DE2221668B2

DE2221668B2 - Selbstklemmende Stiftschraube

Info

Publication number: DE2221668B2
Application number: DE2221668A
Authority: DE
Inventors: Richard B. Richboro Pa. Ernest (V.St.A.)
Original assignee: Penn Engineering and Manufacturing Corp
Current assignee: Penn Engineering and Manufacturing Corp
Priority date: 1971-12-15
Filing date: 1972-05-03
Publication date: 1980-11-13
Also published as: IE36229L; GB1335004A; FR2165367A5; DE2221668A1; LU65476A1; IL39101A; JPS5440702B2; CH555010A; CA958315A; IE36229B1; SE389898B; US3770037A; IT960785B; NL7204882A; BE784499A; DE2221668C3; IL39101A0; JPS4865343A

Description

Die Erfindung betrifft einerseits eine selbstklemmende Stiftschraube gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie andererseits ein Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß Oberbegriff des Anspruches 9.

Derartige Stiftschrauben sind zur Einschraubung bzw. Einbettung in ein dünnes Blech bestimmt.

Wie in der US-PS 31 27 919 ausgeführt ist, eignet sich diese Stiftschraubenart besonders zur Verwendung in Verbindung mit verhältnismäßig weichen Blechen oder Platten, wie Kaltwalzstahl und Aluminiumlegierungen, und verhältnismäßig harten Werkstoffen, wie rostfreiem Stahl, die in dünner Blechform, d.h. mit etwa 1,6mm Dicke, vorliegen.

Darüber hinaus führt diese Stiftschraubenart bei Einbettung in das Blech zu einer Verbindung zwischen Stiftschraube und Blech, bei der die Oberseite der Stiftschraube mit der Oberseite des Blechs fluchtet und außerdem mit einem hohen Dreh- und Ausdrfickwiderstand festgeklemmt ist

Zwar ist der hohe Dreh- und Ausdrückwiderstand wichtig, jedoch ist es in kommerzieller Hinsicht auch wünschenswert, daß der eingebettete Kopf der Stiftschraube und das diesen umgebende Blech ein attraktives und glattes Erscheinungsbild bieten. Die Praxis hat gezeigt, daß die Abnehmer einen Kopf bevorzugen, der nach seiner Einbettung, gesehen in der Oberseite der Platte, kreisförmig oder nahezu kreisförmig ist Allerdings würde ein vollständig kreisförmiger

5. Stiftschraube nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringflächen (24, 26) der Plattform (23, 64) und des Flansches (22, 56) geglättete und durchlaufende Flächen sind, die im wesentlichen unter rechten Winkeln zu den ebenen Flächen verlaufen.

6. Stiftschraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (22) zwei halbmondförmige Flächen (31, 32) definiert die im wesentlichen zur großen Achse der Plattform (23) symmetrisch sind.

7. Stiftschraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (66) zwei bogenförmige Teile (71,72) definiert die im wesentlichen zur großen Achse der Plattform (64) symmetrisch sind.

8. Stiftschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattform (23, 64) im wesentlichen elliptisch ist und der Flansch (66) eine Kreissegmentgestalt (71,72) besitzt

9. Verfahren zur Herstellung einer selbstklemmcnden Stiftschraube, dadurch gekennzeichnet daß ein Flansch am einen Ende eines zylindrischen Rohlings in eine elliptische Form kaltgestaucht wird, der Rohling gegen ein Auflager gehalten wird, um seine längsbewegung zu verhindern, während es dem vordem Flansch befindlichen Metall ermöglicht wird, zwischen dem Kaltformgesenk und dem Auflager zu fließen, und um eine Plattform mit einer im wesentlichen elliptischen Gestalt zu bilden, die um 90° zur elliptischen Gestalt des Flansches verdreht ist, und daß anschließend Gewindegänge und Nuten in den Schaft der Stiftschraube eingerollt werden.

Kopf in bestimmten Anwendungsfällen keinen ausreichenden Drehwiderstand bieten. Des weiteren ziehen die Abnehmer eine glatte, durchlaufende Fläche im Stoßbereich zwischen Stiftschraubenkopf und Blech

45 vor.

Es wurde festgestellt daß nach Einschraubung einer gemäß Fig. 1-7 der US-PS 3127 919 hergestellten Stiftschraube in ein Blech dieses radial und auswärts gerichtet von jedem Ansatz gesehen dazu tendiert, zusammengedrückt zu werden und nach oben zu fließen, wenn bzw. da die Ringfläche des Ansatzes das Blech daran hindert nach unten in die unterschrittenen Nuten der Stiftschraube zu fließen. Dieses Nach-oben-Fließen des Materials führt zu einer ringförmigen Anhäufung von kleinen, warzenartigen Gebilden, die, sofern sie der

Funktion der Stiftschraube nicht hinderlich im Wege

stehen, von einigen Abnehmern in ästhetischer Hinsicht als unschön beurteilt werden.

Während die Ausführungsform gemäß Fig. 8 der

US-PS 31 27 919 keine Ansätze aufweist, ist in diesem Fall der Drehwiderstand geringer als in dem Fall, wo Ansätze vorhanden sind. Des weiteren wurde festgestelllt, daß ein fester Kopf, (d. h. ein Kopf ohne Ansätze) infolge seiner Dicke dazu tendiert, Plattenwerkstoff rund um die Ringfläche des Kopfs zu ziehen, wodurch ein kleiner, ringförmiger und etwa V-förmiger Spalt zwischen der Oberseite des Kopfs und der Oberseite des Blechs entsteht.

Zur Vermeidung der Entstehung der warzenartigen Gebilde und zur Aufrechterhaltung der Vorteile des aus den Ansätzen resultierenden Drehwiderstands endeten die Ansätze in geringer Entfernung vom Außendurchmesser des Kopfe, wodurch eine aberhängende Plattform gemäß Darstellung in der US-Design-PS D-2 19 953 geschaffen wurde; es wurde jedoch festgestellt, daß zur Erreichung einer kommerziell brauchbaren Stiftschraube die überhängende Plattform eine solche Dicke besitzen müßte, daß, wenn sie in das Blech eingedrückt war, das Blech dazu tendierte, nach unten zu fließen und wiederum einen kleinen, ringförmigen und V-förmigen Spalt zwischen der Plattform und dem Blech hervorzurufen. Dieser Spalt könnte durch dünnere Ausbildung der (die Ansätze überhängenden) Plattform fast beseitigt werden; jedoch würde die Werkzeugstandzeit bedeutend herabgesetzt wegen des starken Anwachsens des Drucks an den Rändern des Gesenks bei einer Vielzahl kleiner Aussparungen im Gesenk (entsprechend den am Kopf gebildeten Ansätzen).

Des weiteren ist aus der DE-AS 1139331 ein Schraubenbolzen mit exzentrisch zur Längsachse angeordnetem Kopf bekannt, wobei der Kopf einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und an seiner Auflageseite einen ringförmigen Ansatz aufweist der konzentrisch zum eigentlichen Schraubenbolzen angeordnet ist Diese besondere Ausbildung soll dem Zweck dienen, einem Abreißen des Kopfs des Schraubenbolzens bei dessen Anziehen entgegenzuwirken.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs hinsichtlich ihrer Gattung bezeichneten Stiftschrauben so auszubilden, daß sie bei voller Erfüllung der an sie gestellten Forderungen hinsichtlich der eingeschraubten Befestigung in einem Blech in diesem derart einbettbar sind, daß von der Seite des Kopfs der Stiftschraube aus gesehen ein ästhetisch gefälliger, nämlich glatter Eindruck der Einbettung entsteht Der Erfindung liegt des weiteren die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Herstellungsverfahren anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Schraube durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Herstellungsverfahrens durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 9 angegebenen Merkmale gelöst

Die erfindung&gemäße Ausbildung der Stiftschraube ermöglicht es, beim Einschrauben des Kopfs in ein Blech mittels der Plattform und des Flansches einen Teil des Materials des Blechs in die Nachbarschaft der Stiftschraube und gegebenenfalls in die zweite Nut hineinzuverschieben, so daß insgesamt ein von der Kopfseite der Stiftschraube her gesehen glatter Eindruck der Schraubverbindung derart besteht, daß deren Kopf praktisch eben und glatt bzw. bündig in das Blech eingebettet ist

Vorteilhafte Weiterbildungen sind aus den Unteransprüchen zu ersehen.

Im folgenden wird die Erfindung weiter ins einzelne gehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele und unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Stiftschraube in Seitenansicht nach Einsatz in ßine im Querschnitt dargestellte Platte,

Fig. 2 eine Teilperspektive dcir Stiftschraube der F i g. 1 von unten unter Weglassun£ des Schafts,

F i g. 3 eine Ansicht von unten auf die Stiftschraube der F i g. 1 unter Weglassung der Platte,

F i g. 4 eine Ansicht von oben auf die Stiftschraube der F i g. 1 unter Weglassung der Platte,

Fig.5 eine der Fig.1 entsprechende Teilansicht einer anderen Ausführungsforro der Stiftschraube und

F i g. 6 eine Ansicht von unten auf die Stiftschraube der F ig. 5.
F i g. 1 zeigt eine selbstklemmende Stiftschraube 10

ίο mit einem Kopf 12 und einem zugehörigen, mit der Schraube einstückig ausgeführten Schaft 14; der obere Teil des Schafts 14 ist zur Aufnahme eines Befestigungsmittels mit Gewindegängen 16 versehen. Der Schaft 14 besitzt im Bereich zwischen den Gewindegängen 16 und

is dem Kopf 12 zwei kreisförmige, unterschnittene Nuten oder Aussparungen 17 und 18, die durch einen Kamm 19 voneinander getrennt sind, wobei die Nut 17 des weiteren auch von den Gewindegängen 16 durch einen Kamm 28 getrennt ist Die Nuten bzw. Aussparungen 17 und 18 nehmen gemäß der Darstellung in Fig. 1 weggeräumtes Matenal auf, das in die Nuten fließt wenn die Stiftschraube 10 in ein dünnes Blech oder eine Platte 21 eingeschraubt wird, um die Schraube an der Platte 21 dauerhaft festzulegen.

Der Kopf besitzt in Obereinstimmung mit der Erfindung zwei flache nichtkreisförmige Teile 22 und 23. Zur besseren Unterscheidung der Teile 22 und 23 werden im folgenden das untere Teil 22 als »Flansch« und das obere Teil 23 als »Plattform« bezeichnet Bei der bevorzugten Ausführungsform besitzt die Plattform

23 eine im allgemeinen elliptische Form und überragt den Flansch 22, der ebenfalls eine elliptische Form besitzt aber um 90° zur Plattform 23 gedreht ist d. h. die kleine Achse des Flanschs 22 fällt mit der großen Achse der Plattform 23 zusammen, wie am deutlichsten in F ig. 3 dargestellt ist

Ausgehend vom Flansch 22 ist eine mit diesem einstückig ausgeführte und abgeschrägte Wand 30 vorgesehen, die mit der oberen Fläche des Kamms 19 eine V-Form bildet die ihrerseits die Nut 18 bestimmt

Gemäß der Darstellung besitzen der Flansch 22 und die Plattform 23 durchgehende, elliptische Umfangsflächen 24 und 26.

Somit besitzt der Flansch 22 zwischen der abgeschrägten Wand 30 und der elliptischen Umfangsfläche

24 (des Flansches 22) sozusagen zwei halbmondförmige Flächen 31 und 32 (F i g. 2\ die symmetrisch zur (und auf gegenüberliegenden Seiten der) großen Achse der Plattform 23 angeordnet sind.

so Wenn der Schaft 14 der Stiftschraube 10 durch eine passende Bohrung in der Platte 21 hindurchgeführt wird, wobei die Platte 21 von einem geeigneten Auflager (nicht dargestellt) getragen wird und der Kopf 12 mittels eines geeigneten Werkzeugs (nicht dargestellt) in die Platte 21 eingeschraubt wird, senkt sich der Kopf 12 ein und versperrt sich selbst eben mit der Oberseite des Blechs gemäß der Darstellung in F i g. 1, und infolge der nichtkreisförmigen Gestaltungen des Flansches 22 und der Plattform 23 steigt der Widerstand der Stiftschraube gegen Drehkräfte über denjenigen an, der bestehen würde, wenn der Flansch und die Plattform kreisförmig und konzentrisch wären.

Aas den F i g. 2 und 3 ist ersichtlich, daß die beiden halbmondförmigen Flächen 31 und 32 des Flansches 22 nach dessen Einbettung in die Platte 21 den auf die Stiftschraube einwirkenden Drehkräften entgegenwirken.
Wie ersichtlich ist, verläuft die Umfangsfläche 26 der

Plattform 23 in einem rechten Winkel zur ebenen Oberseite der Plattform 23, was ebenfalls dazu beiträgt, Drehkräften zu widerstehen. Auch die ebene Unterseite der Plattform 23 verläuft parallel zu deren Oberseite. Die Umfangsfläche 24 des Flansches 22 verläuft in einem rechten Winkel zur ebenen Unterseite der Plattform 23, wobei sie mit dieser eine Schulter bildet, die ebenfalls dazu beiträgt, Drehkräften zu widerstehen. Schließlich verläuft die Umfangsfläche 24 auch noch in einem rechten Winkel zur ebenen Unterseite des Flanschs22.

Während die bevorzugte Gestalt des Flansches 22 zwar als »im wesentlichen elliptisch« beschrieben wurde, soll dies auch eine Kurve einschließen, wie sie durch Überlappung zweier kreisförmiger Abschnitte gebildet wird, deren Zentren in einem kleinen Abstand voneinander angeordnet sind und deren äußere Umfange durch Tangenten der beiden Kreise (an einander gegenüberliegenden Seiten) miteinander verbunden sind.

Die untere oder erste Nut 17 wird durch eine Wand definiert, die etwa halbkreisförmig mit C-förmigem Querschnitt gemäß Darstellung in F i g. 1 ist, ein größeres Volumen besitzt als die obere oder zweite Nut 18 und das durch den Kopf 12 entfernte Material des Blechs aufnimmt mit Ausnahme dessen, das von der oberen Nut 18 aufnehmbar ist Gemäß F i g. 1 erstreckt sich ein herabhängender Bördelansatz 40 (dessen Größe von der Dicke der Platte 21 abhängt) unterhalb der Unterseite der Platte 21; der Bördelansatz 40 des Blechs ist in eine passende Öffnung eines Auflagers (nicht dargestellt) aufgenommen und von dieser definiert

Die F i g. 5 und 6 zeigen eine Variante der Erfindung, bei der die Stiftschraube 60 mit einem Kopf 62 ausgestattet ist, der eine im wesentlichen elliptische Plattform 64 und einen nur teilweise kreisförmigen Flansch 66 besitzt, der seinerseits über Abschnitts- oder Segmentseiten 67 und 68 verfügt Die ebene Unterseite 70 des Flanschs 66 bildet somit zwei symmetrische Bogensegmente 71 und 72 a ι gegenüberliegenden Seiten der längeren Achse der e!l iptischen Plattform 64.

Bei der Ausführungsform de/ Fig.5 und 6 ist die obere Nut bzw. Aussparung 78 von der ebenen Unterseite 70 und einer konischen Fläche 79 gebildet (Die untere Nut bzw. Aussparung 80 besitzt eine halbkreis- oder C-förmige Gestalt gemäß der Darstellung.) Da die obere Aussparung zwischen der Unterseite 70 und der konischen Fläche 79 beim Ausführungsbeispiel der Fig.5 gebildet ist d.h. da keine der beim Ausführungsbeispiel der F i g. 1 dargestellten Wand 30 entsprechende abgeschrägte Wand verwendet wird, eignet sich bei derselben Dicke der Plattform und des Flansches bei beiden Ausführungsformen die Ausfuhrungsform der Fig.5 besser für dünnere Platten.

Beispielsweise erweist sich bei einer Plattformdicke zwischen 035 mm und 0,40 mm bei beiden Ausführungsbeispielen die in F i g. 1 dargestellte Gestaltung als für eine Piatte von 1,65 mm Dicke zufriedenstellend, während die in F i g. 5 dargestellte Gestaltung für eine Platte von 1,27 mm Dicke zufriedenstellend ist

Ein weiterer sich aus den dargestellten veränderten Stiftschraubenköpfen ergebender Vorteil besteht darin, daß die Bördelansätze 40 (Fig. 1) und 82 (Fig.5)

to einheitlicher sind als im Fall der in der US-PS 31 27 919 (F i g. 6) dargestellten Gestaltung. Das heißt jede Zacke der Stiftschraube der US-PS 31 27 919 führt zu einer entsprechenden Ansammlung verschobenen Materials des Blechs. Bei der vorliegenden Erfindung führt die halbmondförmige Fläche des in den F i g, 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiels zu einem herabhängenden Bördelansatz, der sich im wesentlichen einheitlich verformt und den halbmondförmigen Flächen 31 und 32 entspricht (Fig.2). Auch bei der in Fig.6 dargestellten Ausführungsform können die Segmente 71 und 72 als zwei lange, flache und dünne Rippen angesehen werden, die an ihren Enden kreisförmig gestaltet sind.

Wie beim ersten Ausführungsbeispiel wird der Schaft

83 (teilweise in F i g. 5 dargestellt) durch eine passende Bohrung in der Platte 81 eingeführt, die von einem geeigneten Auflager (nicht dargestellt) getragen ist und wird der Kopf 62 eben in die Platte 81 eingeschraubt wobei zugleich ein herabhängender Bördelansatz 82 gebildet wird.

Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung der hier beschriebenen selbstklemmenden Stiftschrauben besteht im Kaltstauchen, d.h. Kaltschmieden, eines zylindrischen Rohlings (nicht dargestellt) aus geeigne tem Werkstoff. Die Kaltstauchung wird in einem Gesenk (nicht dargestellt) ausgeführt, das eine der Kontur des im wesentlichen elliptischen Flanschs 22 oder des länglichen Flanschs 66 entsprechend ausgeformte Höhlung aufweist Das vor dem Flansch befindliche Material des Rohlings schlägt auf einem Auflager (nicht dargestellt) an, um die Längsbewegung des Rohlings zu begrenzen, wobei aber die radial auswärts gerichtete Bewegung des Materials vor dem Rohling frei möglich ist So wird, da der Rohling zunächst zylindrisch ist das vor dem Flansch befindliche Material zu einer im wesentlichen elliptisch geformten Plattform gestaucht, wobei die große Achse der Plattform mit der kleinen Achse des im wesentlichen elliptischen Flanschs oder des verlängerten Flanschs

so zusammenfällt um gestauchte Vorformlinge zu bilden. Anschließend werden die Gewindegange und Nuten bzw. Aussparungen auf die kaltgestauchten Vorformlinge aufgerollt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. SeliDstklemmende Stiftschraube mit einem Kopf und einem Schaft, wobei der Schaft einen Gewindeabschnitt im Abstand vom Kopf und eine erste und eine zweite unterschrittene Nut zwischen dem Gewindeabschnitt und dem Kopf aufweist, die erste Nut näher an den Gewindegängen liegt als die zweite Nut und das Volumen der ersten Nut größer w als das der zweiten Nut ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (12,62) eine nichtkreisförmige Plattform (23,64) mit einer Ringfläche (26) und einen unterschrittenen, nichtkreisförmigen Flansch (22, 66) zwischen der zweiten Nut (18, 78) « und der Plattform (23,64) und der Flansch (22, 66) eine Ringfläche (24) von der Plattform (23, 64) aus radial und einwärts gerichtet und von dem Gewindeabschnitt (16) aus radial und auswärts gerichtet aufweisen.

2. Stiftschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattform (23, 64) und der Flansch (22,66) längliche und in der Ebene des Kopfs (12, 62) gesehen gegeneinander verdrehte Formen aufweisen, wobei der Kopf (12, 62) unter rechten Winkeln und quer zur Längsachse der Siiftschraube (10,60) angeordnet ist

3. Stiftschraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die länglichen Formen der Plattform (23) und des Flansches (22) im wesentlichen elliptische und gegeneinander um 90° verdrehte Formen sind.

4. Stiftschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattform (23, 64) und der Flansch (22, 66) parallele und ebene Flächen ^3S aufweisen.