DE19624009A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Mehrkantkopfes einer Schraube durch Kaltumformen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Mehrkantkopfes einer Schraube.

Sechskantschrauben entsprechend DIN 933 werden derzeit in einem dreistufigen Kaltumformungsverfahren hergestellt, wobei in einer ersten Stufe der Schraubenkopf vorgestaucht, in einer zweiten Stufe fertiggestaucht und in einer dritten Stufe abgegratet wird. Dieses Verfahren erbringt einen voll ausgeformten scharfkantigen Sechskantkopf.

Das Fertigstauchen des Schraubenkopfes erfolgt dabei außer­ halb, oder anders ausgedrückt, vor der Matrize.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein leichter und billiger durchzuführendes Verfahren zum Herstellen eines Mehrkantkopfes einer Schraube durch Kaltumformen sowie eine einfacher aufgebaute Vorrichtung zum Herstellen eines Mehr­ kantkopfes einer Schraube durch Kaltumformen zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen sowie eine Vorrich­ tung mit den im Anspruch 5 genannten Merkmalen vor. Weiter­ bildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen abhän­ gigen Ansprüche.

Bei dem von der Erfindung vorgeschlagenen Verfahren erfolgt das Fertigstauchen bzw. Fertigschlagen des Schraubenkopfes innerhalb der Matrize, so daß der Schraubenkopf in seiner Au­ ßenform durch die Form des Kerns der Matrize bestimmt wird. Bei dem Fertigschlagen entsteht dadurch ein Kopf, der deut­ lich besser ausgeformt ist als bei den bisher bekannten Ver­ fahren, die eine Nachbearbeitung nötig machen. Es ergeben sich durch das Verfahren verbesserte mechanische Kennwerte hinsichtlich der Kraftübertragung am Sechskant. Zusätzlich wird die Koaxialität des Schraubenschaftes zum Schraubenkopf einwandfrei gewährleistet.

Üblicherweise ist die Mehrkantform eines Schraubenkopfes eine Sechskantform, d. h. die Form eines regelmäßigen Sechsecks.

Die Erfindung schlägt vor, den zweiten Schlag mit einem Stem­ pel mit einem balligen Ansatz durchzuführen. Dies führt zu einer nochmals verbesserten Maßgenauigkeit bei der Ausformung des Kopfes. Die dabei entstehende Vertiefung im Kopf ist nicht störend, da die mechanischen Eigenschaften entsprechend der DIN-Vorgabe nicht beeinträchtigt werden.

In Weiterbildung der Erfindung schlägt diese vor, bei dem Fertigschlag mit Hilfe des Stempels gleichzeitig eine Markie­ rung, beispielsweise eine Beschriftung, mit einzuschlagen.

Zum Durchführen des Verfahrens schlägt die Erfindung eine Vorrichtung vor, die eine Matrize mit einer Axialbohrung für den Schaft der Schraube und eine Mehrkantvertiefung aufweist. In diese Matrize wird der Rohling so eingesetzt, daß der vor­ gestauchte Schraubenkopf in der Mehrkantvertiefung liegt. Die Vorrichtung enthält einen Stempel, der axial gegenüber der Matrize ausgerichtet ist. Der Stempel enthält einen Mehrkant­ ansatz, dessen Kanten jeweils parallel zu den entsprechenden Kanten der Mehrkantvertiefung der Matrize verlaufen. Die An­ triebseinrichtung für die Bewegung des Stempels ist so be­ schaffen, daß der Vorschub des Stempels bis in die Vertiefung der Matrize hineinreicht.

Zur Herstellung einer Sechskantschraube verwendet die Vor­ richtung einen Sechskantansatz und eine Sechskantvertiefung.

Zur Verbesserung der Ausformung des Mehrkantkopfes kann die Vorderseite des Stempels mit Vorteil ballig ausgebildet sein.

Erfindungsgemäß kann die Matrize derart aufgebaut sein, daß sie in einer Fassung einen Kern aufweist. Die Vertiefung kann mit Vorteil in einem Kopfstück angeordnet sein, während der Schaft der Schraube von einem zylindrischen Kernelement auf­ genommen wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, die Mehr­ kantvertiefung dadurch herzustellen, daß ein plattenförmiges Element mit einer Mehrkantdurchbrechung an dem Ende des zy­ lindrischen Elementes angeordnet wird.

Die Festlegung des Kerns und der mit dem Durchbruch versehe­ nen Platte in der Fassung der Matrize kann beispielsweise mit Hilfe eines außen konischen Büchsenelementes erfolgen.

Mit Hilfe der Erfindung wird es möglich, eine Sechskant­ schraube mit vereinfachten Maßnahmen und niedrigeren Kosten herzustellen, die zwar eine Vertiefung in der Schraubenkopf­ oberseite aufweisen kann, die von der Norm geforderten Fe­ stigkeitswerte aber erreicht.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge ergeben sich aus den Patentansprüchen, deren Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschrei­ bung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 bis 4 schematisch mehrere Stadien des Herstel­ lungsverfahrens nach der Erfindung;

Fig. 5 in vergrößertem Maßstab Einzelheiten der von der Erfindung vorgeschlagenen Vorrichtung zur Herstellung einer Sechskantschraube;

Fig. 6 eine Ansicht des den Stempel aufweisenden Bauteils von unten;

Fig. 7 in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt durch die Matrize zur Herstellung der Schrau­ be;

Fig. 8 eine schematische Seitenansicht des Stempels zur Ausformung des Schraubenkopfes;

Fig. 9 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung bei einer abgeänderten Ausführungsform.

In den Fig. 1 bis 4 ist der grundsätzliche Ablauf eines der möglichen Verfahren zur Herstellung eines Schraubenkopfes nach der Erfindung in vereinfachter Weise dargestellt. Aus­ gangsmaterial zur Herstellung einer Schraube ist ein Stück Draht 1, das beispielsweise aus einem längeren Drahtstück oder einer Drahtrolle abgeschnitten wird. Es wird nun in eine erste Matrize 2 eingesetzt. Diese Matrize 2 weist eine axiale Innenbohrung 3 auf, deren Durchmesser etwa dem Außendurchmes­ ser des Drahtstücks 1 entspricht. Die Eintauchtiefe des Drahtstücks 1 wird durch ein Anschlagselement 4 bestimmt. Nach Einsetzen des Drahtstücks in die Matrize 2 ragt das Drahtstück etwas über das in Fig. 1 obere Ende 5 der Matrize heraus. Das Einsetzen geschieht mit Hilfe eines Greifers 6. Dieser bewegt sich bis kurz vor das in Fig. 2 obere Ende 5 der Matrize 2. Durch einen Schlag auf den Stößel 7 wird das überstehende Ende des Drahtstücks gestaucht, so daß es die in Fig. 2 dargestellte bauchige Form aufweist. Diese Verbreite­ rung 8 bildet den vorgeformten Schraubenkopf.

Der aus dem Drahtstück 1 entstandene Schraubenrohling wird nun aus der ersten Matrize 2 entnommen und in eine zweite Matrize 9 eingesetzt. Die zweite Matrize 9 ist ähnlich auf­ gebaut wie die erste Matrize 2, sie enthält also eine Innen­ bohrung 11, die ggf. durch einen Anschlag 10 abgeschlossen ist. An dem in Fig. 3 oberen Ende weist die Matrize 9 ein Plattenelement 12 mit einer sechskantigen Durchbrechung auf. Das Plattenelement 12 liegt direkt auf der oberen Stirnseite der zweiten Matrize 9 auf und bildet dadurch einen Teil der Matrize 9.

Der Rohling wird so eingesetzt, daß sein vorgeformter Kopf 8 in der Mehrkantvertiefung der Platte 12 liegt. Die Oberseite des vorgeformten Kopfes 8 ragt etwas über die Oberseite des Plattenelementes 12 hinaus.

Der zweiten Matrize 9 gegenüberliegend ist ein Stempelelement 13 angeordnet, das etwa zylinderförmig ausgebildet ist und eine ebene, der Matrize 9 zugewandte Unterseite 14 aufweist. In der Mitte der Unterseite 14 ist ein Ansatz 15 ausgebildet, der ein mehrkantiges Profil aufweist, im dargestellten Bei­ spiel ein sechskantiges Profil. Die Kanten des Profils ver­ laufen jeweils parallel zu den entsprechenden Kanten der Mehrkantvertiefung in dem Plattenelement 12. Der Ansatz weist eine Unterseite 16 auf, die die Form eines abgerundeten fla­ chen Kegels aufweist oder auch ballig ausgebildet ist.

Das Stempelelement 13 wird in einer Schlagbewegung gegen die zweite Matrize 9 geführt, bis der Ansatz 15 in die Matrize 9, d. h. bis unter die Oberfläche des Plattenelementes 12 ein­ taucht. Dabei verformt er das dort vorhandene Material des vorgeformten Schraubenkopfes 8, das radial nach außen bis zur Wand der mehrkantigen Vertiefung in dem Plattenelement 12 fließt. Fig. 4 zeigt den Endzustand der Schlagbewegung im zweiten Schlag. Zu diesem Zeitpunkt ist der Schraubenkopf fertiggeformt. Es ist keine weitere Nachbearbeitung erfor­ derlich.

Fig. 5 zeigt in vergrößertem Maßstab Einzelheiten der Vor­ richtung, mit der der zweite Schlag durchgeführt wird.

In einer Schlagpresse wird ein Bauteil 17 auf- und abgehend bewegt. Dem bewegbaren Bauteil 17 gegenüberliegend ist ein festes Bauteil 18, das dem Amboß entspricht, wenn man das Bauteil 17 einem Hammer gleichsetzen will.

In dem bewegbaren Bauteil 17 ist mit Hilfe einer Klemm­ schraube 19 ein Stempelhalter 20 festgelegt. Der Stempelhal­ ter 20 enthält in seiner freien Stirnfläche 21 eine Ausneh­ mung, in der das Stempelelement 13 eingesetzt und festgelegt ist. Die erwähnte Stirnfläche 14 des Stempelelementes 13 fluchtet mit der Stirnfläche 21 des Stempelhalters 20. Nur der erwähnte Ansatz 15 mit seiner balligen Unterseite 16 ragt aus der Stirnfläche 21 hervor. Die gestrichelt angedeutete Mittelachse 22 des Stempels 13 fluchtet mit der ebenfalls angedeuteten Mittelachse 23 der Matrize 9.

Die Matrize 9 ist in dem Bauteil 18 ebenfalls mit Hilfe einer Klemmschraube 24 festgelegt. Sie enthält eine äußere Fassung 25, in der mit Hilfe einer Klemmbüchse 26 der Kern 27 der Ma­ trize festgelegt ist. Der Kern der Matrize besteht aus einem zylindrischen Kernelement 27 mit der Axialbohrung 11 und dem erwähnten Plattenelement 12, das den Kern der Matrize nach oben hin abschließt, d. h. in Richtung auf den Stempel 13.

Fig. 6 zeigt eine Untenansicht des Stempelhalters 20 der Fig. 5 mit dem darin eingesetzten Stempelelement 13 und dem sechskantigen Ansatz 15. Dieser weist die Außenform eines regelmäßigen Sechsecks auf.

Fig. 8 zeigt die Seitenansicht des zugehörigen Stempelelemen­ tes 13, das eine tangentiale halbkreisförmige Nut 28 enthält, mit deren Hilfe das Stempelelement 13 im Stempelhalter 20 festgelegt werden kann.

Fig. 7 zeigt in vergrößertem Maßstab den Aufbau der zweiten Matrize 9. Die Matrize enthält eine Fassung 28, die mit der bereits erwähnten Klemmschraube 24 in dem Bauteil 18 festge­ schraubt wird. Die Klemmbüchse 29 legt das zylindrische Kern­ element 27 und das Plattenelement 12 fest. In dem Plattenele­ ment 12 ist der sechskantige Durchbruch 16 ausgebildet, der zusammen mit der Stirnfläche 31 des zylindrischen Kernele­ mentes 27 die mehrkantige Vertiefung zur Unterbringung des vorgeformten Schraubenkopfes 8 bildet.

Fig. 9 zeigt eine Einzelheit bei einem gegenüber der Folge der Fig. 1 bis 4 abgeänderten Verfahrensablauf. Während bei dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Verfahren das Vorstau­ chen in einer ersten Matrize erfolgte, wird von der Erfindung ebenfalls vorgeschlagen, das Vorstauchen in der gleichen Ma­ trize durchzuführen, in der auch das Schlagen des Kopfes mit dem zweiten Schlag durchgeführt wird. Dies ist in Fig. 9 dar­ gestellt. Fig. 9 entspricht also der Fig. 2, die den Zustand des Vorstauchens zeigt. Die Verbreiterung 8, die den vorge­ formten Schraubenkopf bildet, liegt bereits in der Mehrkant­ ausnehmung innerhalb der Platte 12. Der anschließende zweite Schlag mit Hilfe des Stempelelementes 13 wird dann nach Zu­ rückziehen des Stößels 7 in der gleichen Weise durchgeführt wie in Fig. 3 und 4 dargestellt.

Claims (9)

1. Verfahren zum Herstellen eines Mehrkantkopfes einer Schraube durch Kaltumformen, enthaltend folgende Verfah­ rensschritte:

• 1.1 ein zylindrisches Drahtstück (1) wird in eine Matrize (2, 9) eingesetzt,
• 1.2 an einem Ende des Drahtstückes (1) wird durch einen ersten Schlag ein Schraubenkopf (8) vorge­ formt,
• 1.3 mit einem zweiten Schlag wird der Schraubenkopf (8) fertiggeformt,
• 1.4 der zweite Schlag wird mit einem Stempel (13) durchgeführt, der
• 1.4.1 einen Ansatz (15) mit einem Mehrkantprofil auf­ weist, und
• 1.5 der zweite Schlag wird bis in eine Mehrkantver­ tiefung der Matrize hinein durchgeführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur Herstellung eines Sechskantkopfes eine Sechskantvertiefung und ein Sechs­ kantansatz (15) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der zweite Schlag mit einem einen balligen Ansatz (15) aufweisenden Stempel (13) durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem beim zweiten Schlag eine Markierung mit eingeschla­ gen wird.

5. Vorrichtung zum Herstellen eines Mehrkantkopfes einer Schraube durch Kaltumformen, insbesondere zur Durchfüh­ rung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, enthaltend:

• 5.1 eine Matrize (9), die
• 5.1.1 eine Axialbohrung (11) für den Schaft der Schraube und
• 5.1.2 eine Mehrkantvertiefung aufweist,
• 5.2 einen Stempel (13), der
• 5.2.1 axial zur Matrize (9) ausgerichtet ist und
• 5.2.2 einen Ansatz (15) mit einem Mehrkantprofil aufweist, dessen
• 5.2.3 Kanten zu den Kanten der Mehrkantvertiefung ausgerichtet sind bzw. parallel verlaufen, sowie
• 5.3 eine Antriebseinrichtung, die
• 5.3.1 derart ausgebildet ist, daß sie den Stempel (13) bis in die Vertiefung der Matrize (9) schlägt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der der Ansatz (15) und die Mehrkantvertiefung Sechskantform aufweisen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der die der Ma­ trize (9) zugewandte, in Schlagrichtung vordere Seite (16) des Stempels (13) ballig ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei der die Matrize (9) eine Fassung (28) und einen Kern (27) aufweist, wobei der Kern eine Axialbohrung für den Schraubenschaft und eine Sechskantvertiefung für den Schraubenkopf aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Sechskantver­ tiefung von einer Sechskantdurchbrechung eines Platten­ elementes (12) gebildet wird.