DE3034745A1

DE3034745A1 - Bohrende und gewindeschneidende schraube

Info

Publication number: DE3034745A1
Application number: DE19803034745
Authority: DE
Inventors: Edwin John Campbellsville Ky. Skierski
Original assignee: USM Corp
Current assignee: USM Corp
Priority date: 1979-09-21
Filing date: 1980-09-15
Publication date: 1981-04-02
Also published as: MY8600122A; IT8024815A0; NZ194954A; SE8006556L; ES495560A0; JPS5652615A; CA1145600A; AU535906B2; ES8106195A1; IT1132874B; US4295768A; IE801915L; ZA805851B; IE50120B1; CH649136A5; SE443412B; FR2465915A1; FR2465915B1; AU6255280A; GB2058616A

Description

DIPL. ING. HEINZ BARDSKLE PATENTANWALT

Aktenzeichen:

München, 1 5. Septeir±>er 1980

Mein Zeichen: P 3124

Anmelder:

USM CORPORATION Farmington, Connecticut 06032

Zustelladresse: 181 Elliot Street Beverly, Mass. USA

Bohrende und gewindeschneidende Schraube

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein bohrendes und gewindeschneidendes Befestigungsmittel, insbesondere auf eine bohrende und gewindeschneidende Schraube, mittels derer die durch sie abgehobenen Späne in kleine diskrete Stücke zerbrochen werden-

In US-PS 3 395 60 3 (E. J. Skierski) ist eine bohrende und gewindeschneidende Schraube angegeben, die ein Führungsende und einen nachgeordneten,mit einem Gewinde versehenen Schaft hat, wobei das Führungsende dafür ausgelegt ist, sich durch ein Werkstück aus einem Material, wie beispielsweise Blechmaterial, zu bohren. Befestigungsmittel dieses Typs sind allgemein im Kraftfahrzeugbau, im Bauwesen und im Apparatebau wegen der mit ihnen erzielbaren Vereinfachung in der Montage oder der Fertigung anerkannt, da sie eine Einsparung sowohl an Zeit als auch an Kosten beim Zusammenbau mit sich bringen.

Eines der Probleme, die oft bei der Verwendung von Befestigungsmitteln dieses Typs auftreten, besteht darin, daß durch das Befestigungsmittel während des Bohrvorganges Metallspäne erzeugt werden, die die Form einer aus einem ununterbrochenen Metallstreifen gebildeten Spirale annehmen. Diese Späne können sich unter dem Kopf des Befestigungsmittels festsetzen und können der Gefahr des Röstens ausgesetzt sein, wobei der Rostvorgang nicht in Erscheinung tritt, jedoch

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unerwünschte Erhebungen auf der Oberfläche des befestigten Teiles hervorgerufen werden. Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, Mittel an dem Endabschnitt einer bohrenden Schraube anzuordnen, die ein Abbrechen des Metallspans ver-Ursachen und somit die Bildung eines unterbrochenen, strangartigen Spanes,die bei Verwendung der Schraube in Materialien , wie Blechmaterial, auftreten kann, auszuschließen. Eine solche Anordnung ist in US-PS 3 786 713 ( Henry A. Sygnator) gezeigt.

Die vorliegende Erfindung zieht den Vorteil aus der Tatsache, daß der Metallspan in den meisten Fällen die Form eines ununterbrochenen Wendeis aus dem betreffenden Material aufgrund des ümstandes hat, daß die Biegung des Spanes unter einem großen Radius erfolgt, und daß der Span, wenn er unter einem kleinen Radius gebogen würde, in den meisten Fällen in kleine Stücke zerbrechen würde.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine bohrende und gewindeschneidende Schraube zu schaffen, die nicht einen ununterbrochenen strangartigen Materialstreifen während ihrer Verwendung bildet. Desweiteren besteht die Aufgabe für die vorliegende Erfindung darin, eine bohrende und gewindeschneidende Schraube zu schaffen, die in der Lage ist, den entstehenden Materialspan, der durch sie gebildet wird, in kleine diskrete Teile zu zerbrechen. Ferner besteht die Aufgabe für die Erfindung darin, eine bohrende und gewindeschneidende Schraube zu schaffen, die einen Spanbrecher hat, der an den Endabschnitt der Schraube angeformt und sowohl einfach als auch wirtschaftlich herstellbar ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine bohrende und gewindeschneidende Schraube mit zwei Kehlen an ihrem bohrerförmigen Endabschnitt, die sich in Längsrichtung ihrer sich gegenüberliegenden Quadranten erstrecken, wobei jede Kehle eine konkave Schneidfläche darstellt, die in einer

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im wesentlichen geraden Schneidkante endet, die sich in einer Richtung ausdehnt, die gegenüber der Achse der Schraube
geneigt ist, und wobei die Schneidkanten im wesentlichen
symmetrisch zu einer gemeinsamen zentralen, axialen Ebene
der Schraube angeordnet sind, gelöst.

Die erfindungsgemäße bohrende und gewindeschneidende Schraube ist dadurch gekennzeichnet, daß Spanbrecherelemente vorgesehen sind, wovon jeweils ein Spanbrecherelement aus jeder Schneidfläche heraussteht und eine Steigungsfläche bildet,
die steil gegen die Schneidfläche geneigt ist und sich parallel und in einem Abstand zu der Schneidkante erstreckt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Steigungsfläche unter einem Winkel von mehr als 90° zu der Schneidfläche geneigt angeordnet ist, um dabei einen ununterbrochenen Span, der durch die Schneidfläche gebildet wird, von der Schneidfläche unter einem kleinen Biegeradius wegzudrücken, womit ein Zerbrechen des Spanes bewirkt wird.

Die Erfindung bietet den Vorteil, daß eine einfach und kostengünstig herstellbare Schraube der genannten Art zur Verfügung gestellt wird, mit der die Ausbildung eines ununterbrochenen Metallspanes beim Eindrehen in Blechteile verhindert wird.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den weiteren Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet .

Die zuvor genannten und andere Eigenschaften und Vorteile
werden aus der folgenden Beschreibung deutlich. Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Erfindung betreffender Figuren im einzelnen erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Aufriß einer bohrenden und gewindeschnei-

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denden Schraube gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Unteransicht der erfindungsgemäßen Schraube mit weiteren Einzelheiten ihrer Ausgestaltung.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht eines weggebrochenen Teiles entlang der Linie III-III gemäß Fig. 1.

Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht eines weggebrochenen Teiles entlang der Linie IV-IV gemäß Fig. 1.

Fig. 5 zeigt einen Seitenaufriß einer Schraube gemäß Fig. 1, jedoch mit weiteren Einzelheiten.

Fig. 6 zeigt einen Aufriß einer die Schraube formenden Gesenkbacke zum Herstellen einer Schraube gemäß den Figuren 1 - 5.

Fig. 7 zeigt einen Seitenaufriß der Gesenkbacke gemäß Fig. 6. 20

Fig. 8 zeigt eine perspektivische Teilansicht der Gesenkbacke gemäß Fig.6 und Fig.7, wobei der obere Formungsbereich der Gesenkbacke für das Formen des Schraubenabschnittes in einem vergrößerten Maßstab zum Zwecke einer besseren Erkennbarkeit gezeigt ist.

Fig. 9 zeigt eine Teilschnittansicht entlang der Linie IX-IX gemäß Fig.8.

Fig.10 zeigt eine Teilschnittansicht entlang der Linie X-X gemäß Fig.8 mit weiteren Einzelheiten der Gesenkbacke.

Wie bereits erläutert, ist in den Figuren 1-5 eine bohrende und gewindesehneidende Schraube 10 gezeigt, die einen Kopf 12 an ihrem einen Ende mit einem davon abstehenden länglichen Schaft 14 hat. Der Kopf 12 kann von irgendeiner Art sein, die

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geeignet ist, ein Werkzeug zum Drehen der Schraube zwecks Hineindrehens oder Herausdrehens in das oder aus dem Werkstück aufzunehmen. Der Schaft 14 ist ferner mit einer Vielzahl spiralförmig gewundener Gewindegänge 16 in dem hinteren Bereich versehen. An dem dem Kopf gegenüberliegenden Ende ist ein Führungsabschnitt 18 vorgesehen.

Der Führungsabschnitt 18, vergl. Fig. 1 und Fig. 2, ist mit einem Paar von Kehlen 20 versehen, wobei jede mit einer Schneidfläche 22 und einer Ausräumfläche 24 versehen ist. Die Schneidfläche 22 endet in einer Schneidkante 26, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel unter einem Winkel von im wesentlichen 50° gegen die gemeinsame Mittellinie C des Kopfes 12 und des Schaftes 14 geneigt ist.

Um die Aufgabe für die Erfindung erfüllen zu können, ist jede der Schneidflächen 22 mit einem Spanbrecherelement 28 in Form eines teilweise zylindrischen Elementes versehen, das durch Durchdringen einer überschneidenden Ebene durch einen flach abgeschlossenen Zylinder von einer Linie auf dem flachen Ende durch die zylindrische Wandung hergestellt werden kann. Dieses Element kann als ein abgestumpfter Zylinder, der auf der Schneidfläche 22 angeordnet ist, bezeichnet und als solcher am besten beschrieben werden. Gemäß den Figuren 1-5 enthält das Spanbrecherelement 28 eine Steigungsfläche 30, die durch den Endbereich des abgestumpften Zylinders gebildet wird und eine geneigte, gekrümmte Fläche 32, die durch die Seite des abgestumpften Zylinders gebildet wird und im wesentlichen unter einem rechten Winkel zu der Steigungsfläche 30 angeordnet ist. Es wird darauf hingewiesen, daß sich die Steigungsfläche 30 mit der Schneidfläche 22 in einem Abstand von der Schneidkante 26 überschneidet und daß die Überschneidung der beiden Flächen eine Linie bildet, die im wesentlichen parallel zu der Schneidkante 26 verläuft. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel, beispielsweise einem Schraubentyp "Nr.8", verläuft diese Überschneidungsiinie der Schneidfläche 22 mit der Steigungsfläche 30 in einer Entfernung von 1/32", ent-

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sprechend 0.8 mm von der Schneidkante 26.

Das Spanbrecherelement 28 des gezeigten Ausführungsbeispiels ist in bezug auf das Befestigungsmittel derart ausgerichtet, daß ein vollständiger Zylinder, von dem das Spanbrecherelement 28 ein Teil ist, mit seiner Mittellinie unter einem Winkel von 30° geneigt zu einer Ebene P liegen würde, die das Befestigungsmittel in zwei Hälften aufteilt und in jeweils gleichem Abstand von der einen oder der anderen Schneidkante 26 entfernt verläuft, vergl. Fig. 2.

In Fig. 6 ist eine typische Gesenkbacken-Struktur zum Herstellen des in den Figuren 1-5 dargestellten Befestigungsmittels gezeigt. Die Gesenkbacke ist der in der zuvor erwähn- ten US-PS 3 395 603 sehr ähnlich, wo ein Paar solcher Gesenkbacken dazu benutzt wird, den Führungsabschnitt 18 des Befestigungsmittels durch einen Schmiede- oder Kaltverformvorgang herzustellen. Der Fachmann wird erkennen, daß ein Paar solcher Gesenkbacken einander gegenüberstehend in einer Maschine verwendet wird und der zunächst unverformte Führungsabschnitt des Befestigungsmittel-Rohteiles zwischen die beiden Gesenkbacken gelegt wird, welche dann zusammengepreßt werden, um die Konfiguration gemäß den Figuren 1 bis 5 zu schaffen. Wie in Fig. 6 gezeigt, ist die Gesenkbacke 34 mit einer sich nach außen erstreckenden konvexen Fläche 36 versehen, die die Schneidfläche 22 des Befestigungsmittels formt, wenn der Vorgang der spanlosen Formgebung abläuft. Um ein Befestigungsmittel gemäß dem Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung herzustellen, ist die konvexe Fläche 36 durch eine Senke 38, die in dieser Fläche ausgebildet ist, unterbrochen, um eine Negativ-Oberfläche konform mit dem Spanbrecherelement 28, das in den Figuren 1-5 gezeigt ist, zu bilden.

Wie in Fig. 7 gezeigt, stellt die Ebene P, wie unter Bezugnähme auf die Figuren 1-5 beschrieben, tatsächlich die Linie dar, an der die zusammenpassenden Gesenkbacken 34 zusammentreffen. Der Winkel von 30° des Spanbrecherelementes 28, der be-

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reits erläutert wurde, bezieht sich auf die Fläche, die sich längs der Ebene P oder der Paßfläche der Gesenkbacken 34 ausdehnt.

Anhand der Figuren 8-10 wird das Verfahren zur Ausbildung der Senke 38 in der Gesenkbacke 34 beschrieben. Wie in diesen Figuren gezeigt ist, wird ein im wesentlichen mit einem flachen Ende versehener Fräser 40 in die konvexe Fläche 36 der Gesenkbacke 34 derart vorgetrieben, daß seine Mittellinie einen rechten Winkel zu einer Kante 42 der Gesenkbacke 34 bildet, welche Gesenkbacke 34 die Schneidkante 26 des mit ihr geformten Befestigungsmittels ausbildet. Zusätzlich wird der Fräser 40 unter einem Winkel von 30° gegen die Arbeitsfläche der Gesenkbacke 34 ausgerichtet, was zu der Neigung der Steigungsfläche 30 der Schraube 10, die unter einem Winkel von 30° gegenüber der Ebene P ausgerichtet ist, führt, vergl. Fig. 2.

Bei ihrer Betätigung wird die Schraube 10 in das Werkstück gedreht, um ein Führungsloch zum Einbringen des Gewindes in das Werkstück zu bilden. Wenn die Schraube 10 gedreht wird, wird ein spiralförmiger Span an der Schneidkante 26 geformt, der aufwärts entlang der Schneidfläche 22 verläuft. Beim Auftreffen auf die Fläche 30, die um weniger als 90° gegenüber der Ebene P geneigt ist und deswegen als eine gekippte Steigungsfläche wirkt, wird der Span um sich selbst unter einem spitzen Winkel, der durch den Winkel der Steigungsfläche gegeben ist, nach hinten eingerollt. Der kleine Radius, unter dem der Span verformt wird, läßt diesen in kleine Stücke zerbrechen.

Das neue Spanbrecherelement 28 wirkt dahingehend, daß ein metallischer Span in kleine diskrete Abschnitte zerbrochen wird, welche Abschnitte leicht längs der Kehlen wegtransportiert werden können und sich nicht mit den Gewindegängen 16 stören, wenn das Gewinde in die Öffnung, die durch den Führungsabschnitt gebildet worden ist, eingebracht wird.

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Zusammenfassung:

Eine bohrende und gewinde schneidende Scliraube ist mit einem Mittel zum Zerbrechen der Späne, die während des Bohrvorganges entstehen, ausgestattet. Es ist ein Stauansatz in Form eines abgestumpften zylindrischen Elementes auf einer Schneidfläche vorgesehen, das seinen flachen Endbereich im wesentlichen einer Schneidkante der Schneidfläche zukehrt und dessen Zylinder-Mittellinie senkrecht zu der Schneidkante ausgerichtet ist, wodurch ein Span, der bei dem Bohrvorgang entsteht, unter einem engen Radius zurückgebogen wird, so daß er zerbricht.

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Claims

Patentansprüche:

(1.;Bohrende und gewindeschneidende Schraube mit zwei Kehlen an ihrem bohrerförmigen Endabschnitt, die sich in Längsrichtung ihrer sich gegenüberliegenden Quadranten erstrecken, ■ wobei jede Kehle eine konkave Schneidfläche darstellt, die in einer im wesentlichen geraden Schneidkante endet, die sich in einer Richtung ausdehnt, die gegenüber der Achse der Schraube geneigt ist, und wobei die Schneidkanten im wesentlichen symmetrisch zu einer gemeinsamen zentralen, axialen Ebene der Schraube angeordnet sind, dadurch g e -

10kennzeich.net , daß Spanbrecherelemente (28) vorgesehen sind, wovon jeweils ein Spanbrecherelement (28) aus jeder Schneidfläche (22) heraussteht und eine Steigungsfläche (30) bildet, die steil gegen die Schneidfläche (22) geneigt ist und sich parallel und in einem Abstand zu der

15 Schneidkante (26) erstreckt.
2. Bohrende und gewindeschneidende Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Steigungsfläche (30) unter einem Winkel von mehr als 90° zu der Sehneidfläche (22) geneigt angeordnet ist, um dabei einen ununterbrochenen Span, der durch die Schneidfläche (22) gebildet wird, von der Schneidfläche (22) unter einem kleinen Biegeradius wegzudrücken, womit ein Zerbrechen des Spanes bewirkt wird.

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3. Bohrende und gewindeschneidende Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,daß das Spanbrecherelement (28) die Form eines abgestumpften Zylinders hat, dessen Zylindermittellinie im wesentlichen um 30° in bezug auf die Ebene der Schneidfläche (22) geneigt angeordnet ist.
4. Bohrende und gewindeschneidende Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Überschneidung des Spanbrecherelementes (28) mit der Schneidfläche (22) eine Linie bildet, die im wesentlichen parallel zu der Schneidkan-

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te (26) verläuft.
5. Bohrende und gewindeschneidende Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schneidkante

(26) im wesentlichen unter einem Winkel von 50° in bezug auf die Achse der Schraube (10) ausgerichtet ist.
6. Bohrende und gewindeschneidende Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Überschneidung des zylindrischen Spanbrecherelementes (28) mit der Schneidfläche (22) eine im wesentlichen zu der Schneidkante (26) parallel verlaufende Linie bildet, die einen Abstand von zumindest 0.8 mm von der Schneidkante (26) hat.

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