DE4441716A1 - Selbstfurchende Schraube - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine selbstfurchende Schraube mit einem ein Gewinde tragenden Schraubenschaft, der an seiner Einschraubseite mit einem härtbaren, mehrere Gewindegänge aufweisenden Gewindeform­ teil versehen ist.

Eine derartige Schraube ist aus der DE-OS 43 10 938 (entsprechend US- PS 5,205,466) bekannt. Diese Schraube besteht aus einem vorderen, durch Aufkohlung in einen härtbaren Zustand gebrachten Stahlstab und einem folgenden Schaft aus austenitischem, rostfreiem Stahl. Beide Teile sind durch Stumpfschweißung miteinander verbunden und tragen durch­ gehend ein Gewinde, das im Bereich des gehärteten Stahlstabes für den Vorgang des Selbstfurchens eine große Härte aufweist und das Gewinde­ formteil bildet.

Problematisch ist bei einer derartigen Schraube die Schweißstelle, an der der austenitische, rostfreie Stahl in der Randzone durch Kohlenstoff und auch durch Stickstoff kontaminiert werden kann, wodurch die Korro­ sionsbeständigkeit der Schraube leidet. Abgesehen davon stellt das Ver­ schweißen der beiden Teile der Schraube einen erheblichen fabrikatori­ schen Aufwand dar, der die Schraube verteuert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Beeinträchtigung der Korrosionsbeständigkeit der Schraube zu vermeiden und die Schraube so zu gestalten, daß sie sich einfacher und damit billiger herstellen läßt Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß das Gewindeformteil als flaches, längliches Einsatzteil ausgebildet ist, das in eine axiale Nut im Bereich der Einschraubseite eingesetzt ist, bis in den Bereich der Stirn­ fläche der Einschraubseite reicht und an seiner axialen Außenseite dem in den Schraubenschaft eingeformten Gewinde derart folgt, daß das Gewinde des Schraubenschaftes harmonisch in das Gewindeprofil entlang des Einsatzteiles übergeht.

Aufgrund der Gestaltung des Gewindeformteiles als flaches, längliches Einsatzteil ergibt sich zunächst für dieses ein geringer Materialaufwand. Das Einsatzteil ist außerdem besonders gut geeignet, im Bereich der Ein­ schraubseite der Schraube verankert zu werden, nämlich in der axialen Nut, wobei es an seiner axialen Außenseite mit dem in den Schrauben­ schaft eingeformten Gewinde übereinstimmt, so daß sich entlang des gesamten Schraubenschaftes ein gleichmäßiges durchgehendes Gewinde ergibt, das im Bereich seiner Einschraubseite aufgrund des harten Ein­ satzteils in der Lage ist, in das die Schraube aufnehmende Werkstück das betreffende Gewinde einzufurchen. Dabei räumt bzw. drückt das harte Einsatzteil das Material des aufnehmenden Werkstücks aufgrund der Härte des Einsatzteils ohne weiteres zur Seite, ohne das es dar­ überhinaus noch einer besonderen Härte des das Einsatzteil umgebenden Materials der Einschraubseite bedarf.

Für die Herstellung der erfindungsgemäßen selbstfurchenden Schraube ist der gegebenenfalls aus austenitischem, rostfreiem Stahl bestehende Schraubenschaft mit der axialen Nut zu versehen, die ohne großen fabrikatorischen Aufwand axial in den Schraubenschaft eingeschnitten bzw. eingefräst werden kann. In diese Nut wird dann das z. B. durch einen Stanzvorgang hergestellte Einsatzteil eingesetzt, das sich z. B. aufgrund der Breite der Nut in diesem verklemmen kann. Nach Herstellung der Verbindung von Schraubenschaft und Einsatzteil wird dann das Gewinde eingeformt, vorzugsweise in bekannter Weise durch Walzen, wobei sich automatisch das Gewinde über das Einsatzteil erstreckt, so daß sich über die Länge des Schraubenschaftes ein durchgehendes gleichmäßiges Gewin­ de ergibt. Danach erfolgt dann das Härten des Einsatzteils, das hierzu z. B. durch Erzeugung von Induktionswärme bis auf die erforderliche Temperatur erhitzt wird, woraufhin die Schraube mit ihrem Einsatzteil abgeschreckt wird. Dabei erfolgt die Erhitzung praktisch nur über den Bereich der Einschraubseite, über den sich das Einsatzteil erstreckt, so daß der anschließende Bereich des Schraubenschaftes durch die Erhitzung nicht beeinträchtigt werden kann.

Zweckmäßig gestaltet man das Einsatzteil so, daß es die Nut bis zu deren der Stirnfläche abgewandten Ende ausfüllt. In diesem Falle ver­ bleibt insbesondere beim Vorgang des Walzens des Gewindes keine Zone der Nut, in der diese nicht ausgefüllt ist. Eine Leerzone könnte beim Walzen zusammengedrückt werden.

Vorteilhaft ordnet man die Nut entlang der einen Seite des Schrauben­ schaftes mittig zu diesem an. Bei dieser Anordnung ergibt sich eine günstige Kraftübertragung vom Schraubenschaft auf das Einsatzteil.

Grundsätzlich ist es möglich, das Einsatzteil nur auf einer Seite im Bereich der Einschraubseite in einer einzigen Nut unterzubringen. Es ist aber auch möglich, die Nut an der Stirnfläche in einen diese quer durchsetzenden Schlitz übergehen zu lassen, wobei sich das Einsatzteil bis in den Schlitz erstreckt. Bei dieser Gestaltung läßt sich das Einsatzteil wegen seiner Erstreckung quer zu dem Schraubenschaft günstig in diesem verankern, weil sich damit eine Verklemmung auf beiden Seiten des Schraubenschaftes ermöglichen läßt oder diese an der Stirnfläche zentral vorgenommen werden kann.

Die von dem Einsatzteil ausgehende Wirkung des Schneidens oder Furchens eines Gewindes in einem aufnehmenden Werkstück läßt sich dadurch intensivieren, daß man die Nut so gestaltet, daß die auf der einen Seite des Schraubenschaftes verlaufende Nut über den Schlitz in eine der ersteren Nut symmetrisch gegenüberliegende zweite Nut mit axialer Erstreckung übergeht und das Einsatzteil sich über beide Nuten und den Schlitz erstreckt. Aufgrund der Erstreckung des Einsatzteils in die zweite Nut ergibt sich eine entsprechende gewindeformende Wirkung des Einsatzteils zu beiden Seiten des Schraubenschaftes.

Es ist dabei nicht erforderlich, daß die zweite Nut die gleiche Länge wie die erstere Nut besitzt. Für den Fall der Notwendigkeit einer gleichmäßi­ gen Verteilung der von dem Einsatzteil ausgehenden Schneidkräfte am Umfang des Schraubenschaftes gestaltet man die Nuten zweckmäßig so, daß die erste und die zweite Nut im wesentlichen gleich lang sind.

Wenn eine besondere Standfestigkeit des Einsatzteils gefordert wird, so gestaltet man dieses zweckmäßig so, daß es im Bereich seines Gewinde­ profils einen gegenüber seiner inneren Seite verbreiterten Rücken auf­ weist. Mit dieser Gestaltung wird der Gefahr entgegengewirkt, daß beim Furchen eines Gewindes in besonders hartes Material das Einsatzstück im Bereich seines Gewindes ausbricht.

Um das Einsatzteil in der bzw. den Nuten sicher festzuhalten, gestaltet man die Schraube zweckmäßig so, daß das Einsatzteil im Bereich der Stirnfläche gegenüber der Nut verkürzt ist und das überstehende Ende des Schraubenschaftes zusammengedrückt ist. Aufgrund der Verkürzung des Einsatzteils verbleibt im Bereich der Stirnfläche ein Freiraum in­ nerhalb der Nut, die sich hier zusammendrücken läßt, so daß das Ein­ satzteil nicht aus der Nut herausfallen kann. Handelt es sich um eine Schraube mit einem Schlitz an ihrer Stirnfläche, so gestaltet man die Verkürzung des Einsatzteils zweckmäßig so, daß dieses an der Stirnfläche in seiner Mitte am weitesten zurückweicht, so daß sich der in dem Schlitz verbliebene Freiraum auf die Mitte konzentriert und hier zu­ sammengedrückt werden kann, womit nicht nur ein axiales Herausfallen des Einsatzteils, sondern auch sein seitliches Herausfallen verhindert ist.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1a bis f eine selbstfurchende Schraube mit einer ein­ zigen axialen Nut in verschiedenen Ansichten sowie das dazugehörende Einsatzteil,

Fig. 2a bis g eine Abwandlung der Schraube gemäß Fig. 1 in verschiedenen Ansichten mit einem die Nut verlängernden Schlitz, und zwar die Figuren e und f das zugehörige Einsatzteil in zwei An­ sichten und Fig. 2g eine vergrößerte An­ sicht als Ausschnitt aus der Einschraubseite,

Fig. 3a bis d eine weitere Variante mit einer Erstreckung der ersten Nut über den Schlitz in eine sym­ metrisch gegenüberliegende zweite Nut in zwei Ansichten und das dazugehörige Einsatzteil in zwei Ansichten,

Fig. 4a bis e eine Abwandlung der Gestaltung gemaß Fig. 3 mit zwei gleichlangen Nuten und zwei An­ sichten des dazugehörigen Einsatzteils,

Fig. 5a bis g eine Gestaltung ähnlich derjenigen gemäß Fig. 2 in vier Ansichten mit einem mit ver­ breitertem Rücken versehenen Einsatzteil gemäß den drei Ansichten.

Fig. 1a zeigt den Rohling für eine selbstfurchende Schraube mit dem Schraubenschaft 1, der an seinem rückwärtigen Ende den Schraubenkopf 2 mit angepreßter Scheibe 3 aufweist. In den Schraubenschaft 1 ist die axiale Nut 4 eingefräst, die sich über den als Einschraubseite 5 bezeich­ neten Bereich erstreckt und bis in den Bereich der Stirnfläche 6 der Einschraubseite 5 reicht. Fig. 1a zeigt den Rohling für die Schraube ohne Einsatzteil.

In Fig. 1b ist die gleiche Schraube mit im Schraubenschaft 1 und in die Nut 4 eingesetztem, das Gewindeformteil bildenden Einsatzteil 7 dargestellt (siehe Fig. 1e und f). Wie ersichtlich, reicht das Einsatzteil 7 nicht ganz bis zu der Stirnseite 6. Es läßt an seinem der Stirnseite 6 zugewandten Ende infolge entsprechender Verkürzung den Freiraum 8 frei, der; wie weiter unten im Zusammenhang mit der Fig. 2 dargelegt wird, für eine besondere Befestigung des Einsatzteils 7 in der Nut 4 verwendet werden kann.

Fig. 1c zeigt die aus dem als Rohling in Fig. 1a und b dargestell­ ten Schraubenschaft 1 hergestellte Schraube mit auf den Schraubenschaft 1 aufgewalzten Gewinde 9. Der Schraubenschaft 1 gemäß Fig. 1c ist gegenüber den Darstellungen in den Fig. 1a und b um 90 Grad gedreht, so daß in Fig. 1c das Einsatzteil 7 mit seiner axialen Außen­ seite sichtbar ist. Aus Fig. 1c ist ersichtlich, daß das Einsatzteil 7 an den Stellen 10, 11 und 12 vollständig dem Profil des Gewindes 9 folgt, also sich harmonisch in das Gewinde 9 einpaßt. Im Bereich der Ein­ schraubseite 5 ist dessen dem Schraubenkopf 2 abgewandter Teil ge­ schnitten gezeichnet, so daß an dieser Stelle das Einsatzteil 7 im Schnitt erscheint.

Fig. 1d zeigt eine Ansicht des Rohlings gemäß Fig. 1 mit Blick auf die Stirnfläche 6, so daß in Fig. 1d die Scheibe 3, der Schrauben­ schaft 1 und die Nut 4 sichtbar sind.

In den Fig. 1e und f ist in zwei Ansichten das Einsatzteil 7 darge­ stellt. Das Einsatzteil 7 gemäß Fig. 1e kann in dieser Position direkt in die Nut 4 gemäß Fig. 1a eingesetzt werden. Das Einsatzteil 7 zeigt an seinem der Stirnfläche 6 zugewandten Ende eine etwa kreisbogenför­ mige Abrundung 13, die in der axialen Mitte des Einsatzteils 7 am weitesten gegenüber den äußeren axialen Kanten zurückweicht. Hierdurch läßt sich das Einsatzteil 7 in einer im Zusammenhang mit der Fig. 2 erläuterten Weise günstig in der Nut 4 festlegen.

Die Schraube gemäß den Fig. 2a bis d unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß den Fig. 1a bis d darin, daß der Schrau­ benschaft 1 außer der Nut 4 den die Stirnfläche 6 quer durchsetzenden Schlitz 14 aufweist, wobei die Nut 4 in den Schlitz 14 übergeht. Auf­ grund dieser Gestaltung kann in die Nut 4 mit dem Schlitz 14 ein flaches Einsatzteil eingesetzt werden, wie dieses in Fig. 2e und f als Einsatzteil 15 dargestellt ist. Das Einsatzteil 15 gemäß Fig. 2e und f besitzt an seinem der Stirnfläche 6 zugewandten Ende eine Abwinke­ lung 16, so daß das gesamte Einsatzteil 15 L-förmig gestaltet ist. Dieses Einsatzteil 15 ist in Fig. 2b in die Nut 4 und in Schlitz 14 eingesetzt gezeichnet, und zwar entsprechend der Zeichnungsweise gemäß Fig. 1 dargestellt durch die enge Schraffierung.

Fig. 2c zeigt die fertige Schraube, wobei wieder wie bei Fig. 1c der Schraubenschaft 1 gegenüber der Darstellung in den Fig. 2a und b um 90 Grad gedreht dargestellt ist. Abgesehen von der L-förmigen Gestaltung des Einsatzteils 15 entspricht die in Fig. 2c dargestellte Schraube vollständig derjenigen gemäß Fig. 1c.

Fig. 2d stellt eine axiale Ansicht des Rohlings gemäß Fig. 2a dar, wobei im Gegensatz zu Fig. 1d der Schlitz 14 den Schraubenschaft 1 vollständig quer durchsetzt.

Aus Fig. 2e ist ersichtlich, daß im Bereich der Stirnfläche 6 die Abwinkelung 16 eine dachförmige Einkerbung 17 besitzt, die wie die Rundung 13 gemäß Fig. 1e dazu dient, eine besondere Befestigung des Einsatzteils 15 in der Nut 4 und dem Schlitz 14 zu ermöglichen.

Diese Befestigung ist in der Fig. 2g dargestellt. Fig. 2g zeigt in vergrößerter Darstellung den unteren Teil der Schraube gemäß Fig. 2c mit dem Bereich der Stirnfläche 6. Wie ersichtlich, ist das beidseitig des Schlitzes 14 stehengebliebene Material des Schraubenschaftes 1 nach innen zusammengedrückt, so daß sich ein gegenüber der Abwinkelung 16 verengter Freiraum 18 ergibt. Die nach außen hin verlaufende Verengung des Freiraumes 18 sorgt dafür, daß das in die Nut 4 und den Schlitz 14 eingesetzte Einsatzteil 15 nicht von dem Gewindeschaft 1 abfallen kann. Die Verengung des Freiraums 18 kann man nach Einsetzen des Einsatz­ teils 15 durch ein Zusammendrücken des betreffenden Endes des Schrau­ benschaftes 1 herbeiführen.

In Fig. 3 ist eine weitere Variante der Schraube nur als Rohling mit dem Gewindeschaft 1 dargestellt, der hier außer der ersten Nut 4 und dem Schlitz 14 noch die weitere Nut 19 aufweist, die der Nut 4 sym­ metrisch gegenübersteht und sich genau wie die Nut 4 axial entlang dem Schraubenschaft 1 erstreckt. Dabei gehen Nut 4, Schlitz 14 und Nut 19 ineinander über; so daß sich in diese drei Ausnehmungen das flache Einsatzteil 20 einschieben läßt. Im Zusammenhang mit der Fig. 3 wird auf die Darstellung der vollständigen Schraube wie gemäß den Fig. 1c und 2c verzichtet, da diesbezüglich insbesondere auf die Fig. 2c verwiesen werden kann.

Fig. 3c und d zeigen das Einsatzteil 20 in zwei Ansichten. Wie er­ sichtlich erstreckt sich das Einsatzteil 20 über den Bereich einer Ab­ winkelung 16 in einen weiteren axialgerichteten Teil 21, der in die Nut 19 paßt. Die Abwinkelung 16 besitzt im Bereich der Stirnseite 6 eine mittlere Ausnehmung 22, so daß das Einsatzteil 20 wie beim Ausfüh­ rungsbeispiel gemäß Fig. 2 und dargestellt im Zusammenhang mit Fig. 2g an dem Schraubenschaft 1 befestigt werden kann. Hierzu wird das den Freiraum 23 gemäß Fig. 3b seitlich begrenzende Material des Schraubenschaftes 1 zusammengedrückt, wie dies im Zusammenhang mit der Fig. 2g dargestellt ist.

Bei den Fig. 4a bis c handelt es sich um eine Variante zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3a und b, wobei die Schraube gemäß den Fig. 4a bis c zwei gleichlange Nuten 24 und 25 aufweist, die über den Schlitz 14 miteinander verbunden sind. In die Nuten 24 und 25 und den Schlitz 14 läßt sich das Einsatzteil 26 einschieben, das dabei mit seinen beiden Schenkein 27 und 28 in die beiden Nuten 24 und 25 hineinragt. Im Bereich der Abwinkelung 16 besitzt das Einsatzteil 26 eine Abrundung 29 im Bereich der Stirnfläche 6, so daß sich aufgrund dieser Abrundung ein ähnlicher Effekt ergibt wie bei der dachförmigen Ein­ kerbung 17 gemäß Fig. 2e. Im übrigen wird zu der Darstellung gemäß den Fig. 4a bis c auf die Erläuterungen zu den Fig. 2a bis c verwiesen.

Die in den Fig. 5a bis d dargestellte Ausführungsform entspricht weitgehend derjenigen gemäß Fig. 2a bis d. Fig. 5d zeigt die als Rohling in Fig. 5b dargestellte Schraube mit einer Ansicht der Stirn­ fläche 6. Gemäß den Fig. 5a bis d handelt es sich lediglich um die Aufnahme eines im Querschnitt abweichend gestalteten Einsatzteils 30. Dieses ist, wie die Fig. 5e, f und g in den üblichen drei Ansichten zeigen, im Bereich des Gewindeprofils mit einem gegenüber seiner inneren Seite breiteren Rücken 31 versehen. Um diesen breiteren Rüc­ ken 31 aufzunehmen, ist natürlich die Nut 32 in ihrem Querschnitt ent­ sprechend gestaltet. Der breitere Rücken 31 gibt dem in seinem Bereich vorhandenen Gewindeprofil eine besondere Widerstandsfähigkeit.

Claims (9)

1. Selbstfurchende Schraube mit einem ein Gewinde (9) tragenden Schraubenschaft (1), der an seiner Einschraubseite (5) mit einem härtbaren, mehrere Gewindegänge aufweisenden Gewindeformteil ver­ sehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewindeformteil als flaches, längliches Einsatzteil (7, 15, 20, 26, 30) ausgebildet ist, das in eine axiale Nut (4, 19, 24, 25, 32) im Bereich der Einschraubseite (5) eingesetzt ist, bis in den Bereich der Stirnfläche (6) der Einschraub­ seite (5) reicht und an seiner axialen Außenseite dem in den Schraubenschaft (1) eingeformten Gewinde (9) derart folgt, daß das Gewinde (9) des Schraubenschaftes (1) harmonisch in das Gewinde­ profil entlang des Einsatzteiles (7, 15, 20, 26, 30) übergeht.

2. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatz­ teil (7, 15, 20, 26, 30) die Nut (4, 19, 24, 25, 32) bis zu deren der Stirn­ fläche (6) abgewandten Ende ausfüllt.

3. Schraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (4) entlang der einen Seite des Schraubenschaftes (1) mittig zu diesem verläuft.

4. Schraube nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (4) an der Stirnfläche (6) in einen diese quer durchsetzenden Schlitz (14) übergeht und das Einsatzteil (15) sich bis in den Schlitz (14) erstreckt.

5. Schraube nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der einen Seite des Schraubenschaftes (1) verlaufende Nut (4) über den Schlitz (14) in eine der ersteren Nut (4) symmetrisch gegenüber­ liegende zweite Nut (19) mit axialer Erstreckung übergeht und das Einsatzteil (20) sich über beide Nuten (4, 19) und den Schlitz (14) erstreckt.

6. Schraube nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Nut (24, 25) im wesentlichen gleich lang sind.

7. Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Einsatzteil (30) im Bereich seines Gewindeprofils einen gegenüber seiner inneren Seite verbreiterten Rücken (31) aufweist.

8. Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Einsatzteil (7, 15, 20, 26, 30) im Bereich der Stirnfläche (6) gegenüber der Nut (4, 19, 24, 25, 32) verkürzt ist und das überstehende Ende des Schraubenschaftes (1) zusammengedrückt ist.

9. Schraube nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Einsatzteiles (7, 15, 20, 26, 30) an der Stirnfläche (6) in seiner Mitte die größte Verkürzung aufweist.