DE3706144A1 - Senkschraube - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Senkschraube mit Schaft und Senkkopf, welcher Werkzeugangriffmittel und eine Kegelmantelfläche aufweist, in welcher Schneid-, Fräs- und/oder Schleifmittel zur Schaffung des kegelstumpf­ förmigen Teils einer Senkbohrung ausgebildet sind.

In großem Umfange werden Senkschrauben verwendet, deren Kopf zumindest zu seinem größten Teil von dem kegelstumpf­ förmigen Teil einer Senkbohrung aufgenommen wird. Solche Senkbohrungen werden in der Regel noch mit speziellen Senk­ werkzeugen in das Werkstück eingesenkt, bevor die Schraube eingesetzt wird.

Aus praktischen Benutzungen und der DE 33 44 048 A 1 ist eine Schraube mit Senkschneiden bekannt geworden, bei der der kegelstumpfförmige Teil der Senkschraube mit Schneiden versehen ist. Diese Schrift behandelt die Ausgestaltung der Schneiden für einen geeigneten Spantransport. Das ist nicht Gegenstand der Erfindung.

Solche Senkschneiden werden bisher so ausgebildet, daß sie sich über den gesamten Bereich des Kegelmantels des Kopfes erstrecken und somit in allen in Betracht kommenden Be­ reichen schneiden.

Solche Senkschrauben haben den Nachteil, daß sie nicht für Beschläge verwendet werden können, die bereits Senklöcher haben, weil diese zumeist nur noch wenig Material enthalten, welches nicht abgearbeitet werden darf. Folglich muß der Benutzer, sei es bei industrieller oder handwerk­ licher Verwendung, von der jeweiligen Größe verschiedene Schrauben bevorraten und einsetzen, und zwar solche für das selbsttätige Einsenken und solche, die nur bei Beschlägen verwendet werden können. Außerdem besteht die Gefahr, daß durch die über den ganzen Kegelmantel vorgesehenen Schneiden das Senkloch zu tief ausgeführt wird, wenn das Eindrehmoment nicht rechtzeitig genug abgeschaltet wird, weil keine Änderung des Eindrehwiderstandes auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Senkschraube mit geeigneten Schneid-, Fräs- und/oder Schleifmitteln zur Schaffung des kegelstumpfförmigen Teils einer Senkbohrung derart auszubilden, daß sie auch in schon mit Senkbohrungen versehenen Beschlägen oder sonstigen metallischen Teilen ohne Verletzung der Oberfläche eingesetzt werden kann und dabei ausreichende Abstützflächen aufweist und die im übrigen auch für das Ausbilden von Senkbohrungen in Holz, Holzspanplatten, Holz-Verbundwerkstoffen, Kunststoffen und dgl. geeignet ist.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß Kegelmantelringflächen und/oder Kegelmantellinienbereiche als Stützflächen glattflächig ausgebildet sind und die in den Schneid­ bereichen angeordneten Schneidkanten, Fräs- und/oder Schleifspitzen höchstens bis zur durch die glatten Flächenabschnitte der Stützbereiche bestimmten Kegelmantelfläche reichen.

Erfindungsgemäß wird also die Kegelstumpffläche des Senk­ schraubenkopfes in unterschiedlich ausgestaltete Bereiche aufgeteilt, und zwar solche, die glattflächig sind und der Abstützung dienen und andere Bereiche, die mit geeigneten Schneidkanten, Frässpitzen, Schleifspitzen oder dgl. ausge­ stattet sind, und die beim Eindrehen in geeignete Werk­ stoffe dazu dienen, die Senkung herzustellen. Dadurch, daß deren äußerste Kanten oder Spitzen höchstens bis zur durch die glatten Flächenabschnitte bestimmten Kegelmantelfläche reichen, dringen sie auch in harte Werkstoffe, wie Metalle von Beschlägen, nicht ein und verletzen deren Oberfläche nicht, weil die Schraube und die aufgebrachte Eindrehkraft bzw. Spannkraft von den glatten Abschniten auf das Metall übertragen bzw. darauf abgestützt wird. Beim Eindrehen in die zumeist zunächst scharfkantige Ecke einer Bohrung, die im oberen Bereich einen kegelstumpfförmigen Senkteil er­ halten soll, reicht jedoch die Elastizität des Materials, wie Holz, Holzspanplatte, Verbundwerkstoff mit Kunststoffen oder nur Kunststoff aus, um sich so weit zusammenzu­ drücken, daß zwischen den Stützflächen das Material zurück­ federt und von den Schneidkanten, Frässpitzen und/oder Schleifspitzen abgearbeitet werden kann. Insbesondere bei Ausgestaltungen, die Kegelmantelringflächen als Stütz­ flächen nur im obersten Bereich haben, ist die Senkschneid­ wirkung zunächst die gleiche, wie bei Schrauben mit nur Senkschneiden, bis das Senkloch so weit ausgebildet ist, daß die Kegelmantelringfläche zur Auflage kommt. Dann findet nur noch eine geringe Verdrückung der Ränder statt, die das Material jedoch problemlos und ohne Einreissen mitmacht, wenn die Kegelmantelringfläche als geeignet dimensionierte Stützfläche gestaltet ist. Das richtet sich nach der Größe der Schraube und dem zu bearbeitenden Material. In der Regel wird es jedoch zweckmäßig sein, auch Kegelmantellinienbe­ reiche glattflächig auszubilden. Dabei wird man in der Regel mindestens drei glattflächige Bereiche unter gleichen Winkeln vorsehen und dazwischen die Schneiden oder Spitzen in der für den jeweiligen Zweck geeigneten Ausgestaltung anbringen. Weitere Ausgestaltungen, Vorteile, Merkmale und Gesichtspunkte sind auch in dem nachfolgenden, anhand der Zeichnungen abgefaßten Beschreibungsteil enthalten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Die Schrägansicht auf einen Senkschraubenkopf mit Schlitz und Stütz- und Schneidbereichen;

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung eines Senkschraubenkopfes mit anderen Werkzeugangriffs­ mitteln;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch einen Senkschrauben­ kopf;

Fig. 4 einen Horizontalschnitt durch die Schraube nach Fig. 3 mit Ansicht der Stütz-und Schneidbereiche;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Bohrung vor dem Einschrauben;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Bohrung nach dem Einbringen einer Senkschneidschraube, die wiederum herausgedreht wurde;

Fig. 7 eine vergrößerte Schrägansicht von unten auf einen Senkschneidkopf;

Fig. 8 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung eines Horizontalschitts durch die Schraube nach Fig. 7 mit Ansicht der Stütz- und Schneidbereiche;

Fig. 9 einen Teilvertikalschnitt durch Schraube und zu­ gehörige Bohrung im Zustand vor dem ersten An­ greifen der Schneiden;

Fig. 10 einen Horizontalschnitt längs der Linie 10-10 durch den Schraubenkopf in Fig. 9;

Fig. 11 eine Abwicklung von Stütz- und Schneidbereichen und Werkstoff im Zustand des Abstützens ohne ausreichenden Druck und ohne Angriff der Bearbeitungsschneiden oder -spitzen;

Fig. 12 eine der Fig. 9 entsprechende Darstellung, wobei der Senkschneidkopf etwa zur Hälfte eingedreht ist und sich im Zustand des Einarbeitens der Senkschräge in der Bohrungsecke befindet;

Fig. 13 ein Horizontalschnitt längs der Linie 13-13 in Fig. 12, welcher den Eingriff der Schneiden in die zurückfedernden Werkstoffteile darstellt;

Fig. 14 eine schematische Abwicklung, etwa wie Fig. 11, den Zustand der Fig. 12 und 13 im schneidenden Eingriff veranschaulichend;

Fig. 15 eine den Fig. 9 und 12 entsprechende Darstellung bei voll eingeschraubter Schraube, deren Stützbe­ reiche sich in dem oberen Randbereich abgestützt haben;

Fig. 16 einen Horizontalschnitt längs der Linie 16-16 in Fig. 15 am Ende der Eindrehbewegung;

Fig. 17 eine den Fig. 11 und 14 entsprechende Abwicklung in dem in den Fig. 15 und 16 dargestellten Zustand.

Die Senkschneidschraube 20 hat einen Senkkopf 21 mit einer in den Fig. 1 und 2 zur Achse 22 normal verlaufenden ebenen Deckfläche 23. In diese sind die Werkzeugangriffsmittel 24 eingelassen. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 handelt es sich um einen Schraubenzieherschlitz 24.1, beim Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 2 um einen Kreuzschlitz 24.2. Der Kopf kann auch ein Linsenkopf oder ein Zylinderkopf oder ein Mehreckkopf oder dgl. sein.

An den Schaft 26 der Schraube 20 schließt sich der Kegel­ stumpfteil 25 des Senkkopfes 21 an. Dieser ist beispiels­ weise als Teil eines Kegels mit einem Öffnungswinkel von 90°, also einem rechten Winkel gestaltet, so daß er mit der Oberfläche 23 einen Winkel 27 von 45° einschließt. Der Schaft 26 ist auf dem unteren Teil oder seiner ganzen Länge mit Gewinde versehen. Es kann ein Maschinengewinde, ein übliches Holzschraubengewinde oder ein Sondergewinde sein.

In dem in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbei­ spielen ist vorgesehen, daß die Schraube 20 in eine Bohrung 28 im Grundwerkstoff 29 eingesetzt wird. Dabei ist die Bohrung 28 vorgebohrt. Im Bereich der Ecke 31 zwischen der Oberfläche 32 und der Wand 28.2 der Bohrung soll - wie Fig. 6 veranschaulicht - durch den Senkkopf 21 der Schraube 20 selbsttätig der kegelstumpfförmige Teil 30 der Senk­ bohrung 28.3 geschaffen werden. Andererseits soll sich die Senkschraube 20 mit Teilbereichen glattflächiger Ausbildung auf dem Grundwerkstoff 29 des Bauteils abstützen.

Dazu ist der Kegelstumpfteil 25 in drei unterschiedliche Bereiche aufgeteilt. Der Stützbereich 38 hat einen auf dem größten Durchmesser, nahe der Deckfläche 23 verlaufenden, als Kegelmantelringfläche 36 ausgebildeten ersten Ring- Stützbereich 38.1, der glattflächig ringsum läuft, und durch seine Neigung mit den Öffnungswinkel 90° die Kegelmantelfläche 40 bestimmt. Als weitere Stützbereiche sind über den Kegelumfang unter drei gleichen Winkeln von 120° verteilte Kegelmantellinienbereiche 37 von einer gewissen Winkelausdehnung 39 ausgebildet. Diese Kegelmantellinien-Stützbereiche 38.2, 38.3, 38.4 verlaufen unmittelbar vom Schaft 26 bis zur äußersten Ecke 33 des Kegelstumpfteiles 25 des Schraubenkopfes 21 und gehen somit in die Kegelmantelringfläche 36 glattflächig über. In den drei übrigen, mit den Schneidspitzen 42 schematisch dargestellten Schneidbereichen 41 sind Verzahnungen nach Art von Feilen oder sonstigen Arbeitswerkzeugen für die Bearbeitung von Holz, Holzspanplatten, Kunststoffen oder dgl. vorgesehen. Diese Schneidbereiche 41 nehmen jeweils eine Winkelausdehnung 43 in Anspruch und liegen somit zwischen den Kegelmantellinienbereichen 37 und der Kegelmantelringfläche 36 sowie dem Schaft 26 und dienen der Bildung des kegelstumpfförmigen Teils 30 der Senk­ bohrung 28.3. Die Fig. 3 veranschaulicht wie der glattflächige Stützbereich 38 mit geradliniger Metallinie und der Schneidbereich 41 mit Schneidspitzen 42 versehen sind, jedoch der äußerste Rand als Kegelmantelringfläche 36 ringsum zum Abstützen auch glattflächig gestaltet ist.

Während die Fig. 1 bis 4 in den Schneidbereichen 41 einzelne feilenartige Schneidspitzen 42 vorsahen, sind bei dem Senkschneidkopf 44 nach den Fig. 7 und 8 in den Schneidbereichen 41 mehrere radial längs Kegelmantellinien verlaufende Schneidkanten 45 mit entsprechenden Span­ räumen 46 gebildet. Die Kegelmantellinienbereiche 37 sind gleichartig als Stützbereiche 38 ausgebildet und gehen in eine etwas schmalere Kegelmantelringfläche 36 über. Die Arbeitsweise ist die gleiche.

Die Fig. 9 bis 17 veranschaulichen die Arbeitsweise mit der neuen Schraube in verschiedenen Phasen. Eine Senkschneid­ schraube 50 ist mit ihrem selbstbohrenden Holzgewinde- Schaft 52 in den Grundwerkstoff 29, beispielsweise Holz, eine Spanplatte oder dgl., zunächst in üblicher Weise so weit eingedreht, daß der gesamte Schaft 52 bis zur Oberfläche 32 eingedreht ist, wie es Fig. 9 veran­ schaulicht. In diesem Zustand greifen die in den Fig. 10, 13 und 16 näher veranschaulichten Schneidkanten 45 noch nicht in den Werkstoff ein. Hier sind der Übersichtlichkeit halber jeweils zwei Schneidkanten 45 in jedem Schneid­ bereich 41 dargestellt, zwischen denen Spanräume 46 gebildet sind. Gleichartige Spanräume 46 liegen auch zwischen den Schneidkanten 45 und den als Stützbereiche 38 dienenden Kegelmantellinienbereichen 37. Während die Stütz­ bereiche 38 auf dem jeweiligen Durchmesser d 1 liegen, liegen die Spanräume 46 innerhalb der durch die glatten Stützflächen bestimmten Kegelmantelfläche 40. Ihr Grund 49 wird begrenzt von dem Durchmesser d 2. Die Schneidkanten 45 reichen nur bis zur Kegelmantelfläche 40 bzw. ihrem jeweiligen, in Fig. 10 dargestellten Begrenzungskreis 47 mit dem Durchmesser d 1.

Wenn nun die Schraube gedreht wird und nur in Richtung des Pfeiles 54 eine Drehkraft, jedoch keine Axialkraft aufgebracht wird, so ergibt sich ein theoretischer Drehzustand, wie er in Fig. 11 nur zur Veranschaulichung der Wirkungsweise und Gegenüberstellung der verschiedenen Phasen in linearer Form oder Abwicklung dargestellt ist.

Der Grundwerkstoff 29 ist hier mit glatter Fläche 55 darge­ stellt. Auf dieser stützen sich die glattflächigen Stütz­ bereiche 38 ab. Da die Schneidkanten 45 nicht tiefer liegen als die Stützbereiche 38 greifen sie den Grundwerkstoff 29 nicht an. Die Spanräume 46 bleiben frei und es findet kein Abarbeiten statt.

Solch ein Zustand tritt beispielsweise ein, wenn eine er­ findungsgemäße Senkschneideschraube beim Befestigen eines metallenen Beschlages in dessen Senkloch gedreht wird.

Wird nun die Senkschneidschraube 50 gemäß Fig. 12 der realen Benutzung entsprechend mit einer axialen Druckkraft gemäß Pfeil 56 und gleichzeitig mit einer Drehkraft gemäß Pfeil 54, die der Vorschubskraft des Pfeiles 54.1 in den Darstellungen der Fig. 11, 14 und 17 entspricht, eingedreht, so stützen sich zwar die Stützbereiche 38 auf dem Grundmaterial 29 weiterhin ab. In Folge der durch das Einziehen in das Gewinde unterstützten Druckeindrehkraft, welche zusammen mit dem Pfeil 56 dargestellt sind, werden jedoch die Stützbereiche 38 und die Schneidbereiche 41 aufgrund der Elastizität tiefer eingedrückt und es quetschen sich die Kantenbereiche 31 der Bohrung 28 zur Bildung der Senkung zwischen die Stützbereiche 38 und die Schneidkanten 45, so daß diese nun wirksam werden können und, wie in Fig. 12 und 13 dargestellt, die Späne 57 abtrennen und damit das Senkloch schaffen, und zwar so lange, bis die Schraube mit ihrem Senkkopf so weit eingedreht ist, daß die Kegelmantelringfläche 36 zur Auflage auf dem Grundwerkstoff 29 kommt. In dieser letzten Phase wird noch geringfügig Material im Lochrandbereich verdrückt, wie es beim Einschrauben von Holzschrauben in entsprechende Werkstoffe stets üblich ist. Nun steigt jedoch das Eindrehmoment weiter an, so daß der Endzustand fühlbar und ggf. meßbar wird und die Vortriebs- und Drehkraft abgeschaltet werden kann. Es ist nun ein Zustand erreicht, wie er in den Fig. 15 bis 17 veranschaulicht ist. Dabei füllt der elastische Grundwerkstoff 29 mit seinen Rückfederbereichen 58 die Spanräume 46 zwischen den Schneidkanten 45 und den Stützbereichen 38 zusammen mit restlichen Spänen derart aus, daß die gesamte Senkschneidschraube 50 satt und fest eingedreht ist. Das trägt auch zum sicheren Halt bei. Der Zustand ist in linearer Vergleichsdarstellung oder als Abwicklung in Fig. 17 nochmals näher veranschaulicht.

Die Größe der Stützbereiche 38 und die Größe der Schneid­ bereiche 41 sowie die Ausbildung von Schneidkanten 45 oder Schneidspitzen 42 wird nach der jeweiligen Schraubengröße, Schraubenart und ihrem Hauptanwendungszweck festgelegt, wobei die aus der Werkstoffbearbeitungstechnik bekannten Schneidenformen, Schneidwinkel, Freiwinkel, Spanräume und dgl. unter empirischer Überprüfung mit berücksichtigt werden. Andererseits sind die Schneiden jedoch so zu gestalten, daß es bei der spanlosen Verformung des Grundwerkstoffs der Schraube ohne weiteres möglich ist, für den einmaligen Schneidvorgang hinreichend scharfe Spitzen oder Schneidkanten ohne Beeinträchtigung einer schnellen und rationellen Herstellbarkeit zu bilden. Diese können im Gegensatz zur wiederholten Verwendung bei Feilen, Fräsern oder dgl. mit anderer Dimensionierung bezüglich Abnutzung, Härte, Spitzenwinkel und dgl. gestaltet werden.

Da die Spanräume 46 bis kurz vor Beendigung des Eindreh­ vorganges nach oben zu frei sind, kann auch durch ent­ sprechende Gestaltung für einen brauchbaren Spanabtransport gesorgt werden. So können die Schneidkanten 45 und ihre Zwischenräume gerade, gebogen, gleichmäßig vertieft oder ungleichmäßig vertieft über die ganze Mantellinie durchgehend oder unterbrochen nach Art von Feilenhieben oder sonstigen Schleif- und Bearbeitungswerkzeugen gestaltet sein.

Die Verteilung von Stütz- und Schneidflächen über den gesamten Kegelmantel wird ebenfalls nach den in Frage kommenden Werkstoffen und Bedürfnissen gewählt, wobei jedoch die Stützflächen in der Regel nicht mehr als die Hälfte der Gesamtfläche einnehmen sollten, zumeist jedoch nur einen kleineren Teil davon einnehmen werden.

Die Erfindung bietet unter anderem folgende Vorzüge:

• - Zeit- und Kostenersparnis, weil Vorarbeit des Ansenkens entfällt;
• - Vermeidung von aufsplitternden Kanten;
• - Sauberkeit des Randbereichs der Senklochbohrung;
• - Vermeidung von Verletzungen bei Senklochbohrungen in Be­ schlägen;
• - Für Holz, Spanplatten, Kunststoffe und ähnliche Werk­ stoffe und für vorhandene Senklöcher in härteren Werkstoffen ist die Senkschneidschraube gleich gut geeignet.
• - universelle Anwendbarkeit;
• - Jede Arbeits- oder Schneidfläche und auch die Stützflächen unter dem Kopf gewährleisten gleichmäßig rundumlaufende Verdichtungen an den verbleibenden, nicht abgetragenen Kopfauflageflächen;
• - Verfestigung der Werkstoffpartikel im Senkbereich;
• - Das Lösemoment der Schraube wird durch kraftschlüssigen Sitz zwischen Kopf und zurückfederndem Werkstoff erhöht;
• - Möglichkeit verschiedene Schneideformen nach den jeweiligen Bedürfnissen einzusetzen, dadurch Spangestaltung mit Pulverisierung möglich;
• - Günstige Herstellbarkeit ohne Beeinträchtigung der Kopf­ gestaltungs- und Werkzeugangriffsmöglichkeiten;
• - Verlagerung der plastischen Zonen beim Fließpressen er­ möglicht eine Verbesserung des Umformungsgrades beim Kalt-Fließ-Pressen. Die Kenngröße Kraft - Weg - Verlauf verbessert sich;
• - vereinfachte Lagerhaltung.

Die Senkschraube ist als Senkschneidschraube (20) aus­ gebildet und hat einen, mit Gewinde als Holzgewinde, Maschinengewinde oder Spezialgewinde, ggf. auch bis zum Kopf durchgehend versehenen Schaft (26) und einen Senk­ kopf (21), in dessen Deckfläche (23) die Werkzeugangriffs­ mittel, wie beispielsweise ein Schraubenzieherschlitz (24.1) eingelassen sind. Der zwischen Deckfläche (23) und Schaft liegende Kegelstumpfteil ist in Schneidbereiche (41) und Stützbereiche (38) aufgeteilt, wobei die Spitzen oder Schneiden im Schneidbereich höchstens bis zur durch die Stützbereiche bestimmten Kegelmantelfläche reichen, so daß sie in harte Werkstoffe nicht eindringen, in weicheren Werkstoffen jedoch die nötige Senkung in der Bohrung selbsttätig schneiden. Die Stutzbereich können als Ring­ stutzbereiche, vor allem im Bereich des obersten Endes und/oder als Kegelmantellinienbereiche (37) ausgebildet sein. Letztere liegen zwischen den Schneidbereichen (41).

• Bezugszeichenliste: 20Senkschneidschraube21Senkkopf22Achse23Deckfläche24Werkzeugangriffsmittel24.1Schraubenzieherschlitz24.2Kreuzschlitz25Kegelstumpfteil26Schaft27Winkel28Bohrung28.1-28.2Wand28.3Senkbohrung29Grundwerkstoff30kegelstumpfförmiger Teil31Ecke/Kantenbereich32Oberfläche33Ecke36Kegelmantelringfläche37Kegelmantellinienbereich38Stützbereich38.1Ring-Stützbereich38.2Kegelmantellinien-Stützbereich38.3Kegelmantellinien-Stützbereich38.4Kegelmantellinien-Stützbereich39Winkelausdehnung40Kegelmantelfläche41Schneidbereich42Schneidspitze43Winkelausdehnung44Senkschneidkopf45Schneidkante46Spanraum47Begrenzungskreis49Grund von 46 50Senkschneidschraube52Holzgewinde-Schaft54Pfeil - Dreh-Kraft54.1Pfeil - Dreh-Kraft55Fläche56Pfeil - Dreh-Kraft57Span58Rückfederbereichd 1Durchmesserd 2Durchmesser

Claims (1)

1. Senkschraube (20, 50) mit Schaft (26, 52) und Senkkopf (21, 44), welcher Werkzeugangriffmittel (24) und eine Kegelmantelfläche (40) aufweist, in welcher Schneid-, Fräs- und/oder Schleifmittel (41, 42, 45, 46) zur Schaffung des kegelstumpfförmigen Teils (30) einer Senkbohrung (28.3) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß Kegelmantelringflächen (36) und/oder Kegelmantel­ linienbereiche (37) als Stützflächen (38) glattflächig ausgebildet sind und die in den Schneidbereichen (41) angeordneten Schneidkanten (45), Fräs- und/oder Schleifspitzen (42) höchstens bis zur durch die glatten Flächenabschnitte (36, 37) der Stützbereiche (38) bestimmten Kegelmantelfläche (40) reichen.