DE3230811C2

DE3230811C2 -

Info

Publication number: DE3230811C2
Application number: DE19823230811
Authority: DE
Inventors: Gerald D. South Elgin Ill. Us Barth
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1981-10-29
Filing date: 1982-08-19
Publication date: 1989-06-15
Also published as: DE3230811A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schraube zum Verbinden von plattenförmigen Werkstücken miteinander nach dem Ober begriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a screw for connecting of plate-shaped workpieces with each other to the top Concept of claim 1.

Aus der GB-PS 14 21 317 ist eine Schraube bekanntgeworden, die einen mit einem angeformten Gewinde versehenen Schaft aufweist sowie einen im Durchmesser größeren, Drehangriffs flächen aufweisenden Kopf, dessen Unterseite sich flach gegen die Oberseite des zugeordneten Werkstücks anlegt. Die bekannte Schraube weist einen Schaftabschnitt auf, der am kopfseitigen Ende des Gewindes beginnt und eine Fort setzung des Gewindes bildet und dessen Außendurchmesser sich stetig vergrößert. Die Durchmesservergrößerung findet bei der bekannten Schraube nur über einen Teil des Umfangs bereichs des Schaftes statt. Sie führt zwar zu einem höheren Überdrehmoment, diese Wirkung wird jedoch nur bei verhältnis mäßig dicken Blechplatten erzielt.A screw has become known from GB-PS 14 21 317, the one with an integrally formed thread has and a larger diameter, rotary handle flat head, the underside of which is flat against the top of the assigned workpiece. The known screw has a shaft section that starts at the head end of the thread and continues Formation of the thread and its outer diameter is growing steadily. The diameter increase takes place in the known screw only over part of the circumference area of the shaft. It does lead to a higher one Overtorque, however, this effect is only in relation achieved moderately thick sheet metal.

Aus der US-PS 33 22 019 oder der GB-PS 10 09 630 sind Schrauben mit einem Senkkopf bekanntgeworden, deren Unter seite schraubenlinienförmig gestuft ist. Die bekannten Schrauben sind für Befestigungszwecke in relativ weichem, mit einer Kaschierung versehenem Material gedacht. Mit Hilfe der besonderen Ausbildung der Kopfunterseite wird die Kaschierung in die vom Kopf gebildete Ausnehmung hinein gezogen und fest angelegt, so daß die Kaschierung eine Straf fung erfährt. Zum Verbinden dünner Blechplatten sind die be kannten Schrauben nicht geeignet.From US-PS 33 22 019 or GB-PS 10 09 630 are Screws with a countersunk head have become known, the sub side is stepped helically. The well-known Screws are in relatively soft, for fastening purposes lined with material. With Help the special training of the bottom of the head the lamination into the recess formed by the head pulled and laid tight, making the lamination a penalty fung experiences. To connect thin sheet metal plates are the be Known screws are not suitable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraube der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß auch bei relativ leicht verformbaren Werkstücken, wie z. B. dünnen Blechen, das Überdrehmoment merklich erhöht wird.The invention has for its object a screw to improve the type mentioned in that also for relatively easily deformable workpieces, such as. B. thin Sheet metal, the overtorque is noticeably increased.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by the features of Labeling part of claim 1 solved.

Bei der erfindungsgemäßen Schraube weist der Schaftab schnitt eine schraubenlinienförmige axiale Begrenzung zum Schaft auf und ist als Rampe ausgebildet mit achsparalleler Außenfläche und spiralförmigem Querschnitt.In the screw according to the invention, the shaft rod has cut a helical axial boundary to Shaft on and is designed as a ramp with axially parallel Outer surface and spiral cross section.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Schraube wird das Material der unteren Blechplatte in die Öffnung der oberen Blechplatte hineingezogen und der Rand so umgeformt, daß er gegen den Rand der oberen Öffnung gepreßt wird. Auf diese Weise wird ein hohes Überdrehmoment erzielt sowie gleichzeitig eine Sicherung gegen das Lösen der Schraube. The inventive design of the screw the material of the lower sheet metal into the opening of the drawn in the upper sheet metal plate and reshaped the edge that it is pressed against the edge of the upper opening. On this way a high overtorque is achieved as well at the same time a safeguard against loosening the screw.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims specified.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.The invention will now be described with reference to drawings explained.

Fig. 1 zeigt teilweise im Schnitt einen Rohling für eine Schraube nach der Erfindung. Fig. 1 shows partially in section a blank for a screw according to the invention.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Rohling nach Fig. 1 entlang der Linie 2-2. Fig. 2 shows a section through the blank of Fig. 1 along the line 2-2.

Fig. 3 zeigt im Schnitt die in zwei Blechplatten einge drehte Schraube nach der Erfindung. Fig. 3 shows in section the turned in two sheet metal screw according to the invention.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Schraube in Richtung Kopf gesehen nach einer zweiten Ausführungsform. Fig. 4 shows a section through a screw according to the invention seen towards the head according to a second embodiment.

Fig. 5 zeigt eine ähnliche Darstellung wie Fig. 4. FIG. 5 shows a representation similar to FIG. 4.

Fig. 6 zeigt einen ähnlichen Schnitt wie die Fig. 4 gemäß einer dritten Ausführungsform nach der Erfindung. FIG. 6 shows a section similar to FIG. 4 according to a third embodiment according to the invention.

Fig. 7 zeigt einen ähnlichen Schnitt wie Fig. 6 nach einer vierten Ausführungsform nach der Erfindung. Fig. 7 shows a similar section as Fig. 6 according to a fourth embodiment of the invention.

Fig. 8 zeigt einen ähnlichen Schnitt wie Fig. 7 nach einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung. Fig. 8 shows a similar section as Fig. 7 according to a further embodiment according to the invention.

Fig. 9 zeigt eine ähnliche Darstellung wie Fig. 1 nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung. FIG. 9 shows a representation similar to FIG. 1 according to a further embodiment of the invention.

Fig. 10 zeigt einen Schnitt durch die Darstellung nach Fig. 9 entlang der Linie 10-10. FIG. 10 shows a section through the representation according to FIG. 9 along the line 10-10.

Fig. 11 zeigt eine Schraube nach Fig. 9 in Verbindung mit einem Metallblech und einer Kunststoffplatte. FIG. 11 shows a screw according to FIG. 9 in connection with a metal sheet and a plastic plate.

Fig. 12 zeigt die gleiche Schraube wie Fig. 11, jedoch in einer umgekehrten Anordnung von Kunststoff platte und Blechplatte. Fig. 12 shows the same screw as Fig. 11, but in an inverted arrangement of plastic plate and sheet metal plate.

Eine Schraube 10 hat einen Kopf 12 mit einem Flansch 14, der sich seitwärts von einem zylindrischen Schaft 15 fort erstreckt. Die Unterseite 16 des Kopfes 12 hat eine Aus nehmung 18. Auf der Oberseite des Kopfes 12 sind Drehangriff flächen 19 ausgebildet. Ein spiralförmiger rampenartiger Abschnitt 20 erstreckt sich von einem Punkt außerhalb der Ausnehmung 18 nach oben in die Ausnehmung hinein. Ein Gewinde 22, das in Fig. 1 in gestrichelten Linien gezeigt ist, ist im Schaft 15 geformt, wobei der spiralförmige rampenartige Abschnitt 20 eine Fortsetzung bildet. Das Gewinde 22 wird teilweise aus dem unteren Ende des Ab schnitts 20 gebildet, und da diese den Rohlingsdurchmesser überschreitet, wird zur Sicherstellung einer volleren Gewindeausbildung in diesem Bereich zusätzliches Material bereitgestellt. Bei herkömmlichen Metallblechschrauben ist der obere Gewindebereich nur teilweise ausgebildet, da die Gewindewalzbacken nicht in die Ausnehmung hineinreichen.A screw 10 has a head 12 with a flange 14 which extends laterally from a cylindrical shaft 15 . The underside 16 of the head 12 has a recess 18 . On the top of the head 12 , rotary grip surfaces 19 are formed. A spiral ramp-like section 20 extends upward into the recess from a point outside the recess 18 . A thread 22 , shown in dashed lines in FIG. 1, is formed in the shaft 15 , with the spiral ramp-like section 20 forming a continuation. The thread 22 is partially formed from the lower end of the section 20 , and since this exceeds the blank diameter, additional material is provided in this area to ensure a fuller thread formation. In conventional sheet metal screws, the upper thread area is only partially formed, since the thread rolling jaws do not extend into the recess.

Der spiralförmige rampenartige Abschnitt 20 wird vorzugs weise während der Formung des Kopfes 12 gebildet.The spiral ramp-like section 20 is preferably formed during the formation of the head 12 .

Der rampenartige Abschnitt 20 kann Zähne 24 aufweisen, die in Umlaufrichtung der Schraube weisen (Fig. 4) oder entgegengesetzt zur Umlaufrichtung (Fig. 5). Die Zähne 24 erhöhen dann das Überdrehmoment bzw. das Losdrehmoment. Es kann ein zweiter spiralförmiger rampenartiger Abschnitt 30 (Fig. 6) vorgesehen sein, welcher Zähne 24 aufweist, die in eine Richtung weisen entgegengesetzt derjenigen der Rampe 20, um sowohl ein vergrößertes Überdrehmoment als auch einen vergrößerten Lösewiderstand zu schaffen.The ramp-like section 20 can have teeth 24 which point in the direction of rotation of the screw ( FIG. 4) or opposite to the direction of rotation ( FIG. 5). The teeth 24 then increase the overtorque or the loose torque. A second helical ramp-like section 30 ( FIG. 6) can be provided, which has teeth 24 which point in a direction opposite to that of the ramp 20 in order to create both an increased overtorque and an increased resistance to release.

Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich, befestigt die Schraube 10 eine erste Platte 26 an einer zweiten Platte 28. Die erste Platte 26 ist mit einer Öffnung 31 versehen, deren Durchmesser größer ist als das des Ge windes 22. Während eine herkömmliche Schraube ihre voll ständig eingeschraubte Stellung dort erreicht, wo das Material der zweiten Platte 28 normalerweise überdreht werden würde, wird bei der gezeigten Schraube 10 die Innenkante 32 der zweiten Platte 28 mit dem spiralförmigen Abschnitt 20 in Eingriff gebracht. Da die Kante 32 sich auf dem Abschnitt 20 heraufbewegt infolge der Durchmesser zunahme steigt auch die Höhe des Überdrehmoments. Wie in Fig. 4 gezeigt, kann der spiralförmige rampen artige Abschnitt 20 so bemessen sein, daß seine Zähne 24 die Innenkante der Öffnung 31 erfassen und in diese eindringen. Dies erhöht weiter den Wert für das Über drehmoment.As best seen in FIG. 3, screw 10 secures a first plate 26 to a second plate 28 . The first plate 26 is provided with an opening 31 whose diameter is larger than that of the Ge thread 22nd While a conventional screw reaches its fully screwed-in position where the material of the second plate 28 would normally be over-tightened, in the screw 10 shown the inner edge 32 of the second plate 28 is brought into engagement with the spiral section 20 . Since the edge 32 moves up on the section 20 due to the increase in diameter, the amount of overtorque also increases. As shown in FIG. 4, the spiral ramp-like section 20 can be dimensioned such that its teeth 24 grip and penetrate the inner edge of the opening 31 . This further increases the value for the over torque.

Der rampenartige Abschnitt hat zum Beispiel eine Länge gleich dem Eineinviertelfachen der Gewindesteigung. 0,375 davon liegen innerhalb der Ausnehmung 18, während sich die verbleibenden 0,875 über die Ausnehmung hinauserstrecken zum Gewinde 22. Die Mindesthöhe des rampenartigen Abschnitts 20 entspricht dem Kerndurchmesser. Die maximale Höhe des Abschnitts 20 entspricht mindestens dem Spitzendurchmesser des Gewindes 22. Vorzugsweise entspricht die maximale Höhe dem Zweifachen der Differenz von Spitzendurchmesser und Kerndurchmesser. For example, the ramp-like section has a length equal to one and a quarter times the thread pitch. 0.375 of these lie within the recess 18 , while the remaining 0.875 extend beyond the recess to the thread 22 . The minimum height of the ramp-like section 20 corresponds to the core diameter. The maximum height of the section 20 corresponds at least to the tip diameter of the thread 22 . The maximum height preferably corresponds to twice the difference between the tip diameter and the core diameter.

In den obigen Ausführungsformen hat der spiralförmige ram penartige Abschnitt einen konstant zunehmenden Durchmesser vom Anfang bis zum Ende. Die Berührung mit dem Öffnungs rand der ersten Platte erfolgt somit nur mit dem äußersten Ende des rampenartigen Abschnitts, d. h. es ist im wesent lichen eine Punktberührung. Eine Abwandlung ist in Fig. 7 gezeigt, in welcher der rampenartige Abschnitt eine begrenzte bogenförmige Erstreckung hat mit einem weiteren Umfangsteil, der eine Fortsetzung des rampenartigen Ab schnitts bildet, so daß ein größerer Berührungsbereich mit dem Öffnungsrand hergestellt ist. In Fig. 7 sind gleiche Teile wie in den vorstehend beschriebenen Figuren durch gleiche Bezugszeichen unter Hinzufügung des Index ª gekennzeichnet. Eine Schraube 10 a hat einen rampenartigen Abschnitt 20 a (die Zähne sind fortgelassen), der sich über einen Bogenwinkel von 270° erstreckt und seine größte radiale Abmessung am Punkt 32 erreicht, der um 270° von dem Ausgangspunkt 0° bei 34 entfernt ist. Die verbleibenden 90° bilden einen fortgesetzten Abschnitt 36 des rampen artigen Abschnitts 20 a von konstantem Durchmesser, wo eine Berührung mit dem Öffnungsrand über annähernd 90° statt findet.In the above embodiments, the spiral ram-like portion has a constantly increasing diameter from the beginning to the end. The contact with the opening edge of the first plate is thus only with the outermost end of the ramp-like section, ie it is essentially a point contact. A modification is shown in Fig. 7, in which the ramp-like section has a limited arcuate extension with a further circumferential part which forms a continuation of the ramp-like section, so that a larger contact area with the opening edge is made. In Fig. 7, the same parts as in the previously described figures by the same reference numbers with the addition of the index ª. A screw 10 a has a ramp-like section 20 a (the teeth are omitted), which extends over an arc angle of 270 ° and reaches its largest radial dimension at point 32 , which is 270 ° from the starting point 0 ° at 34 . The remaining 90 ° form a continuous section 36 of the ramp-like section 20 a of constant diameter, where there is contact with the opening edge over approximately 90 °.

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 8 gezeigt, in welcher gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen unter Hinzufügung des Index b gekennzeichnet sind. In diesem Fall erstreckt sich der spiralförmig ansteigende rampen artige Abschnitt 20 b von 0° bis 180°, d. h. vom Punkt 34 b zum Punkt 32 b. Der sich mit konstantem Durchmesser er streckende Teil 36 b erstreckt sich somit über 180° und bietet einen noch größeren Eingriffsbereich mit dem Rand der Öffnung als in Fig. 7.Another embodiment is shown in Fig. 8, in which like parts are identified by like reference numerals with the addition of index b . In this case, the spiral-like ramp-like section 20 b extends from 0 ° to 180 °, ie from point 34 b to point 32 b . The part 36 b that extends with a constant diameter thus extends over 180 ° and offers an even larger engagement area with the edge of the opening than in FIG. 7.

Die im vorhergehenden gezeigten und beschriebenen Aus führungsformen sind insbesondere vorteilhaft zur Befesti gung dünner Metallbleche miteinander. Es ist manchmal erwünscht, benachbarte dünne Metallbleche und Kunststoff platten von größerer Dicke miteinander zu befestigen. Eine für diesen Zweck geeignete Schraube ist in den Fig. 9 bis 12 gezeigt, in denen zur Bezeichnung gleicher Teile Bezugszeichen verwendet werden und zwar unter Hinzufügung des Index c . Der wesentliche Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Ausführungs formen besteht darin, daß die Unterseite 16 c des Kopfes 12 c flach ist. Der Kern 15 c und der rampenartige Abschnitt 20 c sind hingegen gleich. Wenn die Schraube nach Fig. 9 durch die Öffnung 31 c in einer Metallplatte 26 c hindurch geführt und durch eine zweite Platte 28 c aus Kunststoff geschraubt wird, dann wird eine bestimmte Menge Kunststoff von dem rampenartigen Abschnitt 20 c in die Öffnung 31 c hineingedrückt, wie bei 38 gezeigt, und trifft auf die flache Unterseite 16 c des Kopfes 12 c. Wenn der Kopf ausge nommen wäre wie in den Fig. 1 und 3, dann bestünde die Gefahr, daß der verformte Kunststoffabschnitt 38 einfach abgerissen würde. Im vorliegenden Fall wird ein hohes Überdrehmoment gewährleistet.The embodiments shown and described above are particularly advantageous for fastening thin metal sheets to one another. It is sometimes desirable to attach adjacent thin metal sheets and plastic plates of greater thickness together. A screw suitable for this purpose is shown in FIGS. 9 to 12, in which reference numerals are used to designate identical parts, with the addition of index c . The main difference to the execution forms described above is that the bottom 16 c of the head 12 c is flat. The core 15 c and the ramp-like section 20 c , however, are the same. If the screw according to FIG. 9 is passed through the opening 31 c in a metal plate 26 c and screwed through a second plate 28 c made of plastic, then a certain amount of plastic is pressed into the opening 31 c by the ramp-like section 20 c , as shown at 38 , and hits the flat bottom 16 c of the head 12 c . If the head were taken out as in FIGS . 1 and 3, there would be a risk that the deformed plastic section 38 would simply be torn off. In the present case, a high overtorque is guaranteed.

Wenn die Anordnung der Platten gemäß Fig. 12 vertauscht wird, so daß die Kunststoffplatte 26 d oben und die dünnere Platte 28 b aus Metallblech unten liegt, dann ist die Öffnung 31 d größer als der Gewindespitzendurchmesser, und das Kunststoffmaterial wird einfach durch den rampen artigen Abschnitt 20 c zusammengedrückt. Jedoch wird ein Teil des die Öffnung in der Platte 28 d umgebenden Metalls bei 32 c durch die Schraubgewinde 22 c nach oben abgelenkt und ein Teil von der Rampe 20 c erfaßt.If the arrangement of the plates according to FIG. 12 is interchanged so that the plastic plate 26 d is at the top and the thinner plate 28 b is made of sheet metal at the bottom, then the opening 31 d is larger than the thread tip diameter, and the plastic material is simply ramps-like Section 20 c compressed. However, part of the metal surrounding the opening in the plate 28 d at 32 c is deflected upwards by the screw thread 22 c and part is gripped by the ramp 20 c .

Versuche mit der Ausführungsform nach Fig. 12 zeigen, daß das Überdrehmoment nahezu das Sechsfache des Eindrehmoments beträgt.Experiments with the embodiment according to FIG. 12 show that the overtorque is almost six times the insertion torque.

Claims

1. Screw for connecting plate-shaped workpieces to one another, wherein at least one workpiece has an opening, with a shaft on which a thread is formed and a larger diameter, rotating engagement surfaces have the head, the underside of which flat against the top of the associated Workpiece creates, and a Schaftab section, which begins at the head end of the thread, forms a continuation of the thread and its outer diameter increases, characterized in that the Schaftab section ( 20, 20 a , 20 b , 20 c) has a helical axial limit to the shaft ( 15, 15 c) and is designed as a ramp with an axially parallel outer surface and a spiral cross section.

2. Screw according to claim 1, characterized in that the initial diameter of the ramp-like section approximately corresponds to the core diameter and the maximum diameter speaks ent at least the tip diameter of the thread ( 22 ).

3. Screw according to claim 2, characterized in that the maximum height of the ramp-like section twice as large how the thread depth is.

4. Screw according to one of claims 1 to 3, characterized records that the outer surface of the ramp-like portion is serrated.

5. Screw according to claim 4, characterized in that the teeth ( 24 ) point in the direction of rotation of the screw ( 10 ).

6. Screw according to claim 4, characterized in that the teeth ( 24 ) opposite to the direction of rotation of the screw ( 10 ).

7. Screw according to one of claims 1 to 6, characterized in that a second ramp-like section ( 30 ) is provided which begins at a point which is diametrically opposite the point at which the first ramp-like section ( 20 ) begins.

8. Screw according to one of claims 1 to 7, characterized in that the diameter of the workpiece opening ( 31 ) is larger than the outer diameter of the thread ( 22 ).

9. Screw according to one of claims 1 to 7, characterized in that the height of the ramp-like section ( 20 c) is dimensioned such that it engages with the opening in the plate-shaped workpiece ( 26 d) on which the head ( 12 c) is present ( Fig. 12).

10. Screw according to one of claims 1 to 9, characterized in that the underside ( 16 ) of the head ( 12 ) has a recess ( 18 ) for receiving the from the ramp-like portion ( 20 ) deformed material of a plate-shaped workpiece ( 28th ) via the opening ( 31 ) of the workpiece ( 26 ) above it.

11. Screw according to one of claims 1 to 9, characterized in that the underside ( 16 c) of the head ( 12 c) is flat.

12. Screw according to one of claims 1 to 11, characterized records that the ramp-like section extends over a Arc angle of less than 360 ° and extends to the ramp-like section connects a section that has a constant radius.

13. Screw according to claim 12, characterized in that the ramp-like section and the subsequent one Section extend over an arc angle of 360 °.

14. Screw according to claim 12, characterized in that the arc angle of the ramp-like section is 270 ° and that of the subsequent section is 90 ° ( Fig. 7).

15. Screw according to claim 13, characterized in that the arc angle of the ramp-like section is 180 ° and that of the subsequent section is 180 ° ( Fig. 8).