DE60035633T2

DE60035633T2 - Selbstschneidende Schraube für Metall mit sechs prismatisch geformten Kanten

Info

Publication number: DE60035633T2
Application number: DE60035633T
Authority: DE
Inventors: Carlo Sala
Original assignee: Sala Carlo Gambolo
Current assignee: Sala Carlo Gambolo
Priority date: 1999-04-02
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: EP1041300B1; ITMI990967A1; IT1313335B1; DE60035633D1; ES2291153T3; US6478520B1; EP1041300A1

Description

Bereich der Erfindung
Die Erfindung wird durch eine selbstschneidende Schraube repräsentiert, die zum Einsetzen in ein Loch von geeigneter Größe konstruiert ist, welches in einer Metallplatte (oder einem anderen Metallgegenstand) hergestellt ist, welche an dem freien Ende ihres Schaft sechs Vorsprünge ("Former" oder "Shaper") von prismatischer Form aufweist, die dahingehend konstruiert sind, durch Walzen die Wand des Lochs, in welches die Schraube eingesetzt ist, mit Gewinde zu versehen.
Frühere Technik
Selbstschneidende Schrauben (d.h. Schrauben, die dahingehend konstruiert sind, auf der Wand des Lochs, in welches sie eingesetzt sind, ein Gewinde herzustellen, welches ein Profil komplementär zu dem Gewinde aufweist, welches auf dem Schaft der Schraube vorliegt), sind seit langer Zeit bekannt, sind auf dem Markt weit verbreitet und in technischen Anwendungen zum Verbinden von Metallplatten oder Stücken aus metallischem Material, weit verbreitet verwendet.
Mit herkömmlichen selbstschneidenden Schrauben ist das Einsetzen der Schraube in das entsprechende Loch etwas problematisch, da es nötig ist, das Gewinde der Schraube in die Wand des Lochs zu drängen, um das erforderliche Gewinde herzustellen; zusätzlich eignen sich diese Schrauben nicht dazu, entweder als Einstellschrauben oder für Präzisions-Passungen verwendet zu werden, oder als Mittel zum reversiblen Verbinden, da das Schrauben und Lösen der Schraube im Allgemeinen ein rapides Ablösen des Gewindelochs verursacht.
Um solche Nachteile zu überwinden, wurden vielfältige Arten von selbstschneidenden Schrauben vorgeschlagen, welche sich voneinander hinsichtlich der Form und der Art der Benutzung unterscheiden; um nur ein nicht beschränkendes Beispiel anzugeben, werden selbstschneidende Schrauben genannt (gekennzeichnet durch das Vorliegen von längsgerichteten Nuten zur Abgabe des entfernten Materials) und Schrauben mit dreilappigem Querschnitt und gerundeten Spitzen.
Insbesondere wurden selbstschneidende Schrauben vorgeschlagen, deren Schaft an dem freien Ende zumindest einen Former von prismatischer Form aufweist, der dahingehend konstruiert ist, das Material, welches den mit Gewinde zu versehenden Körper darstellt, zu walzen, so dass entlang der Wand des Lochs (ohne Bedarf weiterer maschineller Bearbeitung) ein sehr widerstandsfähiges vollständiges Gewinde erhalten wird, wobei die die Gänge desselben intakten Fasern aufweisen und leicht gehärtet sind durch bei deren Ausbildung erzeugte Kompression.
Zusätzlich reduziert der zumindest eine Former von prismatischer Form die Reibung zwischen dem Gewinde der Schraube und der Wand des mit Gewinde zu versehenden Lochs, und reduziert demzufolge den zum Einsetzen und Schrauben der Schraube in dem Loch erforderlichen Aufwand; das gewalzte Material erhöht durch seine Entspannung um die Schraube herum den Koeffizient von Rückdreh-Reibung und bewirkt eine Außengewinde-Innengewinde-Passung, die (ziemlich) präzise ist, da das Innengewinde das Profil und die Dimensionen der Schraube beibehält.
Auf dem Markt erhältlich sind selbstschneidende Schrauben, welche vier Former von prismatischer Form aufweisen, bei welchen erwiesen ist, dass sie einen angemessenen Anteil der technischen Erfordernisse des Markts befriedigen; die Verwendung dieser Schrauben hat sich als besonders vorteilhaft zum Zusammenbau von Gegenständen erwiesen, die aus dünnem Plattenmaterial oder anderem metallischen Material mittels manueller, automatischer oder halbautomatischer Systeme mit hohen Produktionsraten hergestellt werden.
Studien und experimentelle Versuche, die durch den Anmelder durchgeführt wurden, haben es überraschenderweise ermöglicht, zu bemerken, dass:

– die Leistungsfähigkeit (bereits gut), die durch Verwendung der vorstehend genannten bekannten selbstschneidenden Schrauben erhalten wird, durch Erhöhung der Anzahl von Formern mit prismatischer Form, die an dem freien Ende des Schafts der Schraube vorliegen, von vier auf sechs weiter verbessert wird;
– eine weitere Erhöhung der Anzahl von Formern nicht weiter die Leistungsfähigkeit verbessert, die bei Verwendung dieser selbstschneidenden Schrauben erhältlich ist, sondern im Gegenteil nicht vernachlässigbare konstruktionelle und funktionelle Probleme verursacht, dies in erster Linie infolge der Schwierigkeit der Anordnung von acht (oder mehr) Formern entlang dem Außenumfang des freien Endes des Schafts der Schraube.

US-A-3 426 642 offenbart selbstschneidende Schrauben mit einem Gewinde, das mit einer Mehrzahl von diskreten Gewindeausbildungsvorsprüngen versehen ist, welche sich über den Außenumfang des Gewindes hinaus erstrecken. Wenn ein Loch mit Gewinde versehen wird, bilden solche Vorsprünge Freiräume, welche die Schrauben zur Verwendung als Einstellschrauben oder für präzise Passungen ungeeignet machen, wegen des schnellen Ablösens und des schnellen Verschleißes der Gewindeoberfläche, wenn diese mehrmals eingeschraubt und herausgeschraubt werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend genannten Nachteile zu überwinden.
Diese Aufgabe wird durch eine selbstschneidende Schraube gelöst, wie sie in Anspruch 1 beansprucht wird.
Die Former haben eine längliche Form, sind parallel zu der Symmetrieachse des Schafts der Schraube und sind auf den letzten vier Gängen (von drei bis fünf, vorzugsweise drei) hergestellt, von dem auf dem Schaft der Schaft ausgebildeten Gewinde, benachbart zu dem freien Ende des Schafts.
Liste von Figuren
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Beispiel einer Ausführungsform von nicht beschränkender Natur beschrieben, welche in den beigefügten Figuren dargestellt ist, wobei:
1 eine schematische Frontansicht des Endes des Schafts einer selbstschneidenden Schraube ist, welche gemäß der Erfindung hergestellt ist; und
2 eine schematische Seitenansicht der Schraube von 1 ist, mit dem Ziel, die sechs Former besser herauszustellen.
In den beigefügten Figuren werden entsprechende Elemente durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 stellt eine schematische Vorderansicht des Endes des Schafts 1 einer selbstschneidenden Schraube für Metall dar, welche gemäß der Erfindung hergestellt ist, die sechs Former 2 von prismatischer Form umfassen (wobei zwei von diesen in 1 nicht gezeigt sind, da sie durch den Schaft 1 verdeckt sind), die in regelmäßigen Abständen entlang des Außenumfangs des freien Endes 3 des Schafts 1 angeordnet sind; wobei die Former 2 eine längliche Form aufweisen, parallel zu der Symmetrieachse des Schafts 1 der Schraube sind und (vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, durch Prägen) auf den letzten wenigen Gängen des Gewindes 4 benachbart zu dem freien Ende 3 des Schafts 1 hergestellt sind.
In der bevorzugten Ausführungsform, die in den beigefügten Figuren dargestellt ist, sind die Former 2 auf den letzten drei Gängen des Gewindes 4 benachbart zu dem freien Ende 3 des Schafts 1 hergestellt, aber es können, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen, die Former 2 auf den letzten drei bis fünf Gängen des Gewindes 4 benachbart zu dem freien Ende 3 des Schafts 1 hergestellt sein.
Die sechs Former 2 sind in der Seitenansicht von 2 genauer zu sehen, wo nur ein Former durch die Bezugsziffer "2" aus Gründen der Einfachheit der grafischen Darstellung bezeichnet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein in 2 nachgezeichnetes ideales Segment zwischen den Scheiteln zweier benachbarter Former nicht tangential zu dem freien Ende 3 des Schafts 1: diese Tatsache reduziert die Reibung zwischen der externen Schraube und der internen Schraube in dem Moment der Ausbildung der internen Schraube selbst.
In dem Beispiel der Ausführungsform, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, weist das Ende des Schafts 1 eine geringfügig zulaufende Form auf, um einen "Einlaufbereich" auszubilden, welcher das Einführen der Schraube in das entsprechende Loch erleichtert: beginnend von dem freien Ende 3 des Schafts 1 weisen die letzten drei Gänge des Gewindes 4 einen progressiv zunehmenden Durchmesser und ein weniger abgerundetes Profil auf, während die drei Bereiche von prismatischer Form, welche jeden der Former 2 bilden, eine ansteigende Breite aufweisen, wie aus 2 einfach zu erkennen ist.
Die Verbesserungen hinsichtlich der Leistungsfähigkeit einer Schraube gemäß dieser Erfindung, welche sechs Former von prismatischer Form umfasst, wenn diese mit der Leistungsfähigkeit einer Schraube verglichen wird, welche vier Former von prismatischer Form umfasst, wird aus dem Vergleichstest klar ersichtlich, der in dem folgenden Beispiel beschrieben ist.
Beispiel 1
Zwei Serien von Tests wurden zum Messen der Schraublast unter Verwendung von Schrauben des Typs M6, Gewinde ISO 5542-65, SN-Schlitzzylinderkopfschrauben (slotted cheese-headed screw), durchgeführt, welche vier Former von prismatischer Form und sechs Former von prismatischer Form umfassen.
Die Tests wurden gemäß den UNI 7823.6-Standards-März 1994, durch Einsetzen von zehn Schrauben mit vier Formern und zehn Schrauben mit sechs Formern in Löcher mit einem Durchmesser von 5,5 mm durchgeführt, die unter Verwendung einer Schraub-Bohrspitze in einer extra weichen Stahlplatte (Härte: HRB: 70-85, HB: 125-165) mit einer Dicke von 6 mm hergestellt.
Die gefunden Werte werden in der nachfolgenden Tabelle gezeigt:

Test Nr. Vier Form. (N·cm) Sechs Form. (N·cm)

1 600 300

2 580 310

3 560 280

4 600 270

5 610 280

6 590 300

7 570 300

8 600 310

9 550 300

10 590 300
Aus der vorstehenden Tabelle kann erkannt werden, dass für eine Schraube mit sechs Formern die mittlere Schraublast etwa 295 N·cm ist, während die mittlere Schraubkraft für die entsprechende Schraube mit vier Formern ungefähr 585 N·cm ist.
Demzufolge ist für eine Schraube mit sechs Formern die mittlere Schraublast:

– ungefähr halb so groß wie die einer Schraube mit vier Formern;
– ungefähr 35 %-37 % der Anzugslast, die in den UNI-Standards 800-840 N·cm) angegeben ist, während für eine Schraube mit vier Formern dieses Verhältnis auf etwa 70 %-73 % ansteigt;

Für eine Schraube mit sechs Formern ist daher der Schraubvorgang so leicht, so dass dieser sowohl in dem Fall manuellen Zusammenbaus (wobei das Risiko, dass der Bediener Sehnenentzündung und/oder Spannung der oberen Glieder erleidet, verringert wird) als auch in dem Fall des Zusammenbaus mittels einer automatischen Maschine (wobei der Verbrauch der WerkzeugeP zum Schrauben reduziert ist) sehr vorteilhaft ist.
Darüber hinaus wurde herausgefunden, dass die Riss-(oder Ablöse-)Last einer Schraube mit sechs Formern die der entsprechenden Schraube mit vier Formern um ungefähr 20 % überschreitet.

Claims

Selbstschneidende Schraube für Metall, umfassend einen Schaft (1), der mit einem Gewinde (4) versehen ist, welches gewindebildende Vorsprünge (2) trägt, wobei der Schaft (1) ein geringfügig zulaufendes Ende aufweist, wobei die letzten drei Windungen des Gewindes (4) einen progressiv zunehmenden Durchmesser aufweisen, wobei sechs gewindebildende Vorsprünge (2) von prismatischer länglicher Form in gleichmäßigen Abständen entlang des Außenumfangs von jeder der letzten wenigen Windungen des Gewindes neben dem freien Ende (3) des Schafts (1) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die gewindebildenden Vorsprünge (2) sich nicht über den äußersten Umriss des Gewindes (4) hinaus erstrecken.
Selbstschneidende Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gewindebildenden Vorsprünge (2) entlang des Außenumfangs von jeder der letzten drei Windungen des Gewindes (4) ausgebildet sind.
Selbstschneidende Schraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (2) eine längliche Form aufweisen und parallel zu der Symmetrieachse des Schafts (1) sind.
Selbstschneidende Schraube nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein ideales Segment, welches zwischen den Spitzen von zwei benachbarten Vorsprüngen (2) verläuft, nicht das freie Ende (3) des Schafts (1) tangiert.