DE4205059C2 - Selbstbohrende Schraube mit zweistufiger Schneidkante - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine selbstbohrende Schraube nach dem Oberbegriff des Anspruchs.

Im allgemeinen enthalten selbstbohrende Schrauben einen Kopf zum Eingriff durch ein Betätigungswerkzeug, einen in Fortset­ zung des Kopfes vorgesehenen Schaft und einen an der Spitze des Schaftes ausgebildeten Bohrerabschnitt, der eine Bohrung in einem zu verschraubenden Material wie einem Stahlteil usw. selbst erzeugen kann durch Vorbohren eines Lochs und An­ ziehen mit den Gewinderippen an dem Schaft, so daß sicher festgeschraubt werden kann, während das Vorbohren eines Lochs in das zu verschraubende Material wegfallen kann. Wie in Fig. 3 zu sehen, umfaßt ein Bohrerabschnitt 101 dieser Art von Schrauben ein Basisende mit einer Schneidklinge (Par­ allelklinge) 103, die etwa parallel zur Schaftachse 102 aus­ gebildet ist, und eine Spitze in Fortsetzung des Basisendes. Die an der Spitze ausgebildete Schneidklinge (geneigte Klinge) weist einen Winkel gegen die Schaftachse auf, und ihre Spitze ist zu einer Meißelspitze 105 ausgebildet.

Falls ein Schneidvorgang und/oder ein Anziehvorgang bei einem Stahlblech mit dieser selbstbohrenden Schraube mit dem Bohrerabschnitt 101 auszuführen ist, wird schnell ein Ver­ schleiß an der Kante 106 auftreten, und zwar dort, wo die Schneidklingen 103 und 104 einander überschneiden. Insbeson­ dere bei Stahlblechen großer Dicke wird diese Kante wäh­ rend des Bohrvorgangs zunehmend verschlissen, und die Bohrge­ schwindigkeit nimmt ab, auch wenn kurz nach Beginn des Boh­ rens noch gut zu arbeiten war. Darüberhinaus wird bei einem anzuschraubenden Gegenstand mit großer Härte die auf die Schneidklinge 103 ausgeübte Last zunehmen und eine große Kraft erforderlich sein, um den Schnitt durchzuführen. Beson­ ders muß bei einer solchen selbstbohrenden Schraube eine be­ stimmte Kraft in Axialrichtung (Vorschublast) durch die Be­ dienungsperson (den Handwerker) ausgeübt werden, auch wenn die Kraft in Radialrichtung der Drehung durch einen Motor o. ä. erzeugt wird, wenn z. B. der Schraubvorgang mit einem Elektrowerkzeug ausgeführt wird.

Aus der US 47 25 175 ist eine selbstbohrende Schraube be­ kannt, deren Bohrerabschnitt einen das Basisende mit der Boh­ rerspitze verbindenden Zwischenabschnitt umfaßt, wobei im Zwischenabschnitt der von den Schneidklingen und der Schaft­ achse eingeschlossene Winkel kleiner ist als der in der Bohrer­ spitze zwischen den Schneidklingen und der Schaftachse eingeschlossene Winkel. Hierdurch wird zwar erreicht, daß beim Bohren an den Schneidkanten ein geringer Verschleiß auf­ tritt, jedoch ist angestrebt, den Verschleiß noch weiter zu minimieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine selbstbohrende Schraube der eingangs genannten Art anzugeben, mit der die beim Boh­ ren aufzuwendende Axialkraft sowie der auftretende Ver­ schleiß minimiert werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen gelöst durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs.

Da jede Schneidklinge 165 gekrümmt ausgebildet ist und die Tangentiallinie jeder Schneidklinge 165 mit einem Winkel gegen die Schaftachse a nach Fig. 2 ausgebildet ist, werden sich die durch die Tangentiallinie der Schneidklinge 165 im Zwischenabschnitt gebildeten Winkel θ3, θ4 gegen die Schaft­ achse a allmählich ändern, und die Winkel θ3, θ4 werden klei­ ner eingestellt, als der durch die Schneidklinge 75 in der Spitze gebildete Winkel θ2 zur Schaftachse a. Die so an der Schneidklinge 165 im Zwischenabschnitt auftretenden Schneid­ widerstände p3, p4 in Richtung senkrecht zur Klinge haben axiale Partialkräfte q3, q4, die kleiner sind als die an der Schneidklinge 75 an der Spitze in Axialrichtung auftretende Kraft q2, und die in Radialrichtung an der Schneidklinge 165 im zwischenabschnitt auftretenden Kräfte r3, r4 werden grö­ ßer als die Radialkraft r2 in Radialrichtung an der Schneid­ klinge 75 der Spitze. Damit können die Vorschubkräfte, d. h. die Kräfte q3, q4 in Axialrichtung, die der Handwerker auf das Schneidgerät ausüben muß, an der Schneidklinge 165 im Zwischenteil kleiner gehalten werden, so daß insgesamt die Belastung für den Handwerker abnimmt.

Zusätzlich wird der Übergangswinkel an der Ecke zwischen den Schneidklingen 55, 165, 75 sanfter als bei einer üblichen selbstbohrenden Schraube, und der Übergang wird glatter, so daß der Widerstand in diesem Teil ebenfalls verringert wird und weniger Verschleiß auftritt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine vergrößerte Seitenansicht des wichtigen Teils einer selbstbohrenden Schraube gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine erläuternde Darstellung der selbstboh­ renden Schraube, und

Fig. 3 eine Darstellung einer bekannten selbstboh­ renden Schraube.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte selbstbohrende Schraube besteht aus einem (nicht dargestellten) Kopf zum Eingriff eines Werkzeugs, einem Schaft in Fortsetzung des Kopfes und einem an der Sitze des Schaftes ausgebildeten Bohrerteil 4.

Die Form von Kopf und Schaf t kann die gleiche wie bei den üblichen selbstbohrenden Schrauben sein, und mindestens eine Gewinderippe ist am Schaft ausgebildet. Der Bohrerteil oder Bohrerabschnitt 4 besteht aus einem Grundende 5, wo er an dem Schaft an dessen Spitzenseite anschließt, einem Zwischen­ abschnitt 160 in Fortsetzung des Basisendes 5 zur Spitze hin und einer scharfen Spitze 7 in Fortsetzung des Zwischenteils zur Spitzenseite hin.

Das Basisende 5 besitzt zwei Schneidnuten 51, die symme­ trisch zur Schaftachse a ausgebildet sind, und der Abschnitt zwischen den beiden Schneidnuten 51 wird zu einer Art Steg 52 mit annähernd bogenförmiger Umfangsflä­ che. Nach Fig. 1 besteht die Schneidnut 51 aus einer Schneid­ fläche 53 und einer Nachlauffläche 54, und die Kante der Schneidfläche 53 bildet die Schneidklinge 55, die etwa paral­ lel zur Schaftachse a ausgerichtet ist. Es ist z. B. vorteil­ haft für das Abführen von Spänen, die Schneidfläche 53 leicht konkav auszuführen und die Schneidklinge 55 in Seiten­ ansicht in Form eines Bogens zu krümmen. Dazu ist es für einen verringerten Schneidwiderstand vorteilhaft, den Ab­ stand zwischen den beiden Schneidklingen 55 von dem Basisen­ de zu der Spitzenseite hin etwas größer werden zu lassen.

Der Zwischenabschnitt 160 besitzt Schneidnuten 161, die die Schneidnuten 51 am Basisende fortsetzen, und einen Steg 162, der eine Umfangsfläche annähernd in Bogenform in Fortsetzung des Stegs 52 im Basisende bildet. Die Schneidnut 161 besteht aus einer Schneidfläche 163 und einer Nachlauffläche 164 und die Kante der Schneidfläche 163 bildet die Schneidklinge 165. Diese Schneidklinge 165 setzt die Schneidklinge 55 im Basisende fort. Diese Schneidklinge 165 wird gekrümmt gebil­ det und ist so angeordnet, daß die Tangentiallinie jeder Schneidklinge 165 einen Winkel gegen die Schaftachse a bil­ det. Die Winkel θ3, θ4 der Tangentiallinien dieser Schneid­ klinge 165 mit der Schaftachse a sind kleiner als der Winkel θ2 der Schneidklinge 75 an der Spitze gegen die Schaftachse a festgesetzt.

Bei dieser Ausführung der selbstbohrenden Schraube kann die Vorschubbelastung, d. h. die Kräfte q3, q4 in Axialrichtung, die der Handwerker auf die Schneidklinge 165 im Zwischenab­ schnitt ausüben muß, sehr gering gehalten werden, so daß die Belastung des Handwerkers verringert wird. Da die Übergangs­ winkel an den Kanten zwischen den Schneidklingen 55, 165, 75 sanfter sind als bei einer üblichen selbstbohrenden Schrau­ be, ist ein glatter Arbeitsverlauf gegeben, der Widerstand in diesem Teil verringert sich und es wird weniger Ver­ schleiß hervorgerufen.

Schließlich besitzt auch die Spitze 7 zwei Schneidnuten 71 in Fortsetzung der Schneidnuten 161 im Zwischenabschnitt 160 und einen Steg 72, der eine annähernd bogenförmige Umfangs­ fläche bildet, in Fortsetzung des Stegs 162 im Zwischenab­ schnitt 160. Die Schneidnut 71 besteht aus einer Schneidflä­ che 73 und einer Nachlauffläche 74, und die Kante der Schneidfläche 73 bildet die Schneidklinge 75. Diese Schneid­ klinge 75 setzt sich von der Schneidklinge 55 im Basisend­ teil fort durch die Kegelmantellinie 76 an der Spitzenseite. Diese Schneidklinge 75 ist mit einem Winkel θ2 gegen die Schaftachse a ausgelegt. Bei der Ausfüh­ rung ist ein Schneidwinkel θ2 von 56° vorgesehen.

Es bringt Vorteile für das Abführen von Spänen, wenn auch diese Schneidfläche 73 leicht konkav gestalten wird, und es ist wünschenswert, die Schneidklinge 75 zur Verbesserung ihrer Schneidfähigkeit leicht zu tordieren.

Die Stege 52, 162 und 72 in den aufeinanderfolgenden Ab­ schnitten können als Bogen mit festgelegtem Durchmesser ange­ geben werden. Da die Schneidklingen 55, 165, 75 an den größ­ ten Durchmessern angeordnet sind, bringt es Vorteile zur Ver­ ringerung des Schneidwiderstandes, den Durchmesser der Stege 52, 162 und 72 kleiner als den der Schneidklingen 55, 165 bzw. 75 zu halten.

Wenn eine Verschraubung mit dieser selbstbohrenden Schraube vorgenommen wird, beginnt der Schneidvorgangin der gleichen Weise wie bei einer üblichen selbstbohrenden Schraube, soweit der Spitzenabschnitt betroffen ist. Da die Winkel θ3, θ4 der Schneidklinge 165 im Zwischenabschnitt 160 klein sind, wird der Schneidvorgang mit einer kleinen Vorschubbela­ stung möglich, die Spandicke wird geringer und die Belastung auf die Schneidklinge nimmt ab. Da die Übergangswinkel an den beiden Übergängen an der Spitzenseite und dem Basisende sanfter verlaufen als bei einer üblichen selbstbohrenden Schraube, nimmt auch der Widerstand in diesem Teil ab und es wird nicht so schnell ein Verschleiß hervorgerufen. Demzufol­ ge wird an beiden Eckkanten auch bei einer großen Blechdicke weniger Verschleiß erzeugt, und die Bohrgeschwindigkeit fällt nicht so ab, wie bei üblichen selbstbohrenden Schrau­ ben, so daß das Lochbohren und das Anziehen der Schraube durch die Gewinderippe an dem Schaft nach einem sanft ver­ laufenden Bohrvorgang ermöglicht wird.

Das äußerste Ende der Spitze 7 kann als eine Meißelspitze ähnlich bei den üblichen selbstbohrenden Schrauben ausge­ führt werden. Bei der vorliegenden Ausführung ist jedoch eine Meißelspitze mit besonderem Aufbau vorgesehen, um den Bohrerabschnitt in den zu verschraubenden Gegenstand einbeißen zu lassen und rasch eine stabile Loch­ bohrung einzuleiten und das sog. Tänzeln der Bohrspitze zu vermeiden.

Wie bereits erklärt, wird hier eine selbstboh­ rende Schraube erzeugt, die die Erzeugung einer Bohrung selbst herbei führt und dann nach Einbohren das Gewinde selbst schneidet, worauf das Festschrauben erfolgt, insge­ samt mit Herstellung eines guten Schnitts ohne Abfall der Schneidgeschwindigkeit bei vergleichsweise geringer Vorschub­ belastung, auch wenn der festzuschraubende Gegenstand eine große Dicke besitzt.

Dazu schafft die Neuerung eine selbstbohrende Schraube, bei der der Widerstand an dem Übergang zwischen den jeweiligen Schneidklingen praktisch verschwindet, wegen des sanften Übergangs dieser Teile, und es ist noch weniger Verschleiß in diesem Teil zu erwarten.

Claims (1)

1. Selbstbohrende Schraube mit einem Kopf zum Eingriff eines Werkzeugs,
   einem an den Kopf anschließenden Schaft, an dem wenigstens eine Gewinderippe ausgebildet ist, und
   einem in Fortsetzung des Schaftes ausgebildeten Bohrerabschnitt (4),
   wobei der Bohrerabschnitt (4) ein an den Schaft an­ schließendes, Schneidflächen (53) mit einer annähernd parallel zur Schaftachse (a) verlaufenden Kante (55) aufweisendes Basisende (5) und eine Bohrerspitze (7) aufweist,
   die Bohrerspitze (7) Schneidflächen (73) mit einer als Schneidklinge (75) ausgebildeten und gegenüber der Schaftachse (a) unter einem Winkel (θ2) geneigten Kante aufweist und an ihrem äußersten Ende als Meißelspitze ausgebildet ist, und die Schneidflächen (53, 73) in einer durchgehenden Schneidnut (51, 161, 71) angeordnet sind,
   dadurch gekennzeichnet,
   daß der Bohrerabschnitt (4) einen das Basisende (5) mit der Bohrerspitze (7) verbindenden, Schneidflächen (163) mit einer als Schneidklinge (165) ausgebildeten Kante aufweisenden Zwischenabschnitt (160) umfaßt und
   daß die Schneidklingen (165) des Zwischenabschnitts (160) gekrümmt ausgebildet und die Tangenten der Schneidklin­ gen (165) gegenüber der Schaftachse (a) geneigt sind,
   wobei die von den von den Tangenten und der Schaftachse (a) eingeschlossenen Winkel (θ3, θ4) kleiner sind als der in der Bohrerspitze (7) zwischen den Schneidklingen (75) und der Schaftachse (a) eingeschlossene Winkel (θ2).