DE1953183C3 - Selbstbohrende Schneidschraube - Google Patents

Description

hat bei der Einleitung des Bohrvorgangs das Bestreben, aus der vorbestimmten Bohr- bzw. Aufsetzstelle auszuwandern, wenn der Bohrer nicht durch besondere Maßnahmen, wie z. B. durch ein angekörntes Loch, zwangsweise geführt ist. Dieser Nachteil tritt bei der erfin- j dungsgemäßen Schneidschraube hingegen nicht auf. Wie umfangreiche Versuche ergeben haben, hat die erfindungsgemäße Schneidschraube verzügliche Selbstzentrierungseigenschaften, so daß keine Tendenz zu einem Abweichen von der vorgegebenen Bohrlochach- ίο se besteht

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des vorderen Endbereichs einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen selbstbohrenden Schneidschraube,

F i g. 2 eine Aufsicht auf die Schneidschraube nach F i g. 1 und

Fig.3 eine teilweise geschnittene Endansicht der Schneidschraube nach F i g. 1.

Die am vorderen Ende der gezeigten selbstbohrenden Schneidschraube angeordnete Bohrspitze besteht aus einem Konussegment 1 in Form eines in Längsrichtung geschnittenen Konus mit einem Konuswinkel α von etwa 40° und mit einer Schneidebene, die gegen die Achse ß des Konussegments 1 etwas versetzt ist. Die Konusachse B ist gegen die Hauptachse A der Schraube um einen Winkel ft von etwa 5° geneigt. Die an der Schneidebene entlang der Hüllfläche 3 des Konus 1 bestehenden Kanten bilden die Schneidkanten 2. Beim Bohren, also bei einer Drehung der Schraube um ihre Hauptachse A, ist nur eine der Kanten 2 eine Schneidkante, während die andere nur aus Symmetriegründen vorgesehen ist. Der Teil zwischen den Schneidkanten 2 ist löffelartig geformt, und entlang und parallel zu den Kanten verlaufen die Spanflächen 4, die mit der Schneidebene des Konus den Winkel β einschließen. Wegen des Winkels ϋ- zwischen der Konusachse B und der Achse A wird der Winkel β also der Spanwinkel, günstiger als im Fall paralleler Achsen. Die Spanflächen 4 ihrerseits schließen an eine im wesentlichen dreieckförmige ebene Fläche 5 an, die hinsichtlich der Hauptachse A der Schraube etwas exzentrisch angeordnet i.';t. Die ebene Fläche 5 geht über einen gekrümmten Teil in die Spanausnehmung 6 über, die mit der Hauptachse A der Schraube einen Winkel γ von etwa 40 bis 60° einschließt. Der gekrümmte Teil 7 am freien Ende des Konus 1 bildet die eigentliche Bohrspitze. Der Konus 1 ist mit seiner Hintsrseite an einem halbzylindrischen Übergangsteil 8 anceschlossen, dessen Achse mit der Achse B des Konus übereinstimmt Der halbzylindrische Teil 8 ist seinerseits über einen konischen Verbindungsteil 10 mit einem halbzylindrischen Teil 9 verbunden. Der halhzylindrische Teil 9 hängt diametral mit einem daran anschließenden, komplementären halbzylindrischen Teil 9' zusammen. Die Spanflächen 4 enden hierbei an Stellen 11 am Übergang des Konussegments 1 in dem halbzylindrischen Teil 8.

Um einen geeigneten Ansatzwinkel ό zu erhalten, der von einer auf der Schraubenachse A am gekrümmten vorderen Teil 7 senkrecht stehenden Ebene aus gemessen wird, wild der Radius Rl dieses an der Spitze liegenden Teils mit 0,67 mm gewählt. Der Krümmungsmittelpunkt ist so gelegt, daß der Winkel δ etwa 20° beträgt. Der andere Konusspitzenradius RU (Fig.2) hängt von AI (F i g. 1) ab und hat seinen Krümmungsmittelpunkt auf der Hauptachse A der Schraube. Im beschriebenen Beispiel beträgt der Radius RU 0,65 mm und der angrenzende Teil der Spanflächen 4 hat eine Breite von 04 mm. Wie erwähnt, bringt der Winkel zwischen der Achse B und der Achse A eine spürbare Verbesserung der Schneidbedingungen im Vergleich zu früheren Ausführungen. Der halbzylindrische Teil 8, dessen Achse mit der Achse B zusammenfällt, bildet an seiner Hüllfläche einen Abstandteil 12 und weist einen Freiwinkel η von etwa 10 bis 20° an der Schneidkante 2 auf, der von der Hüllfläche 3 des Konus und der angrenzenden Spanfläche 4 gebildet ist Der Schneidkantenfreiwinkel ε wird, anfangend vom Winkel η am Basisteil des Konus, in Richtung auf dessen Spitze zu größer. Hierdurch wächst der Bohrwiderstand während des Vorschubs des bohrenden Teils in ein Werkstück. Um diese Zunahme des Bohrwiderstandes zu kompensieren, sind drei als Teilgewinde angeordnete Abwälzstege 13, 14 und 15 an der Hüllfläche 3 des Konussegments 1 vorgesehen. Diese Gewindestege erstrecken sich halbmondförmig entlang der Hüllfläche. Der Grad der Widerstandszunahme hängt von der Härte des Werkstücks ab. Die Gewindesiege sind schräg angeordnet und haben einen Steigungswinkel λ, der im wesentlichen, wenn auch nicht notwendigerweise, dem Steigungswinkel des Gewindes 16 entspricht, das am zylindrischen Kernteil 17 der Schraube angeordnet ist, der sich seinerseits an die halbzylindrischen Teile 9 und 9' anschließt.

Wie erwähnt, schließen die Spanflächen 4 mit der durch die Schneidkanten und die Hauptachse A der Schraube verlaufenden Ebene einen Winkel β ein. Dieser Winkel β beträgt im beschriebenen Beispiel 10°. Der Radius AIII des Basisteils des Konusssegments 1, anschließend an den halbzylindrischen Teil 8, ist mit 1,43 mm gewählt (F i g. 3). Die halbzylindrischen Teile 9 und 9' haben je einen Radius RW von 1,40 mm, und zwar jeweils von einem anderen Krümmungszentrum ausgehend, das über bzw. unter der Hauptachse A der Schraube liegt (F i g. 3).

Die Abstände Fund G (F i g. 3) zwischen den äußersten Teilen der halbzylindrischen Teile 9 und 9' und der Hauptachse A der Schraube betragen, senkrecht zur Ebene der Schneidkanten 2 gemessen, 1,25 bzw. 1,35 mm. Der Grunddurchmesser H der Schraube (F i g. 2), d. h. der diametrale Abstand zwischen den Grenzlinien der halbzylindrischen Teile 9 und 9' in der Ebene der Schneidkanten 2, beträgt 2,84 mm. Der Abstand D des hinteren Endes der Spanausnehmung 6 von der Konusspitze beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel 5,20 mm und der Abstand Eder hinteren Enden 11 der Spanflächen 4 von der Konusspitze beträgt 2,8 mm.

Versuche mit der beschriebenen Ausführungsform haben ergeben, daß der Konuswinkel λ zwischen 33 und 40° und der Frei winkel η zwischen 10 und 20° zu wählen sind. Weiterhin hat sich erwiesen, daß der Ansatzwinkel ό etwa 20° und der Spanflächen-Winkel β etwa 10° betragen sollen. In Abhängigkeit von den allgemeinen Schraubenabmessungen kann festgestellt werden, daß eine Variation der Breite C der Spanflächen 4 zwischen 0,3 und 1 mm bei einer Anordnung mit den allgemeinen Abmessungen wie die dargestellte Anordnung zu guten Ergebnissen führt Der Neigungswinkel γ der Spanausnehmung 6 relativ zu einer "zur Hauptachse A der Schraube parallelen Ebene kann zwischen 40 und 60° verändert werden. Der Winkel λ, also der Steigungswinkel der halbmondförmigen Gewinde-Abwälzstege 13, 14 und 15 kann, wie erwähnt,

gleich dem Steigungswinkel des Gewindes 16 vorgesehen sein. Versuche haben jedoch ergeben, daß die Gewindestege zur Hauptachse A der Schraube auch in einem Winkel von 90° angeordnet sein können. Die Hauptaufgabe dieser Gewindestege ist es, im Bohrloch gewindeartige Rillen zu schaffen und so die Bohrspitze während des Bohrvorgangs in ein Werkstück einzutreiben. Beim Bohren von verhältnismäßig dünnem Plattenmaterial, also eines solchen Materials, dessen Dicke kleiner oder gleich dem Abstand zwischen dem Gewindesteg 13 und dem Beginn des Gewindes 16 ist, kann der Steigungswinkel λ durch die betreffenden Materialeigenschaften bestimmt sein und von dem des Gewindes 16 abweichen.

Zum Herstellen der erfindungsgemäßen Schneidschrauben kann ein Kaltformungsverfahren zur Anwendung kommen. Die Form hierfür besteht zweckmäßigerweise aus zwei Formhälften, deren Berührungsfläche in einer Ebene mit der Hauptachse A der Schraube und mit den Schneidkanten liegt. Die Kaltformung wird entsprechend an sich bekannten Prinzipien durchgeführt. Während des Formens des Bohrers wird das Gewinde 16 noch nicht geformt, sondern die halbzylindrischen Teile 9 und 9' sind in einen zylindrischen Teil überführt, an dem das Gewinde ausgebildet werden soll. Der zylindrische Teil hat den Durchmesser H. Nach dem Ende des Formungsvorgangs werden die Formhälften getrennt, und die Schraube wird in eine Gewindewalzmaschine zum Ausbilden des Gewindes 16 eingeführt. Durch den Gewindewalzvorgang wird der Schraubenkerndurchmesser kleiner als das angegebene Maß H. Hierdurch entsteht jedoch kein Nachteil,

ίο sondern ein praktischer Vorteil beim Gewindeschneiden der Schraube in dem Werkstück. Ein weiterer Vorteil im Zusammenhang mit der Ausbildung des Schraubgewindes in dem Werkstück ist, daß die Längsrandteile zwischen den halbzylindrischen Teilen 9 und 9', die diametral den Abstand H aufweisen, Führungskanten für die Schraube im soeben gebohrten Loch im Werkstück darstellen.

Soll die Schraube in relativ dicke Werkstücke eingeschraubt werden, so ist die Spanausnehmung 6 in den

jo halbzylindrischen Teil 9' gegen den Gewindeteil der Schraube zu und gegebenenfalls auch in den Gewindeteil hinein zu verlängern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Selbstbohrende Schneidschraube mit einer an ihrem vorderen Ende angeordneten Bohrspitze, welche allgemein die Form eines Konussegments aufweist, das angenähert einen Halbkonus bildet, an seiner Basis mit dem Schraubenschaft verbunden ist, mit seiner Längsachse im wesentlichen in der Längsrichtung der Schraube liegt und an mindestens einer seiner Kanten eine Schneidkante bildet, wobei sich von dieser Schneidkante oder von diesen Schneidkanten aus Spanflächen erstrecken, welche mit einer die Schraubenachse enthaltenden und das Konussegment begrenzenden Ebene einen Spanwinkel einschließen und in eine Spanausnehmung zur Entfernung der Bohrspäne übergehen, die sich vom Ende der Bohrspitze jenseits des Konussegments erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (B) des Konussegments (1) im Abstand von der die Schraubenachse (A) enthaltenden und das Konussegment begrenzenden Ebene auf der dem Konussegment gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, wobei die Achse (B) des Konussegments (1) mit der Schraubenachse (A) einen Winkel (#) einschließt, dessen Scheitel in Richtung der Bohrspitze weist, und daß die Schneidkante oder die Schneidkanten in der genannten Ebene angeordnet sind.

2. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Konusssgment (1) über ein halbzylindrisches Teil (8) mit dem Schraubenschaft verbunden ist, wobei das Konussegment und das halbzylindrische Teil eine gemeinsame Achse aufweisen, um an dem halbzylindrischen Teil einen Freiwinkel (η) zu bilden.

3. Schraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (B) des Konussegments (1) und die mit dieser zusammenfallende Achse des mit diesem verbundenen halbzylindrischen Teils (8) gegenüber der Schraubenachse (A) eine Exzentrizität aufweist, die ungefähr 5% des Außendurchmessers der Schraube entspricht.

4. Schraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei diametral gegenüberliegende halbzylindrische Teile (9, 9') mit ihren Achsen beiderseits der Schraubenachse (A) angeordnet sind und daß die diese Teile aneinanderschließende Verbindungsebene dieser Teile durch die Schraubenachse (A) verläuft und mit der das Konussegment (1) begrenzenden Ebene zusammenfällt

5. Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel (ä) des Konussegments (1) zwischen 33 und 40°, der Spanwinkel (ß) unsefähr 10°, der Winkel (#) zwischen der Achse (B) des Konussegments (1) und der Schraubenachse (Λ) ungefähr 5° und der Freiwinkel (η) an dem halbzylindrischen Teil (8) zwischen und 20° beträgt, wobei ein Freiwinkel (ε) der Schneidkanten (2) entlang dem Konussegment (1) von dem Freiwinkel (η) an der Basis des Konussegments (1) ausgehend zu dessen Spitze hin zunimmt, und daß die Spanausnehmung (6) mit der Schraubenachse (A) einen Winkel von 20 bis einschließt.

Die Erfindung betrifft eine selbstbohrende Schneidschraube mit einer an ihrem vorderen Ende angeordneten Bohrspitze, welche allgemein die Form eines Konussegments aufweist, das angenähert einen Halbkonus s bildet an seiner Basis mit dem Schraubenschaft verbunden ist, mit seiner Längsachse im wesentlichen in der Längsrichtung der Schraube liegt und an mindestens einer seiner Kanten eine Schneidkante bildet, wobei sich von dieser Schneidkante oder von diesen ,o Schneidkanten aus Spanflächen erstrecken, welche mit einer die Schraubenachse enthaltenden und das Konusseement begrenzenden Ebene einen Spanwinkel einschließen und in eine Spanausnehmung zur Entfernung der Bohrspäne übergehen, die sich vom Ende der Bohr- -s spitze jenseits des Konussegments erstreckt.

Bei einer bekannien selbstbohrenden Schneidschraube dieser Rauart (deutsches Gebrauchsmuster 18 95 387) fällt die Längsachse des die Bohrspitze bildenden Konussegments mit der Schraubenacbse zusammen, wobei längs der Schneidkanten beim Freiwinkel vorgesehen ist. Wie die Erfahrung gezeigt hat, läßt sich mit dieser bekannten Schneidschraube jedoch keine vollständig befriedigende Bohrleistung erzielen.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, eine 2s selbstbohrende Schneidschraube mi» stabiler Schneidkante iu schaffen, die eine gute Bohrleistung aufweist und einfach herstellbar ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei der gattungsgemäßen selbstbohrenden Schneidschraube dadurch gelöst, daß die Achse des Konussegments im Abstand von der die Schraubenachse enthaltenden und das Konussegment begrenzenden Ebene auf der dem Konussegment gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, wobei die Achse des Konussegments mit der Schraubenachse einen Winkel einschließt, dessen Scheitel in Richtung der Bohrspitze weist, und daß die Schneidkante oder die Schneidkanten in der genannten Ebene angeordnet sind.

Aus den USA-Patentschriften 23 47 360 und 33 95 603 sind zwar bereits selbstbohrende Schneidschrauben bekannt, bei welchen längs der Schneidkanten ein Freiwinkel vorgesehen ist. Dieser Freiwinkel ist aber über die Länge der Schneidkanten konstant, und die Bohrspitze ist auch nicht als Halbkonus ausgebildet. Der mit der Erfindung erzielbare technische Fort-

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schritt besteht in der besseren Schneidwirkung, welche durch den längs der Schneidkanten angeordneten Freiwinkel bedingt ist, dessen Wert von der Basis des Konuselements gegen dessen Ende hin zunimmt, wobei der Abstand und der Winkel der Achse des Konussegments gegenüber der Schraubenachse die Veränderung des Freiwinkels längs der Schneidkanten bestimmen. Dieser Freiwinkel ermöglicht ein verbessertes freies Schneiden. Durch die Auswahl geeigneter Parameter, wie die Abmessungen des Konussegments und die Neigung seiner Achse gegenüber der Schraubenachse ist es möglich, die Querschnittsform der Schneidkante derart auszubilden, daß sich über die gesamte Länge der Schneidkante eine optimale Schneidwirkung ergibt.

Wie die Erfahrung gezeigt hat, ist wegen der halbierten Bohrspitze auch keine verschlechterte Führung der Schraube im Bohrloch zu befürchten, die ein Verkanten der Schraube beim Eindrehen zur Folge haben könnte. Es ist vielmehr so, daß die erfindungsgemäße Schneid-

schraube bessere Zentriereigenschaften als herkömmliche Bohrer aufweist. Bei einem herkömmlichen Spiralbohrer bildet die Bohrspitze einen Kamm, der sich quer zu der Längsachse des Bohrers erstreckt. Dieser Kamm