DE2754870B2

DE2754870B2 - Selbstfurchende Schraube

Info

Publication number: DE2754870B2
Application number: DE2754870A
Authority: DE
Inventors: Hermann 5928 Laasphe Grossberndt
Original assignee: Eberhard Jaeger & Co Kg 5928 Laasphe GmbH
Current assignee: Ejot Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Priority date: 1977-12-09
Filing date: 1977-12-09
Publication date: 1980-06-26
Also published as: ES475820A1; IT1101485B; CH630151A5; FR2411330B1; SE7812540L; IT7830652A0; FR2411330A1; DE2754870C3; DE2754870A1; IT7823487V0; US4544313A; SE423433B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine durch Kaltwalzen spanlos geformte selbstfurchende Schraube mit einem großen Verhältnis zwischen AuQendurchmesser und *>^r> Kerndurchmesser, einem kleinen Flankenwinkel und einem kleinen Verhältnis zwischen Außendurchmesser und axialem Abstand der Gewindegänge.

Schrauben dieser Art haben in weichem Material, insbesondere auch in Spanplatten und Kunststoff, einen guten Halt wegen der großen Tragtiefe, die sich aus dem großen Verhältnis zwischen Außendurchmesser und Kerndurchmesser ergibt, d, h. die Gewindegänge sind im Verhältnis zum Schraubendurchmesser sehr hoch. Wegen der relativ großen Steigung (kleines Verhältnis zwischen Außendurchmesser und axialem Abstand der Gewindegänge) bleibt zwischen den Gewinde<*ängen viel Platz, so daß das Material, in das die Schraube eingedreht wird, mit relativ großen Querschnitten zwischen die Gewindegänge eingreifen kann. Durch den kleinen Flankenwinkel erreicht man eine gute Schneidwirkung der Gewindegänge und einen großen freien Raum zwischen zwei benachbarten Gewindegängen. Schrauben solcher Art lassen sich jedoch auch in nicht allzu dicke Bleche eindrehen und furchen dort selber Rillen, in die Gewindegänge eingreifen. Von einem kompletten Gewinde kann man in diesem Fall kaum sprechen.

Wegen der dünnen und hohen Gewindegänge ist bei der spanlosen Formgebung eine sehr starke Verformung des Schraubenmaterials erforderlich. Die Formwerkzeuge neigen zum Verklemmen zwischen den steilen Gewindegängen, wodurch große Reibungskräfte entstehen. Dies kann unrunde Querschnitte der Schrauben ergeben und hat eine starke Abnutzung der Werkzeuge zur Folge.

Bekannt sind ferner doppelgängige Schrauben, wobei eine Schraubenwendel ein höheres Profil hat als die dazu parallele Wendel, so daß an der Schraube abwechselnd hohe und niedrige Gewindegänge erscheinen.

Bei beiden bekannten Schrauben kann die Höhe des Gewindeprofiles nicht voll zum Tragen herangezogen werden, da das von den Gewindegängen verdrängte Material im Zwischenraum zwischen den Gewindegängen Platz finden muß und sich im wesentlichen auf dem Kern anlagert. Es bildet sich also, vereinfacht betrachtet, auf dem Kern eine Schicht, die vtrbindert, daß die Gewindegänge vollständig, d. h. bis zum Ansatz am Schraubenkern, in das Material eindringen. Auch beim Eindrehen der Schrauben in fließfähiges Material, wie z. B. Kunststoff, entsteht an dem zylindrischen Kern bekannter Schrauben ein Materialstau, da der im wesentlichen radiale Druck des Materials keine Kraftkomponente längs des Schraubenkernes erfährt.

Bekannt ist auch eine schraubenartig ausgebildete rohrliörmige Hülse mit einem Außengewinde (US-PS 39 11 781), die jedoch aufgrund ihrer gesamten Formgebung nicht durch Kaltwalzen hergestellt werden kann. Im Bereich zwischen zwei vom Kern abragenden Ge-.vindegängen befindet sich eine schmale Rille mit einem etwa halbkreisförmigen Querschnitt. Die Breite der Rille beträgt nur etwa ein Drittel des axialen Abstandes zwischen den einander gegenüberliegenden Fußenden benachbarter Gewindegänge. Im übrigen ist der Gewindekern zylindrisch ausgebildet. An diesem zylindrischen Kern entsteht der genannte Materialstau. Allenfalls loses bröckeliges Material, für das die bekannte Hülse bestimmt ist, kann über die Rillen und einen Längsschlilz in den Hohlraum der Hülse gelangen. Die Rille selber kann wegen ihres kleinen Querschnittes nur sehr wenig Material aufnehmen, so daß sie nur in Verbindung mit der genannten Längsnut sinnvoll ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraube der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Gewindegänge über ihre gesamte Höhe als

tragende Fliehe wirken, wobei die Schraube mit weniger Verfo?mungsarbeit herstellbar sein soll als die bekannten Schrauben,

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Bereich zwischen zwei vom Kern abragenden Gewindegängen eine Einschnürung aufweist, deren engste Stelle etwa in der Mitte zwischen zwei Gewindegängen liegt, wobei sich der Kern ausgehend von den Fußenden zweier benachbarter Gewindegänge verjüngt

Bei der erfindungsgemäßen Schraube verläuft die Einschnürung ebenso wendelförmig wie die Gewindegänge. Im Vergleich mit der eingangs erwähnten, bekannten Schraube mit hohen und niedrigen Gewindegängen hat also die erfindungsgemäße Schraube zwischen zwei Gewindegängen nicht eine Erhebung in Form eines niedrigen Gewindeganges, sondern eine Vertiefung. In diese Vertiefung hinein kann Material wandern, das von den Gewindegängen verdrängt wird. Das Hineinwandern in die Vertiefung wird dadurch begünstigt, daß sich der Kern, ausgehend von den Fußpunkten der Gewindeflanken, verjüngt Dadurch werden Flächen gebildet, auf denen das Material abgleiten kann. Dadurch ist es möglich, ddß die Gewindegänge bis zu ihrem Fuß hin in das Material eindringen, in das die Schraube eingedreht wird, womit eine Vergrößerung der Tragkraft erzielt wird. Die erfindungsgemäße Schraube läßt sich auch leicht verformen, da bei Herstellung der Einschnürung bereits Material in Richtung der Gewindegänge verdrängt wird, so daß die Gewindegänge mit geringeren Kräften durch Kaltwalzen ausgeformt werden können, als bei einer Schraube mit zylindrischem Schaft. Bei solchen bekannten Schrauben mit zylindrischem Schaft sind sehr große radiale Kräfte nötig, um das Material zu den Gewindegängen hin zu verdrängen. Diese Vorteile im Verformungsablauf sind bei Gewinde mit hohen schmalen Gewindegängen, die einen großen axialen Abstand voneinander haben, besonders wichtig, weil solche Schrauben ihrer Natur nach sehr viel mehr Verformung erfordern, als Schrauben mit normalen Gewinden.

Das Profil der Einschnürung kann verschieden sein. Eine besonders einfache Form ist im Anspruch 2 angegeben. Das Profil kann aber auch z. B. durch eine kontinuierlich gekrümmte Linie definiert sein. Wesentlich ist nur, daß im Bereich zwischen zwei Gewindegängen eine Vertiefung vorhanden ist. Auch bei dem im Anspruch 2 angegebenen Profil wird sich an der tielsten Stelle in der Praxis eine gewisse Ausrundung ergeben.

Das Gewinde kann sowohl gemäß Anspruch 4 eingängig sein als auch mehrgängig. Jedenfalls soll zwischen zwei benachbarten Gewindegängen jeweils eine Einschnürung vorhanden sein.

Die in den Ansprüchen 5 bis 7 angegebenen Bemessungsverhällnisse sollen keine Einschränkung darstellen. Die speziellen Verhältnisse von 1,85 im Anspruch 5 und von 2,25 im Anspruch 7 sowie der Flankenwinkel von 30° gemäß Anspruch 6 haben sich in der Praxis gut bewährt.

Die Schraube kann gemäß Anspruch 8 eine Bohrspitze aufweisen. Sie ist dann auch für etwas härtere Materialien geeignet. Sie kann auch dazu verwendet werden, in Bleche Löcher zu bohren, wobei nach dem Durchtreten der Bohrspitze die Schraube direkt in das Bohrloch eingedreht wird.

Die F.rfindung ist gut anwendbar bei Schrauben, die einen Außendurthmessci zwischen 3 und 6 mm aufweisen, wenngleich die Erfindung auf diese Größen nicht beschränkt ist

Das Material, aus dem die Schraube besteht muß gut verformbar sein. Geeignete Werkstoffe sind in den Ansprüchen 10 und 11 angegeben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schraube in vergrößerter Darstellung,

to Fig.2 ein Gewindeprofil einer erfmdungsgemäßen Schraube in stark vergrößertem Maßstab und
F i g. 3 ein Gewindeprofil einer bekannten Schraube.
Die Schraube nach F i g. 1 hat ein insgesamt mit 1 bezeichnetes selbstfurchendes Gewinde. Die Gewindeis gänge 2 sind verhältnismäßig dünn und hoch und haben im Verhältnis zum Schraubendurchmesser D₁ einen verhältnismäßig großen axialen Abstand h.

An ihrem vorderen Ende hat die Schraube, wie bei selbstfurchenden Schrauben üblich, einen Anschneidbereich, der sich etwa über die Länge I\ erstreckt In diesem Anschneidbereich nimmt die .V<öhe der Gewindegänge zum Ende 3 der Schraube hin irr,;ner mehr ab, und zwar bis auf den Kerndurchmesser der Schraube. Als Kerndurchmesser </tder Schraube soll der geringste Durchmesser des Bereiches zwischen zwei Gewindegängen 5 angesehen werden. In diesem Zwischenbereich befindet sich eine Einschnürung 4, die naturgemäß ebenfalls wendelförmig längs der Schraube verläuft
Das theoretische Profil der Schraube ist in Fig.2

in stark vergrößert dargestellt Bei der praktischen Ausführung einer Schraube ist dieses theoretische Profil nicht erreichbar. Gemäß dem theoretischen Profil ist das Profil der Einschnürung 4 durch zwei gerade Linien 5 und 6 definiert, die dachförmig zueinander verlaufen.

ι · Die Linien 5 und 6 stoßen am Punkt 7 aufeinander. Diese Stelle ist die engste Stelle und liegt auf dem Kerndurchmesser c/*. Die Linien 5 und 6 steigen bis zu Fußpunkten 8 und 9 an, von denen sich die Gewindegänge erheben. Der Flankenwinkel λ der

4(i Gewindegänge 2 beträgt beim gezeichneten Beispiel 30°, während der Winkel β zwischen den Geraden 5, 6 120° beträgt.

Weitere Bemessungsverhältnisse sind wie folgt Das Verhältnis zwischen dem Schraubenaußendurchmesser

-ti D₁ zum Schraubenkerndurchmesser </* beträgt beim gezeichneten Beispiel 135. Das Verhältnis zwischen dem Gewindeaußendurchmesser D₂ und der Steigung Λ (axialer Abstand zwischen zwei benachbarten Gewindegängen) beträgt 2,25.

in Die Schraube hat anschließend an den Gewindeabschnitt einen kurzen zylindrischen Schaft 10, an den ein Kopf U anschließt, in dem sich ein Kreuzschlitz 12 befindet. Diese weitere Ausbildung der Schraube ist für die Erfi. ι toi ng unwesentlich. Der Schraubenkopf könnte

v, auch anders ausgebildet werden, z. B. einen gewöhnlichen Schraubenzieherschlitz aufweisen oder einen Sechskantkopf. Am vorderen Ende der Schraube könnte sich noch eine Bohrspitze oder ein Gewinde wie am vorderen Ende einer Holzschraube befinden.

m> In dem Raum 13, dessen Profil durch die Linien 5, 6 und die die Fußpunkte 8₍ 9 verbindende strichpunktierte Linie 14 begrenzt ist, kann sich Material ansammeln, das von den Gewindegängen 2 beim Eindrehen in einen Werkstoff verdrängt wird. Dies erlaubt es, den

i'' Gewindegängen 2 bis 7U ihren Ansatzpunkten 8,9 hin in das Material einzudringen.

in den F i g. 2 und 3 sind bei der Formgebung auftretende Kräfte svmbolisch dargestellt. Während bei

der Formung der Einschnürung 4 die Waizkraft 15 eine Komponente 16 in Richtung zu dem benachbarten Gewindegang 2 hin hat, fehlt eine solche Komponente, wenn ein zylindrischer Kern vorhanden ist, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist. Die dort eingezeichnete Walzkraft 17 hat keine in Richtung der Gewindegänge gerichtete Komponente. Die Kraft 17 muß deshalb sehr groß sein, um Material zu den Gewindegängen hin zum Fließen zu bringen.

Gezeigt sind ferner die an den Flanken der Gewindegänge wirkenden Druckkräfte 18 (F i g. 2) bzw. 19 (Fig.3). Bei den verhältnismäßig steilen Gewindegängen gemäß F i g. 2 hat die Kraft 18 eine sehr große Komponente 20 in Richtung der Schraubenachse, während bei den weniger steilen Gewindegängen gemäß Fig.3 die entsprechende Komponente 21 wesentlich kleiner ist. Die Komponenten 20 bzw. 21 wirken im Sinne eines Einklemmens von formenden Erhebungen am Walzwerkzeug, d. h. bei der Herstellung von stellen Gängen gemäß Fig. 2 entsteht eher ein Verkeilen als bei der Herstellung eines Gewindeprofils gemäß F i g. 3. Da aber wegen der Komponente Ib (Fig. 2) die Walzkräfte insgesamt geringer gehallen werden können als bei einem zylindrischen Kern, erhält man bei der erfindungsgemäßen Schraube eine geringere Abnutzung der Werkzeuge als bei der Herstellung einer Schraube mit zylindrischem Schaft und gleichem Profil der Gewindegänge.

Die Fig. 2 und 3 zeigen auch, daß bei den meist üblichen Flankenwinkeln von 60" (Fig. 3). die radialen Komponenten 22 der Kraft 19 größer sind als die radialen Komponenten 23 der entsprechenden Kraft 18 bei kleinem Flankenwinkel. Die radialen Komponenten 22, 2.1 wirken im Sinne einer Sprengung von rohrförmigen Gebilden, z. B. von angespritzten Anschraubhülsen von Kunststoffteilen, in die die Schraube eingedreht wird. Bei kleinem Flankenwinkel können deshalb solche rohrförmigen Gebilde kleiner bemessen werden al: bei Schrauben mit großem Fisr.kcr.winkci.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

I, Durch Kaltweizen spanlos geformte selbstfurchende Schraube mit einem großen Verhältnis zwischen Außendurchmesser und Kerndurchmesser, einem kleinen Flankenwinkel und einem kleinen Verhältnis zwischen Außendurchmesser und axialem Abstand der Gewindegänge, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich zwischen zwei vom Kern abragenden Gewindegängen (2) eine Ein- ι υ schnürung (4) aufweist, deren engste Stelle (7) etwa

in der Mitte zwischen zwei Gewindegängen (2) liegt, wobei sich der Kern ausgehend von den Fußenden (8, 9) zweier benachbarter Gewindegänge (2) verjüngt

Z Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Einschnürung (4) durch zwei etwa dachförmig zueinander geneigte, im wesentlichen gerade Linien (5,6) begrenzt ist, die in Richtung der Schraubenachse verlaufen.

3. Schraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (p) zwischen den Geraden (5,6) etwa 120° beträgt

4. Schraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde (1) eingängig ist

5. Schraube nach einem /:1er vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Außendurchmesser (D,) und Kerndurchmesser (di) größer ist als 1,5, vorzugsweise va etwa 1,85 beträgt

6. Schraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flankenwinkel («) kleiner als 45° ist, vorzugsweise etwa 30° beträgt. i-,

7. Schraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser (D,) und dem axialen Abstand (h) der Gewindegänge (2) kleiner als 3 ist, vorzugsweise etwa 2^5 beträgt.

8. Schraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube eine Bohrspitze aufweist

9. Schraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der '"> Außendurchmesser (D,) im Bereich von 3 bis 6 mm liegt.

10. Schraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube aus Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt bis w 035·% besteht.

II. Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube aus einem austenitischen Chrom-Nickel-Stahl, ζ. Β. V2A-Stahl besteht. r.

12. Schraube nach einem der Ansprüche I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube aus einem ferritischen Chromstahl besteht.