DE3828446A1 - Verfahren zur herstellung von gewindeschneidschrauben mit bohrspitze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit einer Bohrspitze und mit einem daran anschließenden Gewinde versehenen Gewindeschneidschrauben, insbesondere aus Edel­ stahl, bei welchem die Bohrspitze am Schaft durch Drückfor­ men zwischen zwei etwa quer zur Schaftachse zustellbaren Drückbacken eines Werkzeugs gebildet wird.

Gewindeschneidschrauben mit einer Bohrspitze sind - als sogenannte Bohrschrauben - bereits in vielen verschiedenen Ausführungsformen bekannt. So gehört es bspw. durch die DE-PS 25 49 147 bereits zum Stand der Technik, den Bohran­ satz und den Gewindeschaft einer solchen Bohrschraube aus zwei verschiedenen, getrennt geformten Bauteilen zusammenzu­ setzen, die bezüglich ihrer Härtbarkeit aus unterschiedli­ chen Werkstoffen bestehen und dabei über eine form- und/oder reibschlüssig wirkende Zapfenverbindung fest miteinander verbunden sind. Dabei ist vorgesehen, daß der Schaft dieser Bohrschraube aus nichtrostendem Material (Chromnickelstahl) besteht, während der eigentliche Bohransatz von einem Schneidblättchen aus härtbarem Kohlenstoffstahl gebildet ist.

Durch die DE-OS 27 38 035 und die DE-OS 36 35 474 gehören zwar auch bereits Gewindeschneidschrauben mit Bohrspitze zum Stand der Technik, die einstückig durch Preßformung aus einem vorgefertigten Rohling herstellbar sind. Wegen der komplizierten Ausgestaltung ihrer Bohrspitzen lassen sich diese Gewindeschneidschrauben rationell und wirtschaftlich einstückig lediglich aus einem nachträglich härtbaren Koh­ lenstoffstahl fertigen, weil nur in einem solchen Falle die Standzeit der Drückbacken eines Werkzeuges genügend groß ist, um die Herstellung einer kostengünstig großen Stückzahl solcher Gewindeschneidschrauben zu gewährleisten.

Es ist zwar auch bereits die Herstellung von Schrauben aus rostfreiem Stahl bekannt, wie das bspw. aus der DE-PS 26 03 217 hervorgeht. Hierbei handelt es sich jedoch um Befesti­ gungsschrauben für Fassadenplatten auf einem Lattengerüst, die ein Holzschraubengewinde aufweisen und darüber hinaus nur mit einer sehr einfach, nämlich pyramidenförmig, gestal­ teten Bohr- oder Schneidspitze versehen sind.

Ziel der Erfindung ist es, für Gewindeschneidschrauben mit Bohrspitze - sogenannte Bohrschrauben - deren Bohrspitze nach Art eines Spiralbohrers wirkt, eine Herstellungs- bzw. Fertigungsmöglichkeit anzugeben, die insbesondere bei der Benutzung von rostfreiem Stahl als Fertigungswerkstoff für die Schrauben einsatzfähig ist und dabei günstige Vorausset­ zungen für hohe Fertigungsstückzahlen schafft.

Erreicht wird das gesteckte Ziel erfindungsgemäß in verfah­ renstechnischer Hinsicht grundsätzlich dadurch, daß ein Rohling mit einem am freien Schaftende befindlichen Längen­ abschnitt verringerten Durchmessers eingesetzt wird, daß dabei an den Längenabschnitt verringerten Durchmessers die Bohrspitze mit zwei gerade verlaufenden Spannuten, ebenen Freiflächen und negativen Spanwinkeln sowie großen Freiwin­ keln angedrückt, und zugleich der vordere Teil des freien Schaftendes bereichsweise kronenartig über den verringerten Durchmesser verbreitert wird, und daß schließlich in den Schaftabschnitt größeren Durchmessers das Gewinde eingerollt und dabei ein Kerndurchmesser wenigstens annähernd gleich dem Durchmesser des im Durchmesser verringerten Schaftab­ schnitts sowie ein Außendurchmesser größer als das Diame­ tralmaß des kronenartig verbreiterten Abschnitts erzeugt wird.

Es hat sich gezeigt, daß diese Herstellungsart für eine Bohrschraube unter Benutzung eines Drückwerkzeuges mit bau­ lich einfachen Drückbacken durchgeführt werden kann, die bis zum Unbrauchbarwerden eine Gesamt-Standzeit erreichen kön­ nen, welche um ein Mehrfaches, nämlich bis zum Zehnfachen, größer ist als die Standzeit der Werkzeuge für die Herstel­ lung der vorbekannten Bohrschrauben. Wenn man also davon ausgeht, daß die Werkzeuge für die Herstellung der herkömm­ lichen Bohrschrauben bei der Verarbeitung von Rohlingen aus normal Kohlenstoffstahl für die Fertigung von etwa 250 000 Schrauben benutzbar ist und bei der Herstellung entsprechen­ der Schrauben aus rostfreiem Stahl eine maximale Standzeit von 50 000 Stück erreichen, dann ergibt sich für die Drück­ backen der Werkzeuge zur Ausübung der erfindungsgemäßen Verfahrensart eine Gesamt-Standzeit für die Herstellung von 2 500 000 Bohrschrauben aus normalem Kohlenstoffstahl bzw. von 500 000 Bohrschrauben aus rostfreiem Stahl.

Als wichtig hat es sich für das erfindungsgemäße Herstel­ lungsverfahren erwiesen, daß das Diametralmaß der kronenar­ tigen Verbreiterung - nach den Merkmalen des Anspruchs 2 - auf den großen Schaftdurchmesser des Rohrlings in einem Verhältnis von etwa 1 : 1 bis 1,05 : 1 eingestellt wird, während - nach Anspruch 3 - dieses Diametralmaß auf den kleinen Schaftdurchmesser des Rohrlings im Verhältnis von etwa 1,1 : 1 bis 1,23 : 1 eingestellt wird. Es ergibt sich hierdurch eine optimale Ausformung der kronenartigen Verbreiterung an der Bohrspitze auch dann, wenn als Einsatzwerkstoff für den Rohling rostfreier Stahl verwendet wird.

Bewährt hat es sich erfindungsgemäß ferner, wenn - nach Anspruch 4 - der Außendurchmesser des Gewindes zum Diame­ tralmaß der kronenartigen Verbreiterung in einem Verhältnis von etwa 1,17 : 1 bis 1,25 : 1 eingestellt wird, weil sich hier­ durch das an die Bohrspitze anschließende Gewinde mit rela­ tiv geringem Kraftaufwand in die Wandung des von der Bohr­ spitze gebildeten Loches einschneiden läßt und trotzdem einen sicheren, spielfreien Sitz hierin gewährleistet.

Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn - gemäß Anspruch 5 - der Kerndurchmesser des Gewindes zum großen Schaftdurchmesser des Rohlings im Verhältnis von etwa 0,8 : 1 bis 0,9 : 1 eingestellt wird, weil sich hierdurch im Anschluß an die Bohrspitze auf einfache Art und Weise eine optimale Ausformung des Gewindes im Bereich des großen Schaftdurch­ messers durch den Rollvorgang erreicht läßt.

Als vorteilhaft kann es sich auch erweisen, wenn - gemäß Anspruch 6 - der Kerndurchmesser des Gewindes zum kleinen Schaftdurchmesser des Rohlings im Verhältnis von etwa 0,89 : 1 bis 1,07 : 1 eingestellt wird.

Eine Gewindeschneidschraube nach der Erfindung, die mit einer Bohrspitze und mit einem daran anschließenden Gewinde versehen ist und insbesondere aus Edelstahl besteht, zeich­ net sich nach der Erfindung - gemäß Anspruch 7 - dadurch aus, daß an einen am freien Schaftende befindlichen Längen­ abschnitt verringerten Durchmessers die Bohrspitze mit zwei gerade verlaufenden Spannuten, ebenen Freiflächen und nega­ tiven Spanwinkeln sowie großen Freiwinkeln angedrückt und dabei zugleich der vordere Teil des freien Schaftendes be­ reichsweise kronenartig über den verringerten Durchmesser verbreitert ist, während der Schaftabschnitt größeren Durch­ messers das eingerollte Gewinde mit einem Kerndurchmesser trägt, der wenigstens annähernd gleich dem Durchmesser des im Durchmesser verringerten Schaftabschnittes und dessen Außendurchmesser größer als das Diametralmaß des kronenartig verbreiterten Abschnitts bemessen ist.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in Aus­ führungsbeispielen dargestellt. Dabei zeigen die

Fig. 1 bis 4 verschiedene Fertigungsstufen bzw. Verfah­ rensschritte für eine Bohrschraube in grö­ ßerem Maßstab,

Fig. 5 eine Stirnansicht der Bohrschraube nach Fig. 4 und

Fig. 6 die Gesamtansicht einer Bohrschraube in gegenüber den Fig. 1 bis 4 etwas abgewan­ delter Ausgestaltung.

Die in Fig. 6 der Zeichnung vollständig dargestellte Bohr­ schraube 1 hat im Anschluß an ihrem mit einem eingeformten Werkzeugeingriff 3 versehenen Kopf 2 einen Schaft 4 vorbe­ stimmter Länge, der zwei unterschiedliche Schaftabschnitte 5 und 6 aufweist. Der vom Kopf 2 ausgehende Schaftabschnitt 5 ist mit einem eingerollten, selbstschneidenden Gewinde 7 versehen, während der Schaftabschnitt 6 in seinem unmittel­ bar an den Schaftabschnitt 5 anschließenden Längenbereich zunächst eine glattzylindrische Gestalt hat, an die sich dann die Bohrspitze 9 einstückig fest anschließt.

Hauptsächlich wird die Bohrschraube 1 nach Fig. 6 insgesamt und einstückig aus einem rostfreien Stahl, bspw. Chromnic­ kelstahl, gefertigt, wenn es auf ihre hohe Korrosionsbestän­ digkeit ankommt.

Eine Fertigung aus normalem Kohlenstoffstahl, der ein an­ schließendes Härten zuläßt, ist aber ebenfalls nicht ausge­ schlossen. Im letzteren Falle läßt sich die Bohrschraube 1 zur Erzielung eines gewissen Korrosionsschutzes mit einer geeigneten Oberflächenbeschichtung, bspw. einer galvanischen Verzinkung, versehen, die nach dem Härtevorgang aufgebracht werden kann.

Wesentlich für die Herstellung einer Bohrschraube 1 der bspw. in Fig. 6 gezeigten Ausführung ist, daß als Ausgangs­ material ein Rohling 10 eingesetzt wird, dessen wesentlicher Teil in Fig. 1 zu sehen ist. Der glatte Schaft 11 dieses Rohlings hat einen zylindrischen Abschnitt 12 von relativ großem Durchmesser 13, der sich einstückig an die Unterseite eines (nicht gezeigten) Kopfes anschließt. Hieran schließt sich über einen konisch verjüngten Absatz 14 wiederum ein­ stückig, ein Abschnitt 15 an, der einen gegenüber dem Ab­ schnitt 12 verringerten Durchmesser 16 aufweist.

Wenn bspw. der Abschnitt 12 des glatten Schaftes 11 einen Durchmesser 13 von etwa 4 mm aufweist, dann kann der Ab­ schnitt 15 des glatten Schaftes 11 einen Durchmesser 16 haben, der bspw. zwischen 3,35 mm und 3,6 mm liegt.

Zunächst wird der den geringeren Durchmesser 16 aufweisende Abschnitt 15 des glatten Schaftes einer Drückverformung zwischen zwei gegeneinander bewegbaren Drückbacken eines Drückwerkzeuges unterzogen, um daran die Bohrspitze 9 herzu­ stellen, wie sie in den Fig. 2 bis 4 der Zeichnung zu sehen ist.

Wesentlich bei der Ausformung der Bohrspitze 9 ist dabei, daß diese mit zwei in iherer Umfangsrichtung zueinander versetzt liegenden, lediglich geradflächig begrenzten Span­ nuten 17 versehen wird, daß die von den Schneidkanten 18 ausgehenden Schneidflächen 19 einen negativen Spanwinkel haben, und daß auch ebene Freiflächen 20 ausgebildet sind, die einen großen Freiwinkel aufweisen.

Ein anderes wichtiges Merkmal zur Ausbildung der Bohrspitze 9 besteht darin, daß der vordere Teil des Schaftabschnitts 15 eine solche Drückverformung erhält, daß er bereichsweise, an sich diametral gegenüberliegenden Umfangsstellen mit kronenartigen Verbreiterungen 21 versehen wird, wie sie insbesondere in den Fig. 2, 4 und 5 erkennbar sind.

Während in dem unmittelbar an den konischen Absatz 14 an­ schließenden Bereich des Abschnitts 15 beim Andrücken der Bohrspitze 9 der Durchmesser 16 erhalten bleibt, ergibt sich für die kronenartige Verbreiterung 21 ein Diametralmaß 22, welches größer als der Durchmesser 16 ist und dabei minde­ stens dem Durchmesser 13 für den Abschnitt 12 des glatten Schaftes 11 entspricht.

Bewährt hat es sich, wenn das Diametralmaß 22 zum Duchmesser 13 in einem Verhältnis steht, das etwa zwischen 1 : 1 und 1,05 : 1 liegt.

Andererseits sollte das Diametralmaß 22 der kronenartigen Verbreiterung 21 zum Durchmesser 16 des Abschnitts 15 am glatten Schaft 11 in einem Verhältnis stehen, das etwa zwi­ schen 1,10 : 1 und 1,23 : 1 gelegen ist. Beim Andrücken der Bohrspitze 9 an den Abschnitt 15 des glatten Schaftes 11 entsteht ein Schrottabschnitt, dessen Form in Fig. 2 der Zeichnung (nur beispielsweise) durch strichpunktierte Linien angedeutet ist. Dieser Schrottabschnitt steht nach Beendi­ gung des Drückvorgangs mit der Bohrspitze 9 längs deren Schneidkanten 18 lediglich noch durch eine äußerst dünne Materialschicht in Verbindung, welche beim nachfolgenden Einrollen des selbstschneidenden Gewindes 7 in den Abschnitt 12 des glatten Schaftes 11 durch geeignete Ausgestaltung des Gewinderollwerkzeugs zerstört wird.

Beim Einrollen des selbstschneidenden Gewindes 7 wird der Abschnitt 12 des glatten Schaftes 11 auf einen verringerten Kerndurchmesser 23 gebracht, welcher in Fig. 4 der Zeichnung angedeutet ist. Dieser verringerte Kerndurchmesser 23 sollte dabei mindestens dem Durchmesser 16 des Schaftabschnitts 15 entsprechen, der in dem Bereich 8 mit der glattzylindrischen Gestalt erhalten bleibt. Es wäre aber durchaus auch denkbar, den Kerndurchmesser 23 des Gewindes 7 so zu wählen, daß der den Durchmesser 16 entweder geringfügig unterschreitet oder aber auch geringfügig überschreitet.

Der Kerndurchmesser 23 des Gewindes 7 könnte bspw. zum Durchmesser 16 des Abschnitts 15 am glatten Schaft 11 in einem Verhältnis stehen, das etwa zwischen 0,89 : 1 und 1,07 : 1 gelegen ist.

Für eine optimale Nutzbarkeit der Bohrschraube 1 ist es aber auch bedeutsam, daß der Außendurchmesser 24 des Gewindes 7 größer ausfällt als das Diametralmaß 22 der kronenartigen Verbreiterung 21 an der Bohrspitze 9. Bewährt hat es sich, wenn das Diametralmaß 22 der kronenartigen Verbreiterung 21 etwa dem Flankendurechmesser des selbstschneidenden Gewindes 7 entspricht, während dessen Außendurchmesser zum Diametral­ maß 22 in ein Verhältnis gesetzt wird, das etwa zwischen 1,17 : 1 und 1,25 : 1 gelegen ist.

Das in Fig. 6 der Zeichnung dargstellte Ausführungsbeispiel einer Bohrschraube 1 unterscheidet sich von der aus den Fig. 4 und 5 ersichtlichen Bohrschraube im wesentlichen nur da­ durch, daß der glattzylindrische Teil 8 zwischen der Bohr­ spitze 9 und dem das selbstschneidende Gewinde 7 tragenden Schaftabschnitt 5 des Schaftes 4 eine größere Länge hat und damit die Bohrspitze 9 dem selbstschneidenden Gewinde 7 mit entsprechend größerem Abstand voreilt.

Es hat sich gezeigt, daß aufgrund der jeweils ebenen Gestal­ tung der Begrenzungsflächen für die Spannut 17, der Schneid­ flächen 19 und auch der Freiflächen 20 im Verein mit der kronenartigen Verbreiterung 21 eine relativ kurze Bohrspitze völlig ausreicht, um einen optimalen Bohreffekt beim Einsatz der Bohrschrauben 1 hervorzubringen. Die einfache Ausgestal­ tung der Bohrspitze 9 und deren geringe Baulänge tragen dazu bei, daß sich diese durch Drückverfomrung unmittelbar auch an Rohlingen 10 aus rostfreiem Stahl unmittelbar ausformen läßt und dadurch mit relativ geringem Aufwand die Schaffung hochwertiger und hochwirksamer Bohrschrauben ermöglicht.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von mit einer Bohrspitze und mit einem daran anschließenden Gewinde versehenen Gewin­ deschneidschrauben, insbesondere aus Edelstahl, bei wel­ chem die Bohrspitze am Schaft durch Drückformen zwischen zwei etwa quer zur Schaftachse zustellbaren Drückbacken eines Werkzeuges gebildet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Rohling (10; Fig. 1) mit einem am freien Schaft­ ende befindlichen Längenabschnitt (15) verringerten Durchmessers (16) eingesetzt wird,
daß dabei an den Längenabschnitt verringerten Durchmes­ sers (16) die Bohrspitze (9) mit zwei gerade verlaufenden Spannuten (17), ebenen Freiflächen (20) und negativen Spanwinkeln sowie großen Freiwinkeln angedrückt, und zugleich der vordere Teil des freien Schaftendes bereichsweise kronenartig (21) über den verringerten Durchmesser (16) verbreitert wird (Fig. 2), und
daß schließlich in den Schaftabschnitt (12) größeren Durchmessers das Gewinde (7) eingerollt und dabei ein Kerndurchmesser (23) wenigstens annähernd gleich dem Durchmesser (16) des im Durchmesser verringerten Schaft­ abschnitts (15) sowie ein Außendurchmesser (24) größer als das Diametralmaß (22) des kronenartig verbreiterten Abschnitts (21) erzeugt wird (Fig. 4).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Diametralmaß (22) der kronenartigen Verbreiterung (21) auf den großen Schaftdurchmesser (13) des Rohlings (10) in einem Verhältnis von etwa 1 : 1 bis 1,05 : 1 einge­ stellt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Diametralmaß (22) der kronenartigen Verbreiterung (21) auf den kleinen Schaftdurchmesser (16) des Rohlings (10) im Verhältnis von etwa 1,10 : 1 bis 1,23 : 1 eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (24) des Gewindes zum Diametral­ maß (22) der kronenartigen Verbreiterung (21) im Verhält­ nis von etwa 1,17 : 1 bis 1,25 : 1 eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerndurchmesser (23) des Gewindes (7) zum großen Schaftdurchmesser (13) des Rohlings (10) im Verhältnis von etwa 0,8 : 1 bis 0,9 : 1 eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerndurchmesser (23) des Gewindes (7) zum kleinen Schaftdurchmesser (16) des Rohlings im Verhältnis von etwa 0,89 : 1 bis 1,07 : 1 eingestellt wird.

7. Gewindeschneidschraube mit einer Bohrspitze und einem daran anschließenden Gewinde, insbesondere aus Edelstahl, bei der die Bohrspitze am Schaft durch Drückformen zwi­ schen zwei etwa quer zur Schaftachse zustellbaren Drück­ backen eines Werkzeuges gebildet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Rohling (10; Fig. 1) mit einem am freien Schaft­ ende befindlichen Längenabschnitt (15) verringerten Durchmessers (16) an diesem Längenabschnitt (15) die Bohrspitze (9) mit zwei gerade verlaufenden Spannuten (17) , ebenen Freiflächen (20) und negativen Spanwinkeln sowie großen Freiwinkeln angedrückt ist und dabei der vordere Teil des freien Schaftendes bereichsweise eine kronenartig über den verringerten Durchmesser (16) hin­ ausragende Verbreiterung (21) trägt,
während in den Schaftabschnitt (12) größeren Durchmessers (13) das Gewinde (7) mit einem Kerndurchmesser eingerollt ist, der wenigstens annähernd gleich dem Durchmesser (16) des im Durchmesser verringerten Schaftabschnitts (15) eingerollt ist sowie dabei einen Außendurchmesser (24) aufweist, der größer ist als das Diametralmaß (22) des kronenartig verbreiterten Abschnitts (21).