Drehrichtung der Schraube hinter den Schneidkar.'en liegende, an den zwischen den Nuten verbliebenen Schaftabschnitten angeordneten Abflachungen gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, ^laß der Bohrabschnitt (20) über seine axiale Länge etwa elliptischen Querschnitt aufweist und die Schneidkanten (28, 36) — in an sich bekannter Weise gegeneinander versetzt — zur größeren Achse verlaufen.

2. Schraube gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die größere Achst (a) 10° 0 größer ist als die kleinere Achse (b).

3. Schraube n-ch Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die größer- Achse (a) des Bohrabschnittes (20) in irrer Länge entlang der Schraubenachse in Richtung des C :windeschaftes (12) abnimmt.

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