DE2636494A1

DE2636494A1 - Selbstbohrende und reibende schraube

Info

Publication number: DE2636494A1
Application number: DE19762636494
Authority: DE
Inventors: Henry A Sygnator
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1975-08-28
Filing date: 1976-08-13
Publication date: 1977-03-03
Also published as: JPS5229562A; SE7609513L; IT1066938B; SE424665B; US3982464A; GB1552346A; JPS5432896B2; ES450931A1; FR2322290A1; CA1027786A; FR2322290B1

Description

27 loo 2636Λ94

ing. H. NEGENDANK <-iO73> · dipping. H. HAXTCK · dibl.-phys. W. SCHMITZ dipping. E. GRAAXFS · dipl-ing. W. WEHNERT · dipi..-pb:ys. W. CARSTENS

HAMBURG-MÜNCHEN

ZUSTEtI.TJNGSANSCICEIFT: 2000 HAMBURG 36 · NETTER WAIX 41 PXEASE KEFIY TO: τβιβγοϊΓ (040)36 74 28 ΤΤΙΠ> 36 4115

JTEGBDAPATENT HAMBTTBG

ILLINOIS TOOL WORKS INC. sooo München 2 · mozartstr. 23

TEtBFOIf (089) 5 38 05 86

8501 West Higgins Road tblbgh. nbgbdapatent mUhchsh

Chicago, Illinois 60631/USA Hamburg, 12. August 1976

Selbstbohrende und reibende Schraube

Die Erfindung betrifft eine selbstbohrende Schraube, genauer gesagt, eine Schraube, die in eine obere Platte ein Durchgangsloch reibt und dieselbe auf einer unteren Platte aus härterem Material festklemmt.

Es ist oft erwünscht mehrere übereinanderliegende Platten aufeinander festzuklemmen, wobei die unterste Platte aus einem härteren Material als die oberste besteht. Eine Holzplatte, die auf einer Stahlfläche aufliegt, ist eine typische Kombination dieser Materialien» Bei derartigen Einbauten ist es erwünscht, in der oberen Platte während des Bohrvorgangs ein Durchgangsloch vorzusehen, so daß in der oberen Platte kein Gewindeeingriff stattfindet und sichergestellt wird, daß die Platten fest zusammengeklemmt werden, wenn die Schraube ein Gewindeloch

7 0 9809/0338

DEUTSCHE BANK AO. JIiMBURO (BLZ 200 700 00) NIt. 03/28-107 · DMSDNEB BANK AD, ElIIBUII(I (BLZ 200 SOO 0O) .NU. OM (10 35 · POSTSCHECKHMIl. 2812-200

in die untere Platte bohrt.

In gewissen Fällen wird als oberste Platte verhältnismäßig hartes Holz oder anderes hartesMaterial verwendet, so daß ein Problem beim Reiben des DurchgangsIoches in der obersten Platte entsteht. Sich radial erstreckende Reibschneidansätze an einem Bohrerkörper müssen stark genug sein, um das Loch im Holz zu reiben, jedoch schwach genug, um abzubrechen, wenn sie mit der Stahlplatte in Eingriff kommen. Dies ist mit einem Ausführungsproblem behaftet, das noch nicht zufriedenstellend gelöst worden ist. Bekannte Ausführungen sehen in einem Winkel zur Längsachse des Schaftes angeordnete Reibschneidansätze vor, um dadurch die Festigkeit der Reibansätze beim Reiben zu erhöhen. Hierdurch kann die Dicke der Reibansätze wesentlich erhöht werden. Eine derartige Ausführung entwickelt jedoch eine wesentliche Wärme, wenn eine verhältnismäßig große Materialmenge während des ReibVorgangs entfernt werden muß.

Zusätzliche Probleme treten bei diesen Ausführungen dann auf, wenn die oberste Platte aus einem Material besteht, das nicht ohne weiteres aus dem Loch austritt, wie zum Beispiel stark harzhaltiges Holz. Derartiges Material neigt zum Festsetzen und wird in der Spannute des Bohrers unmittelbar nach der Zerspanung festgehalten und verstopft somit den Weg zur Entfernung der Späne aus dem

709809/0338 - 3 -

Loch. Wenn Material nicht frei austreten kann, entsteht an der Bohrerspitze eine beachtliche Reibung und Wärmeentwicklung, was ein wirksames Bohren verhindert.

Bei bekannten selbstbohrenden Schrauben werden auch zwei diametral gegenüberliegende Reibschneidansätze verwendet, die im Längsbereich der Spannuten angeordnet sind, so daß ein etwas freierer Späneaustritt erreicht wird. Diese bekannte Ausführung macht es jedoch erforderlich, eine ziemlich große Spänemenge mit einem einzigen Schneidansatzpaar zu entfernen, so daß das Problem,ein Loch in ein Material zu bohren, bei dem die Späne nicht frei austreten, nicht vollständig gelöst ist.

Demgemäß soll mit der Erfindung eine Schraube geschaffen werden, die in einem einzigen Arbeitsgang bohrt und reibt, und zwar in einer Weise, die eine wirksame Späneentfernung aus dem geriebenen Loch sicherstellt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer selbstbohrenden und reibenden Schraube, bei der die Wärmeentwicklung während des Bohrens und Reibens auf ein Minimum reduziert wird.

Ein weiteres wichtiges Ziel der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Kapazität der Späneentfernung aus dem

709809/0338

Bohrloch beim Eindringen der Schraube in das Werkstück erhöht wird.

Ein wichtiger Vorteil der Erfindung besteht in der Schaffung einer selbstbohrenden und reibenden Schraube, die in zufriedenstellender Weise ein Durchgangsloch in eine Platte reibt, die aus einem harten Holz oder anderem Material besteht, das an sich schwierig in einem einzigen Arbeitsgang zu bohren und zu reiben ist.

Die obigen Ziele und Vorteile zur Überwindung der Probleme des vorbekannten Standes der Technik werden erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß am Schaft einer Schraube wenigstens zwei Reibschneidansätze vorgesehen sind, die zwischen dem obersten und untersten Ende der Spannute im Bohrerabschnitt angeordnet sind und die von der Schneid kante zum Gewindeschaft hin ein unterschiedliches größeres radiales Maß aufweisen. Bei einer derartigen Ausführung wird das von jedem Schneidansatz zu entfernende Material reduziert, so daß die Wärmeentwicklung durch jeden Schneid ansatz beim Reiben minimal gehalten wird. Die Schneidansätze können aus diametral gegenüberliegenden Paaren bestehen, um die Kapazität der zu entfernenden Materialmenge durch jeden einzelnen Schneidansatz weiter zu erhöhen. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Anordnung der Gewindeschneidnut, die wenigstens eine der Spannuten des

709809/0338 - 5 _

ORiGlNAL INSPECTED

BohrerabschnittF. schneidet, so daß der Späneaustritt an dieser Stelle erleichtert wird, während die Gewindeschneid fähigkeit einer derartigen Schraube beibehalten wird. Zu der Möglichkeit, das Material in kleineren Mengen durch die Verwendung von zwei oder mehr nacheinander größer werdenden und axialen Abstand zueinander aufweisenden Schneidansätzen zu entfernen, kommt hinzu, daß die Anordnung der Schneidansätze in den Enden der Bohrernute einen aufeinanderfolgend größeren Raum schafft, in den Späne von der Schneidkante des Bohrerabschnitts eintreten können. Dies ist dann wichtig, wenn ein Loch in eine verhältnismäßg dicke Platte oder in eine Platte gebohrt und aufgerieben wird, die aus einem Material besteht, das schwierig austritt, wie zum Beispiel stark harzhaltiges Holz oder anderes klebendes Material.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden für mit der Materie vertraute Fachleute aus der nachfolgenden eingehenden Beschreibung und den Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 einen Aufriß einer selbstbohrenden und reibenden Schraube gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Teilaufriß der in Fig. 1 gezeigten Schraube,

70980 9/0338

um 90° verdreht/ gesehen nach Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 eine Endansicht der in Fig. 1 gezeigten Schraube?

Fign.4 und 5 teilweise geschnittene Ansichten, die die Anwendungen der Schraube gemäß der Erfindung zeigen, die zwei aufeinanderligende Platten in größer werdender Bohrtiefe darstellen;

Fig. 6 eine teilweise geschnittene Ansicht der Schraube in ihrer endgültigen/die Platten durchgreifenden Klemmstellung.

Es wird nunmehr auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Eine Schraube 10 gemäß der Erfindung weist einen vergrößerten Kopf 12 mit geeigneten äußeren oder inneren Werkzeugansatzflächen einen Gewindeschaft 14 und am Eintrittsende der Schraube ein Bohrerende 16 auf. Das Bohrerende 16 weist in bekannter Weise am Ende zwei Schnittkanten 22 auf, denen sich in Längsrichtung erstreckende Spannuten 18 zugeordnet sind, die das Austreten der Späne beim Schneiden des Loches gestatten.

Reibschneidansätze 24 und 26 sind am Schaft 20 zwischen gegenüberliegenden Spannuten 18 so angeordnet, daß sie

709809/0338 - 7 -

2836494

zwischen dem obersten und untersten Ende der Spannuten 18 liegen. Die Schneidansätze 24 und 26 haben vorzugsweise einen axialen Abstand voneinander, wobei die untersten Schneidansätze 26 nahe der Schnittkante ein größeres radiales Maß als das der Schnittkanten,jedoch ein kleineres radiales Maß als der obere Schneidansatz 24 hat. Während diametral gegenüberliegende Schneidansatzpaare 24 und 26 gezeigt sind, dürfte es einleuchten, daß irgendeine Kombination der Schneidansätze an verschiedenen axialen Stellen und mit unterschiedlichen zunehmenden radialen Maßen von der Schnittkante aufwärts angeordnet sein können, um die Aufgabe der Erfindung zu erfüllen.

Die Schneidansätze 24 und 26 können in typischer Weise durch einen QuetschVorgang hergestellt werden, wobei sie dünn genug ausgebildet sein können, um vom Schaft abzubrechen, wenn sie mit dem untersten Werkstück 34 in Eingriff kommen, wie dies nachfolgend noch näher beschrieben werden soll.

Die besonderen Vorteile und Anwendungsgebiete der Erfindung gehen am besten aus den Figuren 4 bis 6 hervor. Die beiden miteinander zu verbindenden Platten 32 und 34 weisen in typischer Weise eine obere Platte aus weicherem Material, wie zum Beispiel Holz und eine untere Platte aus härterem Material, wie zum Beispiel Stahl auf. Um

709809/033 8 _₈_

eine Spaltbildung beim Zusammenschrauben der Platten zu vermeiden, muß in der obersten Platte ein Durchgangsloch vorgesehen sein. Der Befestigungsvorgang wird mit dem Bohrerende 16, das an der Platte 32 angreift, eingeleitet, dem der Reibvorgang der kleineren Schneidansätze 26 unmittelbar folgt. Diese Reibansätze entfernen . eine verhältnismäßig kleine Materialmenge beim Bilden der Bohrung 36 und schaffen im Bereich der Schnittkanten 22 einen Raum, der überschüssiges Spänematerial aufnimmt, das in den Spannuten 18 nicht aufgenommen werden kann. Da die obersten Schneidkanten 24 und die unteren Schneidkanten 26 vorzugsweise einen axialen Abstand voneinander haben, wird auf diese Weise ein Aufnahmeraum für Späne geschaffen. Nach dem Reiben der unteren Schneidansätze 26 vervollständigen die Reibansätze 24 den Reibvorgang auf die gewünschte im Durchmesser größere Bohrung 38. Da die Schneidansätze 26 anfänglich einen Teil des Materials entfernt haben, wird die Beanspruchung der Schneidansätze 24 vermindert. Auf diese Weise dienen die Schneidansätze 24 und 26 zur Aufteilung der erforderlichen Arbeit beim Bohren, so daß die für die Festigkeit erforderliche Dicke der einzelnen Schneidansätze minimal gehalten werden kann, während die Wärmeerzeugung beim Reibvorgang gering ist. Da die das Material entfernenden Reibansätze 24 und 26 zwischen den Enden der Spannuten angeordnet sind, wird der Späneaustritt nicht behindert, sondern tatsächlich durch die Schaffung

709809/0338

- 9 des zusätzlichen Späneraums erleichtert.

Die in axialem Abstand angeordneten Reibansätze 24 und 26 dienen ferner zur Führung und Stabilisierung des Eintritts der Schraube in die Werkstücke und verhindern, daß sich die Schraube wesentlich gegenüber einer vorbestimmten Mittellinie verkantet, was auf die mehreren mit axialem Abstand angeordneten Berührungspunkte der Schneidansätze zurückzuführen ist.

Beim Eingriff der Schneidansätze 25 und 24 mit der untersten Platte 34 brechen dieselben aufeinanderfolgend bei 42 vom Schaft ab und gestatten, daß die Gewindeschneidnute 30 das Gewindeloch 40 in die Stahlplatte schneiden kann, so daß die Schraube die Platte 32 auf der Stahlplatte 34 festklemmen kann.

In Verbindung hiermit wird darauf hingewiesen, daß die Anordnung der Gewindeschneidnute 30, die die Spannute 18 schneidet, sicherstellt, daß eine maximale Anzahl von Gewindegängen für eine gegebene Gewindeschaftlänge vorhanden ist, so daß die Verbindung mit einem maximalen Drehmoment hergestellt werden kann, ohne das Gewinde abzuscheren. Zusätzlich zu diesem Merkmal wird durch die die Spannute TS schneidende Gewindeschneidnute 30 eine weitere Späneaustrittskapazität geschaffen, indem die Nutenlänge

709809/0 338 -lo-

der Spannute 18 wirksam vergrößert und ein weiterer Aufnahmeraum geschaffen wird, in den Späne eintreten können. Auf diese Weise wird die Späneaustrittskapazität gemäß der Erfindung gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik erhöht, indem vier späneaufnehmende Zonen geschaffen werden Die erste Zone ist die übliche Spannute 18. Die zweite Zone ist die verhältnismäßig kleine Durchgangsbohrung 36 und derfö-um, der durch die kleinen Schneidansätze 26 geschaffen wird, die nahe der Schnittkante 22 angeordnet sind. Der dritte Raum ist das größere Durchgangsloch 38 und der durch die größeren Schneidansätze 24 geschaffene Raum. Der vierte Raum für die Späneaustragung wird durch die Gewindeschneidnut 30 geschaffen.

Es ist somit ersichtlich, daß mit der Erfindung eine selbstbohrende und reibende Schraube geschaffen ist, die die zuvor erwähnten Ziele und Vorteile voll erfüllt. Während die Erfindung in Verbindung mit einem speziellen Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, können wahlweise viele Änderungen von mit der Materie vertrauten Fachleuten vorgenommen werden, ohne vom Erfindungsgedanken, wie er in den Ansprüchen zum Ausdruck kommt, abzuweichen.

- 11 -

709809/0338

Claims

Ansprüche:

1. Selbstbohrende und reibende Schraube mit einem zwischen einem Anziehkopf und einer Bohrerspitze angeordneten Gewindeschaft, dessen Bohrerspitze wenigstens eine Schnittkante und eine derselben zugeordnete Spannute aufweist, die sich von der Schnittkante bis zu einem oberen Ende erstreckt, wobei an dem Bohrerende der Schraube wenigstens zwei Reibschneidansätze vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibschneidansätze (24, 26) an verschiedenen axialen Stellen des Bohrerendes (16) zwischen dem oberen und unteren Ende der Spannut (18) angeordnet sind, von denen der erste nahe der Schnittkante (22) angeordnete Reibschneidansatz (26) ein größeres radiales Maß als das der Schnittkante (22) aufweist, während der zweite nahe dem oberen Ende der Spannut (18) angeordnete Reibschneidansatz (24) ein größeres radiales Maß als der erste Reibschneidansatz (26) auf weist,und daß beide Reibschneidansätze (24, 26) abbrechbar mit dem Bohrerende (16) der Schraube (10) verbunden sind, so daß zwei oder mehr aneinanderliegende Platten (32, 34) befestigbar sind, indem bei minimaler Wärmeerzeugung ein Durchgangsloch (38) in der ersten Platte (32) herstellbar ist und die Reibschneidansätze (24, 26)

709809/0338 - 12 -

beim Angriff an der zweiten Platte (34) aus härterem Material abbrechbar sind.

2. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei diametral gegenüberliegende erste Reibschneidansätze (26) und zwei diametral gegenüberliegende zweite Reibschneidansätze (24) vorgesehen sind.

3. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenüberliegende Spannuten (18) vorgesehen und die ersten und zweiten Reibschneidansätze (24, 26) zwischen denselben angeordnet sind. -.

4. Schraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei axialen Abstand zueinander aufweisende Paare von Reibschneidansätzen (24, 26) vorgesehen sind, die aus den gegenüberliegenden ersten und zweiten Reibschneidansätzen (26 bzw. 24) bestehen.

5. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gewindeschneidnut (30) vorgesehen ist, die sich in Längsrichtung der Schraube (10) erstreckt und einen Abschnitt des Gewindeschaftes (14) und die Spannut (18) eine Verlängerung derselben bildend schneidet.

- 13 -

709 8 09/0338

ORIGINAL IMSPECTED

2^36494

6. Schraube nach Anspruch 1„ dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei Reibschneidansätze (24, 26) einen axialen Abstand zueinander aufweisen.

70 9 809/0338 ORJGJNAL INSPECTED