DE3601315A1

DE3601315A1 - Befestiger

Info

Publication number: DE3601315A1
Application number: DE19863601315
Authority: DE
Inventors: Larry J. Statesville N.C. Arnold; George Campbellsville Ky. Jesson
Original assignee: Usm Corp Farmington Conn; USM Corp
Current assignee: Emhart Industries Inc
Priority date: 1985-01-17
Filing date: 1986-01-17
Publication date: 1986-08-28
Also published as: FR2576068A1; FR2576068B1; IT8619112A0; IT1188275B; GB8600729D0; HK101390A; JPS61211511A; GB2169826B; GB2201365B; GB8719329D0; GB2201365A; AU585300B2; HK101490A; CA1274410A; GB2169826A; US4836730A; AU5243386A; SG27989G; JPH0689767B2

Description

	CT.	/USA	5"	17. 1. 1	3601315
			Bd/IV/he	986
USM Corp.			E 6757
Farmington,

Beschreibung

Befestiger

Die Erfindung betrifft bohrende und gewindeschneidende Befestiger und insbesondere einen bohrenden und gewindebildenden Befestiger, der nach einem Schmiedeverfahren hergestellt werden kann.

20 25 30

Auf dem Gebiet der Herstellung von Befestigern ist ein Gewindebefestiger bekannt, der ein Führungsloch bohren und dann innerhalb des gleichen Vorgangs ein Gewinde schneiden kann, in das er selbst eingeschraubt wird. Weiterhin ist bekannt, diese Befestiger mit zwei Gesenken herzustellen, welche die Bohrspitze in eine Form schmieden-, die für das Bohren in einem bestimmten Werkstoff oder für eine bestimmte Größe am besten geeignet ist. Ein derartiger Befestiger ist beispielsweise in der US-PS 33 95 6o3 gezeigt.

Während viele dieser bohrenden und gewindeschneidenden Befestiger gewerblich akzeptiert worden sind, hat sich in bestimmten Bereichen Anlaß zu Verbesserungen ergeben, um den jeweiligen Befestiger erstens besser einsetzbar zu machen und zweitens seine Herstellung bei verringerten Gestehungskosten zu erleichtern.

Beispielsweise hat sich herausgestellt, daß zahlreiche der bekannten bohrenden und gewindeschneidenden Befestiger sich nicht für den Einsatz in dickeren Werkstoffen, d.h. solchen einer Stärke von mehr als etwa 8 mm /5/16 in.) ausführen lassen. Während einige der bekannten Befestiger dieser Art die Bohrfunktion auszuführen in der Lage sind/ ist wegen der durch das Bohren erzeugten Wärme und der verlängerten Bohrzeit in vielen Anwendungsfallen die Verwendung von bohrenden und gewindeschneidenden Befestigern nicht sinnvoll.

Hinsichtlich ihrer Fertigung werden viele der bekannten bohrenden und gewindeschneidenden Befestiger mit einer ausseren Führungsendfläche ausgeführt, die in der Querschnittsgestalt eine Anzahl scharfer Ecken oder scharfer Einschnitte aufweist, welche in die Bohrspitze einkonstruiert sind. Derartige scharfe Ecken sind nachteilig, wenn der Befestiger unter Verwendung eines Gesenks geschmiedet wird, um den Führungsabschnitt auszubilden; es entstehen dabei in diesem Gesenk Spannungsbereiche, in denen im Verlauf der Zeit Risse auftreten, so daß das Gesenk verfrüht reißt. Daher zeigen Matrizen bzw. Gesenke, die zur Herstellung von Befestigern der genannten Art mit einer Vielzahl von scharfen Außenflächen eingesetzt werden, eine begrenzte Standzeit.

Es ist daher ein Gegenstand der Erfindung, einen bohrenden und gewindeschneidenden bzw. -bildenden Befestiger zu schaffen, welcher besonders gut für den Einsatz bei größeren Materialdicken, beispielsweise Werkstoffen mit einer Dicke von mehr als ca, 8 mm (5/16 in.) geeignet ist.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein bohrender und gewindebildender Befestiger der eingangs genannten Art, der im Führungsabschnitt keine von scharfen Einschnit-

ten in einem Schmiedegesenk erzeugten scharfen Ecken aufweist, so daß der Befestiger mit einem Gesenk geschmiedet werden kann, das gegebenenfalls - nur wenige scharfe Ausnehmungen in der formgebenden Fläche aufweist.

Die genannten und weitere Aufgaben, die sich aus der Beschreibung ergeben, lassen sich mit einem bohrenden und gewindeschneidenden Befestiger lösen, der einen mit einem Gewinde versehenen Schaft und einen Führungs-Endabschnitt aufweist, wobei der Führungsendabschnitt eine durch die Drehmitte des Befestigers verlaufende Hauptachse sowie eine Nebenachse aufweist, welche die Hauptachse in der Drehmitte des Befestigers rechtwinklig schneidet und kürzer als die Hauptachse ist. Im Führungsendabschnitt ist ein Paar Vertiefungen bzw. Nuten in gegenüberliegenden Quadranten ausgebildet, welche von der Haupt- und Nebenachse gebildet sind; sie erstrecken sich längs und parallel zum Drehmittelpunkt des Befestigers, und ein Paar Erhebungen bzw. Schulterflächen liegt in gegenüberliegenden Quadranten neben den Nuten. Dabei haben über den größeren Teil der Länge des Führungsendabschnitts die Nuten einen im wesentlichen bogenförmigen Querschnitt und auch die Schulterflächen einen -im wesentlichen bogenförmigen Querschnitt. Der bogenförmige Querschnitt einer Nut und der bogenförmige Querschnitt einer Schulterfläche enden an einem Schnittpunkt, um eine führende Schneidkante an einem Endpunkt der Hauptachse zu bilden.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines bohrenden und gewindeschneidenden Befestigers;

Fig. 2 eine Seitenteilansicht ähnlich der Fig. 1

einer alternativen Ausführungsform eines Teils des Befestigers;

Fig. 3 eine Teildarstellung eines Teils des Befestigers nach Fig. 1;

Fig. 4 einen zur klareren Darstellung vergrößerten Teilaufriß eines Teils des Befestigers nach Fig. 1;

Fig. 5 eine Endansicht des Befestigers nach

Fig. 4;

Fig. 6 eine Schnittansicht längs der Linie VI-VI

in Fig. 4;·

Fig. 7 eine Schnittansicht längs der Linie VII-VII

IN Fig. 4;
20

Fig. 8 eine Schnittansicht längs der Linie VIII-VIII

in Fig. 4; und

Fig. 9 perspektivisch ein Paar von Gesenken, die bei der Herstellung des Befestigers nach

Fig. 1 bis 8 eingesetzt werden.

In der Zeichnung und insbesondere in Fig. 1 und 2 ist ein bohrender und gewindeschneidender bzw. ein Gewinde ausbildender Befestiger 10 mit einem Sechskantkopf 11, einem Gewindeschaft 12 und einem Führungsendabschnitt 14 gezeigt.

Der Befestiger nach Fig. 1 weist auch einen gewindefreien Schaftabschnitt 15 auf, der sich vom Gewindeabschnitt 12

zum Führungsendabschnitt 14 erstreckt. 35

Der in Fig. 2 gezeigte Befestiger TOA ist mit dem in Fig.1

gezeigten identisch, ist jedoch ohne den in Fig. 1 gezeigten gewindefreien Schaftabschnitt 15 ausgeführt. Abhängig vom jeweiligen Einsatzzweck kann der gewindefreie Schaftabschnitt 15 beliebig lang sein oder entfallen, in welchem Fall der Führungsendabschnitt 14 sich unmittelbar in den Gewindeabschnitt erstreckt, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.

Der Gewindeabschnitt 12 kann im Querschnitt gelappt ausgeführt (nicht gezeigt) oder mit anderen bekannten (nicht gezeigten) gewindebildenden Elementen ausgeführt sein, um in eine vom Führungsendabschnitt 14 des Befestigers nach Fig. 1 oder Fig. 2 gebohrte Öffnung ein Gewinde einzuschneiden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen den Führungsendabschnitt 14 mit zwei bogenförmigen Vertiefungen bzw. Nuten 16, 18, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge des •Führungsendabschnitts erstrecken, wobei angrenzend an den Nuten ein Paar bogenförmiger Erhebungen bzw. Außenflächen 20, vorgesehen ist.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, verlaufen eine Hauptachse X und eine Nebenachse Y des Befestigers rechtwinklig zueinander und durch den Drehmittelpunkt des Befestigers; sie definieren die minimale Abmessung (auf der Y-Achse) und die maximale Abmessung (auf der X-Achse) des Befestigers. Aus Fig. 5 ergibt sich weiter, daß der Schnittpunkt der bogenförmigen Außenfläche 20 oder 22 mit einer zugehörigen Nut 16 oder 18 auf der Hauptachse X-X liegt und eine Führungsschneidkante 24 bzw. 26 bildet, die in einer Ebene mit dem Drehmittelpunkt des Befestigers liegt. Diese Führungsschneidkante 24 bzw. 26 erstreckt sich über den grösseren Teil des Führungsendabschnitts 14 und ist in Fig.7 und 8 gezeigt, welche Schnittansichten durch den Führungsendabschnitt des Befestigers sind. Wie zu sehen ist, ist der Führungsendabschnitt 14 so ausgebildet, daß ge-

genüberliegende Quadranten des Befestigers die Außenflächen 20, 22 und die Nuten 16, 18 enthalten, die abmessungsmäßig in jedem rechtwinkligen Schnitt des Befestigers 10 bzw. 1OA die gleichen sind; jede Beschreibung der Erfindung anhand der Nut 16 und der Fläche 20 gilt daher auch für die Nut 18 und die Fläche 22.

In den Fig. 7 und 8 sind die Fläche 20 und die Nut 16 als mit einem Radius RL bzw. RF ausgeführt dargestellt, die Flächen begrenzen, welche an einer Fläche 28 mit einem Radius RS sich treffen, der kleiner als der Radius der Fläche 20 oder der der Nut 16 ist. Die gesamte Oberfläche des Fuhrungsendabschnitts 14 weist somit über im wesentlichen die gesamte Länge des Fuhrungsendabschnitts keine scharfen Ecken außer den Schneidkanten 24, 26 auf. Eine Bohrspitze 30 ist am distalen Ende des Fuhrungsendabschnitts 14 und an den Maximalabmessungen entlang der X-X-Ebene der Schneidkanten 24, 26 gebildet. Die Schneidkanten 24, 26 erstrecken sich von der Schneidspitze 30 zum Kopf 11 des Befestigers einwärts zum Drehmittelpunkt des Befestigers unter einem Winkel Θ, der im allgemeinen abhängig vom Anwendungszweck in der Größenordnung von einem Grad (1°) liegt.

in der Fig. 3 ist zu ersehen, daß die Abmessung des Fuhrungsendabschnitts 14 entlang der Nebenachse mit einem Neigungs- bzw. Verjüngungswinkel 0 ausgeführt ist, der in der Größenordnung von vier Grad (4°) liegt und in der den Schneidkanten des Führungsabschnitts entgegengesetzten Richtung zum Drehmittelpunkt des Befestigers vom Gewindeschaft zur Bohrspitze 30 hin verläuft.

In Fig. 3, 4 und 5 ist die Bohrspitze 30 ausführlich dargestellt. Die Bohrspitze 30 umfaßt ein Paar im wesentliehen flacher ebener Flächen 32, 34, die sich vom breitesten Teil des Fuhrungsendabschnitts 14 zu einem Punkt

am Schnitt der X- mit der Y-Achse des Befestigers in einem Winkel / zur X-Achse erstrecken, wie dies am besten in Fig. 5 gezeigt ist. Die beiden ebenen Flächen 32, 34 enden an radialen Schneidkanten 36, 38 und sind durch eine geradlinige Schneidkante 40 verbunden, welche die Rotationsachse des Befestigers schneidet.

Im Betrieb beginnt die Bohrspitze 30 den Bohrvorgang, wenn die Schneidkante 40 der Spitze in den Werkstoff eingedreht wird, und die radialen Schneidkanten 36, 38 üben ihre Bohrfunktion im Metall im wesentlichen so aus wie ein üblicher Bohrer. Der Übergang zwischen diesen Vorgängen erfolgt jedoch an den flachen ebenen Flächen 32, 34, welche mit einem Übergangsabschnitt in die Nuten 16, 18 ausgeführt sind, wo die Späne aufwärts und. aus der von der Bohrspitze 30 gebohrten Öffnung geführt werden. Sodann wird das dicke Werkstück von den Schneidkanten 24, 26 des Führungsendabschnitts erfaßt, welche das Material aus dem gebohrten Teil stetig räumen und die Späne aufwärts und aus dem gebohrten Loch richten.

Diese Kombination von Flächen dient somit zur Ausbildung eines Befestigers mit einem Führungsendabschnitt 14, der einen wirkungsvollen und wirksamen Bohrer für dickere Werkstoffe darstellt, aber auch über einen weiten Bereich von Werkstoffdicken einsetzbar ist.

Weiterhin hat es sich herausgestellt, daß die beschriebene Ausgestaltung zusätzlich zu ihrer Einsatzfähigkeit bei dickeren Werkstoffstärken auch äußerst wirksam für das Bohren von Zement- und Asche- bzw. Schlacke-Preßblöcken ("cinder blocks") ist.

Bezüglich der Herstellung des Befestigers durch Schmieden liegt, wie die Schnitte nach Fig. 6, 7 und 8 zeigen, bei sich entlang den Schneidkanten 24, 26 trennenden Schmiede-

gesenken die Trennungslinie der Gesenke entlang der Achse X-X des Befestigers 10; so läßt sich der gesamte Gesenkhohlraum ohne scharfe Einschnitte in den Innenflächen ausbilden, so daß dort keine Spannungsbereiche mehr auftreten. Dies stellt ein äußerst wichtiges Merkmal bei der Fertigung von bohrenden und gewindeschneidenden Befestigern durch Schmieden dar, da bei der Massenproduktion der Befestiger die Standzeit der Gesenke eine sehr

wichtige wirtschaftliche Einflußgröße darstellt. 10

Ein Gesenk 48, das eine Hälfte des zur Herstellung des Befestigers 10 oder 10A eingesetzten Werkzeugsatzes darstellt, ist in Fig. 9 gezeigt, wo ein Hohlraum 50 im Gesenk ausgebildet ist, um einen Rohling aus Rundmaterial zu der gewünschten Gestalt zu formen, wenn dieser zwischen den Gesenken des Paares gepreßt wird.

Der Hohlraum 50 weist eine sich auswärts erstreckende bogenförmige Fläche 116 zur Ausbildung der Nut 16, eine einwärts vorstehende bogenförmige Fläche 120 zur Ausbildung der Fläche 20 und eine mit kleinerem Radius gekrümmte Fläche 128 auf. Mit einem Paar zueinander passender Gesenkteile in Form des Gesenks 48 werden die Schneidkanten 24, 26, 36, 38 und 40 insgesamt an der Trennungslinie 124 der Gesenke ausgebildet. Es treten also im Hohlraum 50 keinerlei scharfe Winkel oder Ausnehmungen auf, so daß im Gesenk 48 und dem zugehörigen Gesenkteil (nicht gezeigt) Spannungspunkte wesentlich reduziert werden.

Durch Ausbilden eines bohrenden und gewindebildenden Befestigers nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag lassen sich die oben genannten Aufgaben lösen; es wird ein Befestiger geschaffen, der sich in weit dickeren Materialien verwenden läßt als dies mit den bekannten Befestigern möglich ist. Der Nutzen des Befestigers wird weiter dadurch erhöht, daß dieser in der Herstellung infolge der verlängerten Standzeit der Gesenke wirtschaftlicher ist.

Claims

PATENT- UND-ReCHTSANWÄkTE -

BARDEHLE · PAGENBERG _: DOST; ALTENBURG · FROH WITTER

& PARTNEFl ".-■*..

RECHTSANWÄLTE

JOCHEN PAGENBERG dr jur.ll μ harvard· BERNHARD FROHWITTER dipl-ing.·· JÜRGEN KROHER dr jur.ll.μ queensuniv

PATENT- UND RECHTSANWÄLTE. POSTFACH 8606 20. BODO MÜNCHEN

PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS HEINZ BARDEHLE dipl-ing WOLFGANG A. DOST dr..dipl.-chem. UDO W. ALTENBURG dipl-phys BERNHARD H. GEISSLER dipl-phys dr jur

MCUGWU). AUCH RECHTSANWALT* UND US ATTORNEY AT LAW"·

POSTFACH 860620 8000 MÜNCHEN TELEFON (089)980361 TELEX 522 791 padd TELEFAX (089)989763

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BÜRO GALtLEIPLATZ 1, 8000 MÜNCHEN

datum 17. 1. 1986 Bd/IV/he

E 6757

USM Corp., 426 Colt Highway, Farmington, CT

Befestiger

Patentansprüche

1 . Bohrender und gewindeformender Befestiger, gekennzeichnet durch einen mit einem Gewinde versehenen Schaft und einen Führungsendabschnitt, der

eine durch die Rotationsmitte des Befestigers verlaufende Hauptachse und eine Nebenachse aufweist, welche die Hauptachse rechtwinklig in der Rotationsmitte des Befestigers schneidet und kürzer als die Hauptachse ist, durch ein Paar im Führungsendabschnitt in gegenüberliegenden Quadranten ausgebildeter Nuten bzw. Ausnehmungen, die in sich längs und parallel zu der Rotationsmitte des Bestigers erstre cken, durch ein Paar in gegenüberliegenden

Quadranten neben den Ausnehmungen liegender Außenflächen mit im wesentlichen bogenförmigem Querschnitt, die sich über den größeren Teil des Fuhrungsendabschnitts erstrecken, wobei der bogenförmige Querschnitt jeweils einer Ausnehmung bzw. Nut und der bogenförmige Querschnitt jeweils einer Außenfläche an einem Schnittpunkt an der Hauptachse zwecks Ausbildung einer führenden Schneidkante enden.
2. Befestiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten jeweils in einer Ebene liegen, welche die Rotationsasche des Befestigers enthält.
3. Befestiger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, ¹^ daß die Schneidkante einwärts zur Rotationsachse in der genannten Ebene in Richtung des Gewindeschaftabschnitts schräg verläuft.

^
4. Befestiger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

ζ 20 daß der Führungsendabschnitt an einer Bohrspitze endet, welche von einem Paar radialer Schneidkanten gebildet ist, die sich je von der führenden Schneidkante zu einem Punkt am Ende der Spitze erstrecken und miteinander durch eine quer über die Ebene verlaufende Schneidkante verbunden sind.
5. Befestiger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrspitze ein Paar ebener Flächen aufweist, die sich jeweils im wesentlichen vom Schnitt einer führenden

^O Schneidkante mit einer radialen Spitzen-Schneidkante in gegenüberliegenden Quadranten des Befestigers zur querliegenden Schneidkante erstrecken.
6. Befestiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Querschnitt der hervorstehenden Teile bzw. der Außenflächen und der radiale Querschnitt der

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Rinnen bzw. Nuten durch einen Bogenabschnitt mit wesentlich geringerem Radius als der Radius der Außenflächen oder der Nuten über den größeren Bereich des Führungsendabschnitts verbunden sind.
7. Befestiger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nuten in wenigstens einen Gewindegang des Gewindeabschnitts erstrecken.
8. Befestiger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten jeweils in einer Ebene liegen, welche die Rotationsachse des Befestigers enthält.
9. Befestiger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsendabschnitt an einer Bohrspitze endet und die Bohrspitze von einem Paar radialer Spitzenschneidkanten gebildet ist, die sich je von einer Führungsschneidkante zu einem Punkt am Ende der Spitze erstrecken und miteinander über eine querverlaufende Schneidkante verbunden sind, welche die Ebene kreuzt.
10. Befestiger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrspitze ein Paar ebener Flächen aufweist, welche sich je im wesentlichen vom Schnitt einer Führungsschneidkante mit einer radialen Spitzenschneidkante in gegenüberliegenden Quadranten des Befestigers zu der querliegenden Schneidkante erstrecken.
11. Befestiger nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkante zur Rotationsachse in Richtung des Gewindeschaftabschnitts in der Ebene einwärts schräg geführt ist.
12. Befestiger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nuten bzw. Rinnen in mindestens einen Gewindegang des Gewindeschaftabschnitts erstrecken.

-A-
13. Schmiedegesenk zur Ausbildung eines bohrenden Befestigers, gekennzeichnet durch einen Hohlraum, welcher eine erste bogenförmige Fläche, die sich radial auswärts in den Hohlraum erstreckt und an dem Hohlraumrand endet, und eine zweite bogenförmige Fläche aufweist, die sich radial einwärts bis zum gegenüberliegenden Rand des Hohlraums erstreckt, wobei sich jede Fläche über im wesentlichen die gesamte Länge des Hohlraums erstreckt.
14. Schmiedegesenk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite bogenförmige Fläche durch eine dritte bogenförmige Fläche miteinander verbunden sind, welche einen kleineren Radius als die erste und die zweite Fläche hat, so daß der Hohlraum im wesentliehen frei von scharfen Einschnitten an den Oberflächen ist.