DE7530552U

DE7530552U - Bohrschraube

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Publication number: DE7530552U
Application number: DE7530552U
Authority: DE
Original assignee: Textron Inc
Current assignee: Textron Inc
Priority date: 1974-09-27
Filing date: 1975-09-26
Publication date: 1976-10-21
Also published as: GB1508619A; CA1036851A; DE2543042A1; CH589238A5; US3924508A; AU8474675A; BR7506166A; SE7510830L; ZA755893B; FR2286308A1

Description

Bohrschraube

Die ständige Weiterentwicklung der üohrschraubentechnik hat zu einer ständig zunehmenden Erweiterung der Anwendungsbereiche von Lohrschrauben geführt. Hierzu hat auch die Tatsache beigetragen, daß in zunehmendem Ausmaß Holz als Konstruktionswerks toi f durch Iletall ersetzt wird, insbesondere bei Außenverkleidungen der Wände von Gebäuden, Dächern, Eindeckungen und dergleichen.

Sines der Probleme, die sich im Zusammenhang mit dem zunehmenden Einsatz von Bohrschrauben ergeben haben, besteht darin, daß es erforderlich ist, den verschiedenen Teilen ein und derselben Bohrschraube unterschiedliche Eigenschaften zu verleihen. Beispiels\;eise muß der freiliegende Schraubenkopf häuiig gegen Witterungseinflüsse geschützt sein, während das den Bohrer bildende ünde außerordentlich hart sein muß, damit es die miteinander zu verbindenden Werkstücke durchdringen kann. Gleichzeitig kann es erforderlich sein, dafür zu sorgen, daß der mittlere Gewindeabschnitt eine hohe Haltefestigkeit besitzt oder eine harte Oberfläche aufweist, damit das gebohrte

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Loch mit Gewinde versehen werden kann, oder daß der Gewindeabschnitt korrosionsbeständig ist, wenn ein Teil des Gewindeabschnitts Bedingungen ausgesetzt ist, die zu einer Korrosion führen können. Werkstoffe, die solche unterschiedlichen Eigenschaften besitzen, stehen entweder nicht zur Verfügung, oder sie sind außerordentlich selten und daher teuer. Schließlich kann die Wärmeb handlung, mittels welcher einem bestimmten Abschnitt einer Bohrschraube die gewünschten Eigenschaften verliehen werden, eine Beeinträchtigung der Eigenschaf Lon herbeiführen, die bei einem anderen Teil der gleichen Bohrschraube erwünscht sind.

Zur Verwendung in der Luft- und Raumfahrtindustrie sind zwar bereits hochfeste Nieten und Kopfschrauben (GB-PS 1 252 013) aus Abschnitten (z.B. Kopf und Schaft) unterschiedlicher, an die Bedürfnisse der Verwendung und der Herstellung angepaßten Metalle, welche mit Hilfe eines Reibungs- bzw, Trägheitsschweißverfahrens miteinander verbunden sind, hergestellt worden, doch ist bis jetzt aus vielerlei Gründen nicht versucht worden, entsprechende Maßnahmen bei Bohrschrauben anzuwenden, die auf einem anderen Gebiet der Technik und bis jetzt noch nicht auf dem Gebiet der Luft- und Raumfahrttechnik angewendet werden.

Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Bohrschraube anzugeben, die die gestellten Forderungen besser als die bekannten Bohrschrauben erfüllt.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, dafür zu sorgen, daß verschiedene Abschnitte einer Bohrschraube im Vergleich zu ihnen benachbarten Abschnitten veitgehend andere Eigenschaften und Merkmale aufweisen. Durch die Erfindung ist eine Bohrschraube geschaffen Av'orclen, die sich aus verschiedenen Metallen zusammensetzt und so gestaltet ist, daß sich sowohl eine Korrosionsfestigkeit als auch die erwünschten Festigkeitseigenschaften erzielen lassen. Weiterhin ist durch die Erfindung eine Bohrschraube geschaffen worden, bei der sich die verschiedenen Abschnitte gesondert einer Wärmebehandlung unterziehen lassen, bevor diese Abschnitte miteinander verbunden worden sind, oder

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nachdem die Abschnitte bereits miteinander vereinigt wurden. Diese Möglichkeit der Durchführung einer Wärmebehandlung gestattet es, die Eigenschaften der verschiedenen Abschnitte einer Bohrschraube innerhalb sogar noch größerer Bereiche zu variieren, ',ve η η es zu bestimmten Zwecken erforderlich ist, ungewöhnliche Eigenschaften zu erzielen, zu deren Erzielung kostspielige und schwer zu beschaffende Metalle benötigt werden, ermöglicht es die Erfindung, ein solches Metall zu verwenden, jedoch nur bei einem bestimmten Teil einer Bohrschraube, so daß sich die Werkstoffkosten und die Schwierigkeiten bei der Materialbeschaffung auf ein Minimum zurückführen lassen. Die Verwendung voneinander getrennter Bestandteile ermöglicht es ferner, gegebenenfalls die Möglichkeiten zum Aufspritzen von Überzügen in einem maximalen Ausmaß nutzbar zu machen.

Genauer gesagt, ist durch die Erfindung eine Bohrschraube geschaffen worden, bei der ein erster Abschnitt aus einem ersten Material besteht und mit Hilfe eines ?teibungs- bzw. Trägheitsschweißverfahrens mit einem aus einem zweiten Material hergestellten weiteren Teil der Bohrschraube verbunden worden ist. Hierbei ist es möglich, die Schweißstelle zwischen dem Kopf und dem Gewindeschaft oder zwischen dem Gewindeschaft und dem als Bohrer wirkenden Schneidteil oder zwischen den Enden des Gewindeschaftes anzuordnen. Bei dem ersten Abschnitt odor Teil handelt es sich um den Schraubenkopf oder aber um den Schraubenkopf und einen Teil des Gewindeschaftes oder um den Kopf und den gesamten Gewindeschaft, während der zweite Abschnitt oder Teil durch den Gewindeschaft und das zum Bohren dienende Ende oder durch einen Teil des Gewindeschaftes und den Bohrerabschnitt oder nur durch den Bohrerabschnitt gebildet wird. Bei einer bestimmten Ausführungsform ist es möglich, den Schraubenkopf mit einer Aussparung zum Aufnehmen der Schweißstelle und des ihr benachbarten Endes des Gewindeschaftes zu versehen.

Die Erfindung wird im folgenden mit weiteren Einzelheiten anhand schematischer Seichnungen an Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

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Fig. 1 eine Seitenansicht einer Bohrschraube mit einer dem Schraubenkopf benachbarten Verbindungsstelle;

Fig. 2 eine auseinandergezogene, teilweise als Längsschnitt und teilweise als Ansicht gezeichnete Darstellung der Bohrschraube nach Fig. 1;

Fig. J eine Seitenansicht einer Bohrschraube mit einer dem Schneidteil benachbarten Verbindungsstelle; und

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Bohrschraube mit einer zwischen den Enden des Gewindeschaftes liegenden Verbindungsstelle.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte, insgesamt mit 10 bezeichnete Bohrschraube ist als zusammengesetzte Bohrschraube ausgebildet, die aus mindestens zwei Abschnitten besteht, welche mit Hilfe eines Heibungs- bzw. Trägheitsschweißverfahrens miteinander verbunden worden sind. Zu der Bohrschraube 10 genuinen ein Kopfabschnitt 12 und ein mit Gewinde versehener Schaft- bzw. Einschraubabschnitt IS₁ der mit einem einen Bohrer bildenden An-. satz 20 versehen ist.

In Fig. 1 und 2 ist eine Bohrschraube 10 dargestellt, bei der mit Hilfe eines .'."ieibungs- bzw. Trägheitsschweißverfahrens eine Verbindung zwischen dem Kopfabschnitt 12 und dem einschraubbaren Gewindeabschnitt 18 hergestellt ist. Genauer gesagt, weist die Bohrschraube 10 einen Sechskantkopf 12, einen Gewin:eschaft 14 und ein Eintrittsende 16 auf. Der Gewindeschaf τ. 14 ist mit Gewinde versehen, während das Jjintrittsende 16 einen einen Bohrer bildenden Ansatz 20 auf v/eist, wie es bei Bohrschrauben üblich ist.

Der Kopfabschnitt 12 weist auf seiner Unterseite gemäß Fig. 2 eine Aussparung 22 mit einer abgeschrägten Vand auf. Der Kopfabschnitt ist mit dem Schaftabschnitt 14 gemäß Fig. 1 durch eine mit Hilfe eines Reibungs- bzw. Trägheitsschweißverfahrens hergestellte Schweißverbindung W verbunden. Diese Schweißverbindung \örd innerhalb der Aussparung 22 hergestellt, so daß der während des Schweißvorgangs entstehende Grat von der Aus-

:.,;'.:ii_L>" '.'".' ;ui^v ;cno:;i::'en wird, und da.3 es, wenn überhaupt, so nur ui einem !minimalen Ausmaß erforderlich ist, Entgratungsarbeiten auszuführen. Normalerveise ist es schwierig, mit Hilfe eines Gowindewalzverfahrens ein Gewinde herzustellen, das sich unmittelbar bis zum Kopf einer Bohrschraube erstreckt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 kann das Gewinde jedoch unmittelbar an dem ICopfabschnitt beginnen, so daß eine maximale Einschraublänge zur Verfügung steht.

Der Kopfabschnitt 12 wird normalerweise aus einem Metall hergestellt, das die gewünschte Korrosionsfestigkeit besitzt, während der Schaftabschnitt 14 und das üintrittsende 16 aus einem Metall hergestellt sind, das die Herstellung eines Gewindes von hoher Festigkeit und einer Bohrspitze von großer Härte ermöglicht. Der Schaftabschnitt 14 und das Eintrittsende 3 6 werden normalerweise aus einem einzigen Itohteil unter Anwendung eines Kaltstauchverfahrens oder d^rgl. hergestellt.

Gemäß Fig. 3 ist es jedoch möglich, auf ähnliche Weise eine Bohrschraube 10 dadurch herzustellen, daß man mit Hilfe eines Reibungs- bzw. Trägheitsschweißverfahrens das aus einem ersten Metall bestehende iCintrittsende 26 mit einem aus einem zweiten Metall hergestellten Kopf- und Schaftabschnitt zu verbinden. Diese Ausführungsform einer Bohrschraube könnte in Fällen verwendet v/erden, in denen man eine außergewöhnlich harte Bohrspitze benötigt, oder in denen ein erheblicher Teil des Kopf- und Schaftabschnitts der Gefahr einer Korrosion ausgesetzt ist. Gemäß Fig. 3 sind der Kopf- und Schaftabschnitt 24 mit dem Eintrittsabschnitt 26 durch eine mit Hilfe eines y.eibungs- bzw. Trägheitsschweißverfahrens hergestellte Schweißstelle V miteinander verbunden. Zu dem Abschnitt 2<i gehört ein Kopiabschnitt 28, der mit einem Gewindeabschnitt 30 zusammenhängt, und der Abschnitt 24 ist auf bekannte V'eise mit Hilfe eines Kaltstauchverfahrens geformt, während das Gewinde durch Einwalzen hergestellt ist. Zu dem Eintrittsabschnitt 26 gehört eine Bohrerspitze 2, und dieser Eintrittsabschnitt wird ebenfalls im Wege des Kaltstauchens oder dergl. hergestellt.

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Gemäß Fig. 4 kann eine mit Hilfe eines Keibungs- bzw. Trägheitsschweißverfahrens hergestellte Schweißstelle W auch dazu dienen, einen mit Gewinde versehenen Eintrittsabschnitt 34 mit einem Kopf- und Gewindeabschnitt 36 zu verbinden. Gemäß Fig. gehören zu dem Abschnitt 36 ein Kopfabschnitt 33 und ein damit zusammenhängender Teil 40 des Gewindeabschnitts. Der verbleibende Teil 4? des Gewindeabschnitts hängt mit dem Eintrittsende 44 zusammen, das mit einer Bohrerspitze 46 versehen ist. Der Teil 40 des Gewindeabschnitts wird mit dem verbleibenden Teil 42 des Gewindeabschnitts mit Hilfe einer Reibungs- bzw. Trägheitsschweißstelle W verbunden. Kormalerweise wird bei der Ausführungsform der Bohrschraube 10 nach Fig. 4 das Gewinde eingewalzt, und nachdem der Teil Ί0 des Gewindeschaftes mit dem Schaftteil 42 mit Hilfe eines iteibungs- bzw. Trägheitsschweißverfahrens verbunden worden ist, wird eine Wärmebehandlung durchgeführt. Bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 und bzw. Fig. 3 wird der Schweißvorgang gewöhnlich durchgeführt, nachdem die betreffenden Teile der Bohrschraube die gewünschte Wärmebehandlung erfahren haben. "Natürlich ist es je nach den an die Bohrschraube gestellten Anforderungen auch möglich, diesen Verfahrensschritt abzuändern.

Die nachstehende Tabelle, der jedoch keine einschränkende Bedeutung zukommt, veranschaulicht einige mögliche Kombinationen von Metallen, die sich bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen von Bohrschrauben anwenden lassen. Außerdem ist es auf vorteilhafte V'eise möglich, Überzüge durch Aufspritzen aufzubringen. Beispielsweise kann man einen Schraubenkopf aus gewöhnlichem Stahl durch Aufspritzen mit einem Überzug aus einem korrosionsbeständigen Material versehen, und den Kopf mit Hilfe eines lleibungs- bzw. Trägheitsschweißverfahrens mit einem Gewindeschaft aus einem gehärteten Kohlenstoffstahl verbinden. Alternativ ist es möglich, einen Schraubenkopf aus einem gewöhnlichen Metall, bei dessen Verwendung si- h bei der Anwendung des Trägheitsschweißverfahrens Schwierigkeiten ergeben, durch Aufspritzen mit einem Überzug zu versehen; die während des Verbindens der beiden Teile entstehende hohe Temperatur

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bewirkt dann, da.?, der dünne aufgespritzte Überzug zum Schmelzen gebracht wird, so daß der Gewindeschaft mit dem freigelegten Netall des Kopfabschnitts verschweißt wird.

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Tabelle

Beispiele für zu kombinierende Metalle

Werkstoffe zur Ausv/ahl

cn cn ro

Larce der Schweißstelle

Zwischen Kopf und Schaft

Zwischen Schaft und Sintrittsende

Zv/ischen zv/ei Schaftteilen Kopf

Schaft

Eintrittsende

Nichtrostender Stahl der Serie 300 (USA), Honelmetall, Aluminiumlegierungen, Inconel (',/arenzcichen), Kupfer-Nickel-Legierungen

Kohlcnstoffstähle 1020 bis 1050 (UGA) Nichtrostender Stahl der Serie 400 (UCA)

Nichtrostender Stahl der Serie 304 und darüber (USA), Monelnetall, Kupfer-Nickel-Legierunden, Aluminiumlegierungen

Nichtrostender Stahl 321. (USA) , Stahl mit mittlei m bis hohem Kohlenstoffgehalt,

nichtrostender

;ahl

Kohlenstoffstähle 1020 bis 1050 (USA)

nichtrostender Stahl der Serie 400 (USA)

der Serie 400 (USA)

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Das Trägheitsschweiii verfahren wird mit Hilfe einer Ueibungsschweißvorrichtung durchgeführt, z.B. 'ler in der US-Patentschrift 3 304 313 beschriebenen, die zun Verarbeiten kleiner Gegenstände geeignet ist. Um mit Hilfe dieses Verfahrens eine Schweißverbindung herzustellen, wird normalerweise eines der zu verbindenden Teile mit einer außerordentlich hohen Drehzahl, gedreht, die sich in vielen Fällen 100 000 U/min nähert, das andere Teil wird so festgehalten, daß es sich nicht drehen kann, und dann werden die beiden Teile zusammengebracht, so daß sich die Energie der Drehbewegung dadurch in ','arme verwandelt, daß Reibungskräfte auftreten, sobald die beiden Teile in Ltrührung miteinander gebracht werden.

Ansprüche:

Claims

Schutzansprüche :

1. Bohrschraube mit einem Kopf (12; 28; 38), einem Gewindeabschnitt (14; 30; 40, 42) und einem Bohrerabschnitt (20; 32; 4 6) , dadurch gekennzeichnet , daß in an sich bekannter Weise wenigstens ein Abschnitt der Bohrschraube (10) aus einem ersten Material und wenigstens ein anderer Abschnitt aus einem sich von dem ersten Material unterscheidenden zweiten Material besteht, und daß die aus den unterschiedlichen Materialien bestehenden Abschnitte durch eine Reibungsschweißstelle (W) miteinander verbunden sind.

2. Bohrschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei unterschiedlichen Metallen besteht.

3. Bohrschraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kopf (12) aus dem ersten Metall besteht, und daß der Gewindeabschnitt (14) und der sich daran anschließende Bohrerabschnitt (20) aus dem zweiten Metall besteht.

4. Bohrschraube nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (12) auf seiner unteren Flachseite mit einer Aussparung (22) versehen ist, in der sich die Schweißstelle (W) zwischen Kopf (12) und Gewindeabschnitt (14) befindet.

5. Bohrschraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kopf (28) und ein erster Teil (40) des Gewindeabschnitts aus dem ersten Metall und der verbleibende Teil (42) des Gewindeabschnitts und der Bohrerabschnitt (46) aus dem zweiten Metall bestehen.

6. Bohrschraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kopf (38) und der Gewindeabschnitt (30) aus dem ersten Metall und der Bohrerabschnitt (32) aus dem zweiten Metall bestehen.

7. Bohrschraube nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch
gekennzeichnet , daß Durchmesser und Tiefe der Aussparung (22) auf der unteren Flachseite des Kopfs (12)
wenigstens dem Durchmesser und der Höhe der Schweißstelle (W) gleicht.

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