DE3337534C2

DE3337534C2 -

Info

Publication number: DE3337534C2
Application number: DE19833337534
Authority: DE
Inventors: Alfons 5758 Froendenberg De Knoche
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-10-14
Filing date: 1983-10-14
Publication date: 1988-11-03
Also published as: DE3337534A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf selbstformende Universal schrauben nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Je nach dem Einsatz in unterschiedlichen Materialien werden Schrauben verwendet, die aufgrund ihrer Geometrie Spezial schrauben sind. So gibt es beispeilsweise Holzschrauben, Spanplattenschrauben, Blechschrauben, Kunststoffschrauben usw. Diese für unterschiedlichste Einsatzzwecke bestimmten Schrauben sind in ihrer Charakteristik so konzipiert, daß sie dem jeweiligen Werkstoff, mit dem sie verbunden werden, optimal entsprechen. Bei derartigen Schrauben werden die unterschiedlichsten Spitzenausführungen verwendet, z. B. ausgewalzte Spitzen, Nagelspitzen, Bohrspitzen, Löffel spitzen, Kerbspitzen usw. Diese Spitzen sind zum Teil schneidend, zum Teil formend. Auch die Gewinde solcher Schrauben sind speziell für den beabsichtigten Anwendungs zweck ausgelegt.

Dem allgemeinen Wunsche der Industrie bzw. der Verbraucher folgend sind Universalschrauben entwickelt worden, dsie Spezialschrauben für die unterschiedlichsten Materialien ersetzen, die damit wesentlich günstiger hergestellt werden können, die rationeller eingesetzt werden können, und die die Lagerhaltung beim Benutzer erleichtern.

Aus der DE-AS 23 18 088 ist eine selbstschneidende Schraube mit Gewindespitzen bekannt, die als wellenförmige Schneide ausgebildet sind. Eine derartige Schraube weist einen relativ spitzen Flankenwinkel des Gewindes von ca. 40° und ein symmetrisches Gewindeprofil auf, dessen Symmetrieachse von der Senkrechten zur Schraubenachse entgegen der Einschraub richtung um mindestens fünf Winkelgrade abweicht. Damit soll eine Schraube mit hohem Abreißwiderstand geschaffen werden und die Schneideigenschaft soll durch wesentliche Verringe rung der beim Eindringen in ein Werkstück zu überwindenden Reibung verbessert werden.

Aus der DE-OS 31 17 624 ist eine selbstformende Universal schraube bekannt, die anstelle unterschiedlicher Spezial schrauben (Holzschrauben, Blechschrauben, Spanplattenschrau ben und dgl.) verwendbar ist. Dies wird dadurch erreicht, daß der Gewindegang in unterschiedlichen Abschnitten der Längser streckung der Schraube unterschiedliche Scheitelwinkelwerte hat, wobei jeder Scheitelwinkel symmetrisch ausgebildet ist. Eine derartige bekannte Schraube ist mit einem zylindrischen Bund unterhalb des Schraubenkopfes versehen, der eine Länge bzw. Höhe von einigen Gewindegängen hat und dessen Außen durchmesser gleich dem Außendurchmesser des Gewindeganges ausgeführt sein kann. Damit wird das Bruchmoment einer Schraube mit Versenkkopf erheblich verbessert. Er kann weiterhin auch als Zentrierung, z. B. für Beschläge, benutzt werden, und er kann auf seiner Außenfläche eine Profilierung, z. B. Gewindegänge, aufweisen. Es hat sich gezeigt, daß eine derartige bekannte Universalschraube für manche Anwendungs fälle nicht die gewünschte, ausreichende Wirkung ergibt.

Des weiteren ist aus der DE-OS 30 03 280 eine selbstschnei dende bzw. selbstfurchende Schraube bekannt, die mit zwei gleich hohen Gewindegängen ausgeführt ist, wobei die Gewinde gänge unterschiedlich große Querschnitte besitzen. Mit einer derartigen Schraube werden die Ausreißkräfte verbessert, da durch die unterschiedlich großen Profilquerschnitte der beiden gleich hohen Gewindegänge die Zwischenräume zwischen den Gewindegängen optimal mit verdrängtem Material, wie Holz, Spanplattenmaterial, Kunststoff, Blech oder dgl. ausgefüllt sind, so daß sich eine hohe Haltekraft für die Schraube ergibt. Die Herstellung der Schraube ist jedoch aufwendig und kompliziert.

Schließlich ist aus der EP 00 12 441 A1 eine selbstfurchende Bohrschraube bekannt, die einen an den Schraubenkopf an schließenden furchenden Halteteil und eine an diesen Halte teil anschließende schneidende Bohrspitze aufweist. Die Bohrspitze ist mit einer Ausnehmung versehen, die als Spannut mit scharfer Schneidkante ausgebildet ist, um einen besonders guten Schneideffekt zu erzielen. Die Ausnehmung bzw. Hohl kehle ist Teil einer Zylinderfläche. Längs der gesamten Spannut ist der Krümmungsradius der Hohlkehle gleichbleibend.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Bohrspitze einer gattungs gemäßen Schraube so auszubilden, daß sowohl die Bohrung als auch das zu bildende Gewinde durch ausschließlich spanlose Verformung erzeugt werden.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit der Universalschraube nach der Erfindung wird eine Formspitze bzw. Formzone an der Schraube geschaffen, die die Bohrung und das Gewinde im Gegenstück spanlos formt, d. h., daß die Formspitze an dieser Schraube keinerlei Schneidkanten erhält, sondern alle Formzonen mit entsprechenden Radien versehen sind. Für eine derartige Schraube kann jede Art von Gewinde verwendet werden, z. B. ein Blechschraubengewinde, ein Holzschraubengewinde, ein metrisches Gewinde oder dergl. Das entsprechende Gewinde ist beispielsweise an drei Stellen entsprechend der Formspitze mit Einlauf und Auslauf versehen. Dadurch kann das Muttergewinde sehr leicht geformt werden; bei dünnen Blechen entsteht dadurch der besonders wichtige Blechdurchzug, der eine größere Kontaktfläche für das Gewinde ergibt.

Die Universalschraube nach der Erfindung, die ohne Vorbohren des Materials leicht einschraubbar ist, erfüllt die Forderun gen nach einer griffigen Spitze, einem geringen Einschraub drehmoment, wobei je nach Art des Materials auch das Gewinde mit weniger Reibung geformt wird, einem hohen Überdrehmoment und einem hohen Rüttelmoment.

Die Schraubenspitze ist so ausgeführt, daß sie gut ansetzt und zentriert, so daß sie ohne Vorbohren in den Werkstoff eingeschraubt werden kann. Die Spitze hat dabei einen sehr spitzen Winkel und ist vielflächig bzw. profilartig kantig ausgebildet. Das Gewinde verläuft bis zur Spitze bzw. läuft an der Spitze aus, damit die Spitze sofort den Werkstoff erfaßt und sich in ihn einzieht. Die Ausgestaltung der Spitze ist dabei von wesentlicher Bedeutung, da sie für das Einschrauben der Schraube ohne Vorbohren bei kleinem Ein schraubdrehmoment entscheidend ist. Die Schraubenspitze soll die Bohrung soweit vorbohren, daß genügend Material vorhanden ist, damit das Muttergewinde geformt werden kann. Das Material, in das die Schraube eingesetzt wird, z. B. Holz oder Spanplatte, darf dabei nicht spleißen, der Kunststoff, insbes. bei Fenstermaterial, darf nicht erwärmt werden, und bei dünnem Blech leitet die Schraubenspitze das Ausbilden des Muttergewindes ein, wobei eine Kragenbildung im Blech erwünscht ist. Die Schraubenspitze mit Profilierung ist für das gewünschte kleinere Einschraubdrehmoment entscheidend; die Spitze formt eine sehr kleine Bohrung, die die Voraussetzung für einen späteren großflächigen Kontakt zwischen Schraube und Muttergewinde ist, wodurch sich ein erwünschtes, hohes Überdrehmoment ergibt.

Weiterhin wird vorgeschlagen, die Scheibenspitze mit Gleit mittel zu versehen bzw. auf der Spitze einen Gleitmittelüber zug aufzubringen, um einen besseren Gleiteffekt zu erzielen. Die Art des Überzuges wird entsprechend dem Werkstoff, in den die Schraube eingeschraubt wird, gewählt. Es hat sich ferner als zweckmäßig herausgestellt, unterschiedliche Arten von Überzügen durch unterschiedliche Farbe zu kennzeichnen, so daß damit der Anwendungszweck der Schraube auf einfachste Weise festgestellt werden kann.

Für eine Schraube ist die Kombination aus Schraubenantrieb, Spitzenausführung und Gewindeform von entscheidender Bedeu tung. Diese Faktoren hängen voneinander ab. Mit der Univer salschraube nach der Erfindung wird der Bereich gewindefor mender Schrauben erweitert, wobei ein leichtes Einschrauben bzw. ein geringes Einschraubdrehmoment mit formendem Gewinde erzielt wird, die Schraube sich dann ohne hohen Kraftaufwand selbständig in das Material hineinzieht, und das Gewinde sich aufgrund der Auslegung der Gewindegeometrie sofort nach dem Durchbohren des Materials formt bzw. furcht. Dabei wird besonders bei dünnem Blech eine Kragenbildung für ein verlängertes Muttergewinde erreicht. Das Gewinde ist so ausgelegt, daß es über die formende Zone im Bereich der Spitze in eine Zone zur weiteren Formung des Gewindes übergeht, in der das Gewinde großvolumiger wird bzw. eine andere Gewindegeometrie bekommt, damit ein maximaler Haftsitz im vorgeformten Muttergewinde erreicht wird. Dies ergibt ein maximales Überdrehmoment und eine maximale Ausreißkraft.

Aufgrund der Abstufung von Zonen unterschiedlicher geometri scher Ausgestaltung ist ein Verfahren und Nachformen stets gewährleistet, so daß die Schraube leicht eingeschraubt werden kann. Die damit erreichten Vorteile sind geringes Einbohrmoment, geringes Einschraubmoment, geringes Gewindeformmoment, hohes Überdrehmoment, hohe Ausreißkraft und hohes Rüttelmoment.

Zum Herstellen derartiger Universalschrauben wird ein Werkzeug verwendet, bei dem zwei Gewindewalzbacken zum Walzen des Schraubgewindes eingesetzt werden, und die Gewindespitze gleichzeitig verformt wird. Vorzugsweise werden in das Schraubgewinde bis zum Spitzenauslauf mindestens drei Nuten eingewalzt.

Während üblicherweise Spitzen beim Gewindewalzen gleichzeitig abgeschert und mit Gewinde versehen werden, um die Spitze auszuformen, ist in vorliegendem Fall die Gewindewalzbacken anordnung so ausgebildet, daß gleichzeitig beim Gewindewalzen bis zur Schraubenspitze hin auslaufende Nuten eingewalzt werden. Hierzu sind sowohl in der feststehenden als auch in der beweglichen Gewindebacke in der Teilung versetzt Profi lierungsnocken angeordnet, die beim Gewindewalzen die Nuten mit einformen. Die Gewindenuten werden bei der Walzbackenfer tigung so ausgebildet, daß die Gewindenuten an der Stelle der Nocken unterbrochen werden, so daß an dieser Stelle die Schrauben nicht verformt werden und die Nuten an der Schraube entstehen. Diese Profilierungsnocken sind so ausgelegt und angeordnet, daß sie bis zur Kante der Abscherrampe reichen und bis in die äußerste Schraubenspitze auslaufen. Dabei formt die Kante der Abscherrampe die Schraubenspitze, bestimmt die Länge der Schrauben und wird an einem Punkt der Abscherrampe abgeschert, der nach vorne, d. h. zum Gewindebe ginn hin versetzt ist. Von diesem Abscherpunkt aus wird das Schraubgewinde in die anschließende Egalisierzone weiterge führt und dort in der Spitze geformt.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeich nung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Universalschraube nach der Erfindung, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Universalschraube nach Fig. 1 längs der Schnittlinie A-B, und

Fig. 3 einen Schnitt durch die Universalschraube nach Fig. 1 längs der Schnittlinie C-D.

Die Universalschraube 1 nach Fig. 1 weist einen teilweise im Schnitt dargestellten Versenkkopf 2, in dessen Oberseite eine Kreuzschlitzvertiefung 3 zur Aufnahme eines Kreuzschlitz- Schraubendrehers ausgebildet ist, sowie einen Schaft 4 mit Gewinde 5 auf. Der Schaft 4 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und läuft am unteren Ende in die Schraubenspitze 6 aus. Das Gewinde 5 ist mit unterschiedlichen Gewindeflanken 7, 8 ausgeführt und besitzt scharfe Gewindespitzen, wie sie für Spanplaten üblich sind.

Der Formabschnitt 9 der Schraubenspitze 6 ist ausgewalzt und das Gewinde 7 verläuft bis zur Körnerspitze 6. Die Gewinde flanken des Gewindes 7 sind im Bereich des Formabschnittes 9 als symmetrische Dreiecksformen mit einem Flankenwinkel α 3 ausgebildet und gehen im Anschluß an den Formabschnitt 9 in ein Gewinde mit Gewindeflanke 8 über. Die Gewindeflanke 8 weist zwei unterschiedliche Flankenwinkel α 1 und α 2 auf. Dabei hat die Gewindeflanke 10 einen kleineren Winkel a 1 und die Gewindeflanke 11 einen größeren Winkel α 2. Im vorderen Bereich der Schraubenspitze, d. h. im Formabschnitt 9, ist die Formzone 12 mit den teilkreisförmigen Kurvenabschnitten bzw. Ausnehmungen ausgebildet und geht in das Gewinde 5 mit den Gewindeflanken 10 und 11 über. Die Formzone 12 ist, wie den Querschnittsansichten nach Fig. 2 und Fig. 3 zu entnehmen ist, in drei Kurvenabschnitte aufgeteilt; es können jedoch im Rahmen vorliegender Erfindung auch mehr als drei Kurvenab schnitte gleichmäßig über den Schraubenumfang verteilt angeordnet sein. Die Formzone 12 ist so ausgelegt, daß die Spitze 6 genau auf den Arbeitspunkt zentriert ist und sich in den Werkstoff eindrückt, was bei weichen Werkstoffen, z. B. Holz, Kunststoff oder dergl., ohne Kraftaufwand möglich ist. Im Anschluß daran greift die Formzone 12 mit dem Gewinde 7 in das Material ein und die Schraube zieht sich über den gesamten Formabschnit 9 und anschließend mit dem eigentli chen Haltegewinde 8 bzw. 10, 11 in den Werkstoff ein. Dieser Vorgang wird ohne hohen Kraftaufwand ausgeführt, weil die Formzone 12 innerhalb des Formabschnittes 9 aufgrund der Kurvenabschnitte geringe Reibungsflächen bietet und durch den Eigenantrieb über die Gewinde 7 und 8 in das Material hineingezogen wird.

Die Gewindeflanke des Gewindes 8, das sich an den Formab schnitt 9 anschließt, weist einen größervolumigen Querschnitt auf als die Gewindeflanke des Gewindes 7, so daß es die von dem Gewinde 7 vorgeformten Gewindeflanken im Muttergewinde vollflächig ausfüllt, und fest im Material sitzt. Damit ergibt sich ein maximales Überdrehmoment und es kann ein hohes Anschraubdrehmoment ausgeübt werden.

Bei der Verwendung von Blechteilen läuft der gleiche Vorgang ausgehend von der Spitze 6 für das Durchreißen der Bleche ab. Die Spitze 6 hat eine Körnerspitze von nur einigen Zehntel Millimeter und unmittelbar anschließend sind die formenden Profile 12 wirksam. Die Spitze 7 zentriert sich auf dem Blech und formt sich durch das Blech durch leichtes Andrücken. Anschließend greift das Gewinde 7 sofort, zieht sich durch die kleine, entstandene Bohrung und formt das Muttergewinde. Die Reibung ist hierbei gering und es ist nur ein geringer Kraftaufwand nötig, weil an dem Gewinde 7 in der Formzone 9 an den jeweiligen Gewindeflanken Formkanten 13 gebildet werden, die die Verformung des Bleches vornehmen und gleich zeitig eine Kragenbildung ergeben, wie dies normalerweise nur mit einem Stanzwerkzeug mit Durchzugstempel erzielt werden kann. Hierbei übernimmt das Gewinde 7 innerhalb des Formab schnittes 9 über die Formkanten 13 die Umformung für das Gewinde und den Durchzug für das verlängerte Muttergewinde. Die Schraube führt diese Umformung drehend aus, so daß dadurch die Reibung nochmals verringert wird.

Claims

1. Selbstfurchende Universalschraube mit einem Schaft konstanten Durchmessers, einer Spitze mit kontinuierlich abnehmendem Durchmesser und einem über Schaft und Spitze durchgehend verlaufenden Gewinde, wobei die Spitze mit Ausnehmungen versehen ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) die Ausnehmungen (12) sind so angeordnet, daß eine Körnerspitze (6) verbleibt,
b) die Oberflächen der Ausnehmungen (12) bilden mit der Oberfläche der Spitze eine stumpfwinkelige, mit einem Radius versehene Kante, derart, daß eine Schneidwir kung vermieden wird.

2. Universalschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß sie aus austhenitischem Chrom-Nickel-Stahl besteht.

3. Universalschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Gewinde (7, 8) in einem Arbeitsgang gewalzt ist.