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Blechschraube.
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Um eine Schraube in ein dünnes Metallblech rest einschrauben zu können,
gibt es verschiedene Möglichkeiten. Einmal kann in das Blech ein Loch gebohrt werden,
dessen Durchmesser größer ist als der Gewindedurchmesser der Schraube, sodaß die
Schraube mit ihrem Gewindeschaft durch dieses Loch hindurchgesteckt und mittels
einer auf der anderen Seite aufgeschraubten Mutter festgezogen werden kann. Andererseits
können auch an den Stellen,
an denen Schrauben eingeschraubt werden
sollen, kleine Löcher eingebohrt oder gestanzt werden, welche anschließend mittels
eines konischen Lochwerkzeuges oder dgl. aufgeweitet werden, um einen Bund rund
um das aufgeweitete Loch auszubilden, woraufhin mittels eines Gewindebohrers in
die Wandung dieses Loches und des hochgebördelten Bundes ein Gewinde eingeschnitten
wird, in welches alsdann eine Befestigungsschraube eingeschraubt werden kann. Derartige
altherkömmliche Verfahren sind jedoch äußerst zeit- und kostenaufwendig.
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Infolgedessen wurden bereits verschiedene Arten selbstschneidender
Blechschrauben vorgeschlagen, für deren Benutzung jedoch ebenfalls ein FUhrungsloch
gebohrt werden muß, dessen Durchmesser kleiner ist als der Gewindedurchmesser dieser
selbstschneidenden Blechschrauben. Infolgedessen sind auch derartige Blechschrauben
nicht sehr praktisch, da ihre Anwendung zumindest zwei getrennte Arbeitsgänge erfordert,
denn es muß auch hier zunächst ein Führungsloch gebohrt werden und erst dann kann
die Blechschraube eingeschraubt werden.
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Aus diesem Grunde wurden in neuerer Zeit weitere selbstschneidende
Blechschrauben entwickelt, deren Gewindeschaft sich verjüngt und in diesem Bereich
scharfe Kanten aufweist und schließlich in eine Spitze ausläuft, sodaß mit dieser
Spitze in das Blech ein kleines Loch eingeschlagen werden kann, welches dann beim
Eindrehen der Schraube mit Gewalt vergrößert und verformt wird, sodaß sich ein kreisrunder
Bund bildet, der von der anderen Seite des Bleches absteht. Wenn auch derartige
Blechschrauben
in gewisser Hinsicht durchaus zweckmäßig sind, da
sie sich in einem einzigen Arbeitsgang einschrauben lassen, haben sie dennoch eine
ganze Reihe von Nachteilen, deren erster und schwerst wiegender darin besteht, daß
das Blech nicht nur unmittelbarrund um das kleine Loch herum während des Einpressens
des konischen Teiles mit den scharfen Kanten leicht einreißt, sondern daß auch sehr
bald Ermüdungsrisse entstehen können. Diese anfängliche Ausbildung von Rissen zieht
den zweiten Nachteil nach sich, daß die Ausbildung des hochstehenden Bundes nicht
hoch genug ist, sodaß beim Einschrauben der Blechschraube nicht genügend Gewindegänge
ausgebildet werden, um einen sicheren Halt der Schraube zu gewährleisten. Ein weiterer
Nachteil besteht darin, daß das durch die Spitze der Blechschraube im Blech ausgebildete
Loch nicht nur übermäßig vergrößert wird, sondern auch am Rande teilweise nicht
mehr die genügende Wandstärke aufweist, da die scharfen Kanten des verjüngten Teiles
das Blech einreißen, wodurch die erwünschte Klemmkraft der Schraube nicht erzielbar
ist. Dieser Nachteil wirkt sich insbesondere bei Aluminiumblechen oder dgl.
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weichem Material aus, ebenso wie bei sehr dünnem verzinntem Eisenblech.
Ein vierter Nachteil derartiger Blechschrauben besteht darin, daß die Schraube Gefahr
läuft, schräg in das Blech einzudringen, da wie bereits erwähnt, die Lochwandung
Risse aufweist und ungleichmäßige Wandstärke.
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Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Blechschraube
zu schaffen, welche in einem einzigen Arbeitsgang in ein Blech eingeschraubt werden
kann, ohne daß dabei die Lochwandung einreißt, während gleichzeitig auf der dem
Schraubenkopf
abgewandte Seite des Bleches ein Bund von ausreichender
Höhe ausgebildet werden soll, welcher einen festen Sitz für die Schraube ergibt.
Dabei soll eine derartige erfindungsgemäße Blechschraube selbst in sehr dünne oder
weiche Bleche mit dem gleichen Erfolg eingeschraubt werden können wie bei anderen
Blechen und das Einschrauben soll bei Blechen aller Art leicht und glatt vor sich
gehen.
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Eine diesen Anforderungen gerecht werdende erfindungsgemäße Blechschraube
ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende der Blechschraube
im Anschluß an die Gewindegänge des Gewindeschaftes pyramidenförmig ausgebildet
ist und im Anschlußteil an die Spitze scharfe Kanten aufweist, welche im Anschlußteil
an die Gewindegänge in sich allmählich verbreiternde abgerundete Kanten übergehen.
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Auf diese Weise erhält die Blechschraube wohl eine scharfkantige Spitze,
mit deren Hilfe im Blech ein kleines Führungsloch ausgebildet werden kann, während
die anschließenden, sich allmählich verbreiternden abgerundeten Kanten dafür sorgen,
daß dieses kleine Führungsloch allmählich unter Ausbildung eines Ringbundes aufgeweitet
werden kann, ohne daß wie bisher das Blech dabei eingerissen wird, so daß die nachfolgenden
Gewindegänge des Schraubenschaftes eine sichere, gleichmäßige Angriffsfläche finden.
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Weitere Merkmale und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der
beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Blechschraube von der Seite gesehen; Figur 2 das untere
Ende dieser Blechschraube in vergrößertem Maßstab; Figur 5 einen Schnitt durch Figur
2 längs der Linie III-III; Figur 4 einen Schnitt durch Figur 2 längs der Linie IV-
IV; Figur 5 einen Schnitt durch Figur 2 längs der Linie V-V; Figur 6 das Aufbohren
eines kleinen Führungsloches durch das scharfkantige spitze Ende; Figur 7 das Aufweiten
des Loches unter Ausbildung eines glatten Bundes an der Rückseite des Bleches; Figur
8 eine pserpsektivische Darstellung des pyramidenförmigen Endes eines zweiten Ausführungsbeispiels;
Figur 9 einen Schnitt durch Figur 8 längs der Linie IX-IX; Figur 10 eine der Figur
8 entsprechende Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels; Figur 11 einen Schnitt
durch Figur 10 längs der Linie XI-XI;
Figur 12 eine der Figur 8
entsprechende Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels; Figur 13 einen Schnitt
durch Figur 12 längs der Linie XIII-XIII; Figur 14 eine Seitenansicht der Spitze
eines fünften Ausführungsbeispiels; Figur 15 einen Schnitt durch Figur 14 längs
der Linie XV-XV; Figur 16 die Schraubenspitze eines sechsten AusfUhrungsbeispiels;
Figur 17 einen Schnitt durch Figur 16 längs der Linie XVII-XVII; und Figur 18 die
Spitze eines siebenten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Blechschraube
von der Seite gesehen.
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Das in den Figuren 1 bis 5 dargestellte erste Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Blechschraube 10 besitzt einen üblichen Schraubenkopf 11>
an den sich ein üblicher Gewindeschaft 12 zylindrischer Ausbildung anschließt, der
in ein pyramidenförmiges Ende 13 übergeht, welches in eine Spitze 14 ausläuft. Dieses
pyramidenförmige Ende 15 weist keinerlei Gewindegänge
auf und ist
in zwei Teile unterteilt, und zwar ein spitzes Ende 15 mit scharfen Kanten 16, welche
von der Spitze 14 aus divergieren, und einen Pyramidenstumpf 17 mit abgerundeten
Kanten 18, wobei das spitze Ende 15 eine Höhe h (Fig.2) und quadratischen Querschnitt
(Fig.5) besitzt, während der Kegelstumpf durch die Schnittlinien III-III und V-V
begrenzt wird und zum unteren Ende des Gewindeschaftes 12 hin allmählich einen größeren
Durchmesser erhält. Dabei wird auch die gekrümmte Fläche einer jeden abgerundeten
Kante 18 breiter und breiter, je größer der Durchmesser dieses Kegelstumpfes 17
wird. Das spitze Ende 15 dient zum Bohren oder Einschneiden eines Führungsloches
in das Blech, während der Kegelstumpf 17 im wesentlichen das Loch erweitert und
einen Bund ausbildet, wie dies im einzelnen noch zu beschreiben sein wird. Selbstverständlich
kann das pyramidenförmige Ende 13 der in den Figuren 1 bis 15 dargestellten Blechschraube
statt eines viereckigen Querschnittes auch ebensogut einen dreieckigen oder irgendeinen
anderen mehreckigen Querschnitt aufweisen.
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Bei der vorbeschriebenen Konstruktion der Blechschraube 10 liegt der
Spitzenwinkel des pyramidenförmigen Endes 13, der in Figur 3 mit e angedeutet ist,
vorzugsweise zwischen 250 und 650, je nachdem, wie hart das Blechmaterial ist, in
welches eine derartige Blechschraube eingeschraubt werden soll. So beträgt vorzugsweise
dieser Spitzenwinkel bei einem Blech 19 aus hartem Werkstoff wie Stahl oder dgl.
250, während der Spitzenwinkel 650 beträgt, wenn das Blech 19 aus Aluminium oder
ähnlichem weichem Idaterial besteht. Entsprechend der Härte eines Bleches kann auch
die
Anzahl der Seiten des pyramidenförmigen Endes verändert werden. Im allgemeinen wird
vorzugsweise die Anzahl der Seiten dieses pyramidenförmigen Endes vergrößert, je
härter das Blech ist. Andererseits sollte das pyramidenförmige Ende höchstens zehn
Seiten aufweisen, da es andernfalls einem kreisrunden Kegel sehr nahe kommt, sodaß
die Spannungskonzentration an jeder dieser vielen abgerundeten Kanten zerstreut
wird und das Anfangsloch 20' (Fig.6) nicht wirkungsvoll genug aufgeweitet werden
kann, um einen Bund 21 in der gewünschten Höhe auszubilden, ohne daß dabei um das
Loch 20 herum unerwünschte Risse entstehen. Die Höhe oder Länge h des spitzen Endes
15 wird vorzugsweise entsprechend der Dicke des Bleches 19 bestimmt. Auch die Form
und Krümmung dieser abgerundeten Kanten 18 wird vorzugsweise entsprechend der Blechdicke
und entsprechend der Materialeigenschaften des Bleches festgelegt.
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Wenn eine derartige Blechschraube 10 mit einem bekannten kraftbetriebenen
Schrauber in ein Blech 19 eingeschraubt wird, durchstößt die Spitze 14 zunächst
an der gewünschten Stelle das Blech 19 und bildet im Blech ein kleines Führungsloch,
welches dann durch die scharfen Kanten 16 erweitert wird, um ein Anfangsloch 20
auszubilden, wie dies in Figur 6 dargestellt ist. Sobald das Führungsloch 20t bis
auf einen Durchmesser d erweitert ist, welcher im wesentlichen dem größten Außendurchmesser
des spitzen Endes 15 entspricht, dringt das kegelstumfförmige Teil 17 in dieses
Loch 20t ein und erweitert es zu einem Loch 20 unter gleichzeitiger~Ausbildung eines
im wesentlichen kreisrunden Bundes 21, der sich von der Rückseite 22 des Bleches
19 abhebt,
wie dies in Figur 7 dargestellt ist. Die nachfolgenden
Gewinde--gänge 25 des Gewindeschaftes 12 bilden alsdann in diesem Bund 21 entsprechende
Gewindegänge aus, sodaß die Blechschraube im Ganzen fest eingeschraubt werden kann.
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Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung des kegelstumpfförmigen Teiles
17 des unteren Endes 13 der Blechschraube, d.h. infolge der sich allmählich verbreiternden
abgerundeten Kanten 18 dieses Teiles 17 (Fig. 2, 6 und 7), läßt sich das zunächst
in das Blech 19 mit Hilfe des scharfkantigen spitzen Endes 15 eingebohrte kleine
Führungsloch 20t glatt und allmählich derart vergrößern oder aufweiten, daß ein
Bund 21 in der erforderlichen Höhe oder Länge entsteht, ohne daß dabei das Blech
eingerissen wird. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird außerdem aber auch
erreicht, daß die Innenwandung des Loches 20 sowie des Bundes 21 im wesentlichen
glatt bleibt, d.h. also keinerlei Einkerbungen aufweist, bevor die Gewindegänge
23 das entsprechende Innengewinde in diese Wandung schneiden.
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Die Effizienz der vorbeschriebenen Grundausbildung einer erz in dungsgemäßen
Blechschraube läßt sich noch erhöhen, wie dies anhand der in den Figuren 8 bis 17
dargestellten weiteren Ausführungsbeispiele erläutert werden soll. Dabei geht es
vor allem darum, die beim Bohren des Führungsloches entstehenden Späne sicher zu
entfernen. Dieses Entfernen von Spänen ist besonders wichtig, da sie oftmals die
Innenwandung des Loches 20 sowie des Bundes 21 beschädigen und dadurch eine Rißbildung
begünstigen. Es ist einleuchtend, daß das Loch 20 so glatt wie irgend
möglich
ausgebildet werden muß, um die Ausbildung des Bundes 20 in der gewünschten Höhe
ohne Risse zu erleichtern und einen festen Schraubensitz zu erreichen. Außerdem
erschwert das Vorhandensein von Spänen das Einschrauben der Blechschraube.
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Aus diesem Grunde ist im spitzen Ende 15a bei dem in den Figuren 8
und 9 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel in zwei einander gegenüberliegenden
Seiten jeweils eine Einkerbung 24a ausgebildet, welche Jeweils von der Spitze 14
aus längs der entsprechenden scharfen Kante 16 nach oben verläuft, sodaß eine spitzwinklige
Schneidkante 25a und eine glatte senkrechte Schneidbrust 26a entstehen, welche diagonal
zur senkrechten Achse des pyramidenförmigen Endes 13 verlaufen, wie dies in den
Figuren 8 und 9 dargestellt ist. Dadurch können von diesen Schneidkanten 25a erzeugte
Späne durch diese Einkerbungen 24a leicht entfernt werden.
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Das in den Figuren 10 und 11 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel
besitzt ein spitzes Ende 15b, welches zur Hälfte diagonal aufgeschnitten ist, sodaß
eine senkrechte Schneidbrust 26b und zwei spitzwinklige Schneidkanten 25b entstehen.
Dadurch werden die Späne in der Hauptsache durch diese Schneidkanten 25b erzeugt
und können ohne Schwierigkeiten durch den an der Schneidbrust entstehenden Freiraum
ohne Schwierigkeiten entfernt werden.
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Bei dem in den Figuren 12 und 13 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel
sind im unteren Ende 13 eine oder mehrere Keilnuten 27 in zwei oder in allen Seitenflächen
des spitzen Endes
15c ausgebildet, welche jeweils geradlinig zur
Spitze 14 hin verlaufen. Dabei können natürlich diese Keilnuten 27 auch durch irgendwelche
anderen adäquat geformte Nuten ersetzt werden. Bei Ausbildung des Loches entstehende
Späne können infolgedessen ohne Schwierigkeiten durch diese Nuten 27 entfernt werden.
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Außer einer leichten Spanentfernung ergibt sich bei den vorbeschriebenen
Abwandlungen der weitere Vorteil, daß die Höhe oder Länge des Bundes 21 wesentlich
leichter in der gewünschten Höhe erzielbar ist, da der Durchmesser des anfänglichen
Führungsloches 20 kleiner ist als bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß-Figur
1 bis 5. Dies rührt einmal daher, daß das spitze Ende 15a> 15b bezw. 15c jeweils
teilweise eingeschnitten oder ausgeschnitten ist und zum anderen, daß die entstehenden
Späne schnell und sicher entfernt werden. Welche Ausbildungsform jeweils gewählt
wird, hängt weitgehend von der Härte, der Dicke und anderen Eigenschaften eines
Bleches 19 ab, in welches eine derartige Blechschraube 10 eingeschraubt werden soll.
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Das in den Figuren 14 und 15 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel
besitzt im spitzen Ende 15d des unteren Endes 13d der Blechschraube eine im wesentlichen
spiralförmig verlaufende Nut 28, welche nahe der Spitze 14 beginnt und bis zum kegelstumpfförmigen
Teil 17, d.h. bis zu dessen Beginn, in der gleichen Richtung wie die Gewindegänge
23 des Gewindeschaftes 12 verläuft, sodaß nicht nur die Späne durch diese Nut 28
leicht entfernt werden können, sondern das Bohren des kleinen Führungsloches wesentlich
erleichtert wird, da das spitze Ende 15d sich
infolge der Spiralnut
28 selbst in das Blech hineinfressen kann.
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Infolgedessen wird zum Einschrauben kein sehr hohes Antriebsdrehmoment
benötigt und außerdem wird verhindert, daß das Blech 19 in unerwünschter Weise eingedrückt
oder eingebeult wird. Dabei kann naturgemäß diese Spiralnut 28 auch zusammen mit
irgendeiner der Ausbildungen der Ausführungsbeispiele 2 bis 4 verwendet werden.
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Ein sechstes Ausführungsbeispiel ist in den Figuren 16 und 17 dargestellt,
bei welchem im pyramidenförmigen unteren Ende l«e der Blechschraube wenigstens eine
senkrechte Vertiefung 24e in jeder oder in einigen der Pyramidenseiten zwischen
den scharfen Kanten 16 ausgebildet ist, welche in das kegelstumpfförmige Teil 17
hineinläuft. Auf diese Weise werden die beim Bohrvorgang des spitzen Endes 15e entstehenden
Späne in diese Vertiefungen 24e hineingeleitet und können aus diesen entweichen,
sodaß die Innenwandung des Bundes 21 nicht beschädigt wird. Da hierdurch außerdem
die Reibungsfläche des pyramidenförmigen Endes verkleinert wird, wird das Antriebsdrehmoment
wirkungsvoller zur Ausbildung des Bundes 21 in der gewünschten Höhe ausgenutzt.
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Bei dem in Figur 18 dargestellten siebenten Ausführungsbeispiel ist
zwischen dem pyramidenförmigen unteren Ende 13 und den Gewindegängen 23 des Gewindeschaftes
12 ein glattes zylindrisches Stück 29 vorgesehen, dessen Durchmesser gleich dem
Flankendurchmesser der Gewindegänge 23 oder kleiner als dieser Flankendurchmesser
ist. Wenn dieses zylindrische Teil 29 durch den Bund 21 hindurchgedrückt wird, so
wird dieser dadurch dieser
Zylinderform angepaßt, sodaß er einmal
einen fast kreisrunden Querschnitt erhält und zum anderen rechtwinklig zum Blech
19 verläuft. Infolgedessen wird der Gewindeschaft 12 ohne Verkantung in das Blech
und den Bund 21 hineingeführt.