DE69304631T2

DE69304631T2 - Selbstbohrende schraube

Info

Publication number: DE69304631T2
Application number: DE69304631T
Authority: DE
Inventors: Robert Brown; Frank Piacenti; William Sublett; John Williams
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 1992-02-03
Filing date: 1993-02-03
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2013-02-04
Also published as: CA2107588A1; AU3608393A; ES2092287T3; EP0579816B1; EP0579816A1; WO1993015327A1; MX9300597A; DE69304631D1; EP0579816A4; US5141376A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft selbstbohrende Schrauben und sie betrifft im einzelnen selbstbohrende Schrauben für Anwendungen an dünnem Metall.
Bei üblichen selbstbohrenden Schrauben bohrt die Bohrspitze ein Loch etwa der Größe des Kerndurchmessers der Schraube, das heißt, die Bohrspitze ist dazu bestimmt, die Wirkung eines separaten Bohrers zu verdoppeln, der normalerweise ein Loch für eine übliche Schraube bohren könnte. Wenn solche selbstbohrenden Schrauben bei dünnen Metallanwendungen benutzt werden (Metallblech mit einer Dicke unter 0,15 cm oder .060 inch), dann schwankt die Lochgröße von Schraube zu Schraube und demzufolge schwankt auch das Drehmoment zum Überdrehen von Loch zu Loch. Wenn selbstschneidende Schrauben in dünnen Wänden verwendet werden, dann schneiden die Schrauben das Material nicht zu 100 % der Zeit und wenn sie es tun, dann ist das Drehmoment zum Überdrehen sehr gering. Dieses Problem wird immer mehr akut, da die Dicke von Metallblech aufgrund von Marktanforderungen abnimmt.
WO 90/11458 beschreibt und beansprucht eine selbst-gewindeschneidende Bohrschraube mit einem maximalen Gewindedurchmesser von annähernd 6 mm, die in ein Metallblech 12 mit einer maximalen Dicke von etwa 1 mm eingeschraubt werden kann. Sie umfaßt einen geschlitzten Kopf 2 und einen Gewindeschaft 3, der an einem zylindrischen Teil 15 angebracht ist, der einen Durchmesser hat, der geringer ist als der Flankendurchmesser des Gewindeschaftes und der in einen konischen Gewindeschneid-Teil übergeht. Der Gewindeschaft geht in den zylindrischen Teil über einen Konus über; der sich über etwa 4 Gewindegänge 4 hinwegerstreckt und der etwa viermal so lang ist wie die Dicke des Metallbleches. Der Gewindeschneid-Teil endet in einer ballig gedrehten Reibfläche 7, deren Radius (R) etwa 0,5 mm beträgt. Die gesamte Schraube ist einstückig aus abgeschrecktem und anschließend gezogenem Stahl mit einer Zugfestigkeit von bis zu etwa 1400 N/mm² oder aus einem Kohlenstoffstahl hergestellt.
Der vorliegenden Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine selbstbohrende Schraube für dünne Wände anzugeben, die ein gleichmäßiges und wesentlich höheres Drehmoment zum Überdrehen aufweist.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, für solche Schrauben die Verhältnisse des Eindrehens zum Überdrehen zu verbessern.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform zieht die Erfindung eine selbstbohrende Schraube für Anwendungen in dünnem Metall in Betracht, die folgende Teile umfaßt:
- einen mittleren, nicht konischen Gewindeabschnitt,
- einen Kopf an einem Ende des genannten mittleren Abschnittes,
- eine lochschneidende Spitze zum Schneiden eines Loches, das wesentlich kleiner ist als der Außendurchmesser des genannten mittleren Abschnittes und
- einen verlängerten Konus, der die Spitze und den mittleren Abschnitt verbindet und mehrere Gewindegänge hat, von denen jeder mehrere Stauchlappen aufweist,
- wobei die Anzahl der Gewindegänge innerhalb des verlängerten Konus so ausgewählt ist, daß das Metallblech rund um das Loch herum nach außen in die Gewindeform der Schraube gestaucht wird.
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird nun eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schraube beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer selbstbohrenden Schraube, die nach den Lehren der Erfindung hergestellt worden ist;
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Schneidendes der selbstbohrenden Schraube, die in Fig. 1 dargestellt ist;
Fig. 3 eine Ansicht gemäß der Schnittlinie 3-3 in Fig. 2; und
Fig. 4 eine Darstellung, die die Wirkung der selbstbohrenden Schraube dann darstellt, wenn sie in das dünne Blech hineingelangt.
Die selbstbohrende Schraube 10 (Fig. 1) hat einen mittleren, nicht konischen Gewindeabschnitt 12 zwischen einem Kopf 14 an einem Ende und einem konischen Abschnitt 16 am anderen Ende. Der Konus (Fig. 2) erstreckt sich über mehrere Gewindegänge (6 bis 7 bei der dargestellten Ausführungsform und vorzugsweise 4 oder mehr) und dann zur Vorderkante 19 der Schneidspitze 20. An den Gewindegängen 18 innerhalb des Konus sind 3 Reihen von um 120º zueinander versetzten Stauchlappen 22 (Fig. 3) vorgesehen, um ein Öffnen des Materials zu unterstützen und um einen geeigneten Gewindeschneidvorgang zu fördern. Es kann sich auch als wünschenswert erweisen, diese Stauchlappen längs der gesamten Schraube anzuordnen.
Die Spitze 20 der selbstbohrenden Schraube hat einen Durchmesser, der wesentlich kleiner ist als der Durchmesser des nicht konischen Gewindeabschnittes (etwa 55 % des Außendurchmessers des nicht konischen Gewindeabschnittes) und bohrt ihr eigenes Loch in das dünne Metallblech 24. Dies könnte beispielsweise dadurch erreicht werden, daß eine Schneidspitze Nr.4 bei einer Schraube der Größe 8 angewendet wird. "Dünn" bezeichnet allgemein Bleche, die eine Dicke von nicht mehr als 0,15 cm (.060 inch) haben und wie dies dargestellt ist, liegt die Dicke des Bleches 24 bei etwa 0,07 cm (.030 inch) und entspricht in etwa einer einzigen Ganghöhe. Wenn der verlängerte Konus mit dem dünnen Metallblech in Eingriff kommt (Fig. 4), dann wird das Metall aufgrund der leichten Konusneigung allmählich vom Loch nach außen in die Gewindeform der Schraube gedrückt oder gestaucht, wobei die tatsächliche Dicke des Bleches im Bereich der Schraube erhöht wird, so daß eine sehr sichere und enge Anpassung an den Kerndurchmesser der Schraube erzielt wird. Um den Eingriff zu maximieren, ist das gebildeten Gewinde ein Maschinen-Gewinde (bei der offenbarten Ausführungsform sind UNF Feingewinde dargestellt).
Das Überdreh-Drehmoment wird bei dieser Konstruktion relativ zu üblichen, selbstbohrenden Schrauben erheblich erhöht (bis zu 5,5 Mal höher). Bei diesem höheren, erzielten Überdreh-Drehmoment kann die Schraube mit höheren Drehzahlen angetrieben werden, wobei die Notwendigkeit vermieden wird, die Antriebsgeschwindigkeit und das Drehmoment dann zu vermindern, wenn der Kopf mit der Oberfläche in Berührung kommt. Dies führt dazu, daß das Verhältnis des Eindreh-Drehmoments zum Uberdreh-Drehmoment gegenüber üblichen Konstruktionen erheblich verbessert wird (bis zu einem Verhältnis 5:1).

Claims

1. Selbstbohrende Schraube (10) für Anwendungen in dünnem Metall, umfassend

- einen mittleren nicht konischen Gewindeabschnitt (12),

- einen Kopf (14) an einem Ende des mittleren Abschnittes (12),

- eine lochschneidende Spitze (20) zum Schneiden eines Loches, das wesentlich kleiner ist als der Außendurchmesser des mittleren Abschnittes (12), und

- einen verlängerten Konus (16), der die Spitze (20) und den mittleren Abschnitt (12) verbindet und mehrere Gewindegänge hat, von denen jeder mehrere Stauchlappen (22) aufweist,

- wobei die Anzahl der Gewindegänge innerhalb des verlängerten Konus (16) so ausgewählt ist, daß das Metallblech rund um das Loch herum nach außen in die Gewindeform der Schraube (10) gestaucht wird.

2. Selbstbohrende Schraube nach Anspruch 1. wobei das Gewinde ein Maschinen-Gewinde ist.

3. Selbstbohrende Schraube nach Anspruch 2, wobei der verlängerte Konus (16) wenigstens 4 Gewindegänge umfaßt.

4. Selbstbohrende Schraube nach Anspruch 1, wobei die vordere Kante (19) der Schneidspitze (20) auf dem Konus (16) liegt.

5. Selbstbohrende Schraube nach Anspruch 1, wobei der Außendurchmesser der Spitze (20) etwa 55 % des Außendurchmessers des nicht konischen Gewindeabschnittes (12) beträgt.