EP2044340A1 - Self-tapping drill screw - Google Patents

Self-tapping drill screw

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Publication number
EP2044340A1
EP2044340A1 EP07765246A EP07765246A EP2044340A1 EP 2044340 A1 EP2044340 A1 EP 2044340A1 EP 07765246 A EP07765246 A EP 07765246A EP 07765246 A EP07765246 A EP 07765246A EP 2044340 A1 EP2044340 A1 EP 2044340A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piece
screw
radial shoulder
sheet metal
screw according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07765246A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Achenbach
Eberhard Christ
Heinrich Friederich
Gottfried König
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ejot GmbH and Co KG
Original Assignee
Ejot GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ejot GmbH and Co KG filed Critical Ejot GmbH and Co KG
Publication of EP2044340A1 publication Critical patent/EP2044340A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B25/00—Screws that cut thread in the body into which they are screwed, e.g. wood screws
    • F16B25/10—Screws performing an additional function to thread-forming, e.g. drill screws or self-piercing screws
    • F16B25/106—Screws performing an additional function to thread-forming, e.g. drill screws or self-piercing screws by means of a self-piercing screw-point, i.e. without removing material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B25/00—Screws that cut thread in the body into which they are screwed, e.g. wood screws
    • F16B25/10—Screws performing an additional function to thread-forming, e.g. drill screws or self-piercing screws
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B23/00—Specially shaped nuts or heads of bolts or screws for rotations by a tool
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B25/00—Screws that cut thread in the body into which they are screwed, e.g. wood screws
    • F16B25/001—Screws that cut thread in the body into which they are screwed, e.g. wood screws characterised by the material of the body into which the screw is screwed
    • F16B25/0021—Screws that cut thread in the body into which they are screwed, e.g. wood screws characterised by the material of the body into which the screw is screwed the material being metal, e.g. sheet-metal or aluminium

Definitions

  • the invention relates to a screwed into a piece of sheet metal hole and wind-forming screw with a tool holder having head, a threaded shaft, a slightly conically tapered hole forming part and a punch.
  • Such a screw is known from European Patent 0 464 071 Bl.
  • a perforated friction member is used, which is designed as a tapered piece, which terminates in a rounded tip. This tip is placed on a piece of sheet metal, so that upon rotation of the screw, the material of the sheet metal piece is soft and the cone piece can penetrate the piece of sheet metal, whereby a hole in the piece of sheet metal is formed.
  • the conical piece is followed by a substantially slimmer conical hole forming part, which penetrates into the hole formed by the perforated friction part and then expands it to its largest diameter under frictional heat by the rotation of the screw.
  • a passage is formed from the material of the sheet metal part, which extends on both sides of the sheet metal part, in particular also on that side from which the screw is placed on the sheet metal part. The passage on this page is undesirable in many cases.
  • the invention has for its object to provide a hole- and thread-forming screw with which when creating a hole in a piece of sheet metal for later screwing a thread a passage essentially only on that side is turned away from the touchdown of the screw on the piece of sheet metal ,
  • the screw should be designed so that the heat necessary for the formation of the hole in a particularly short time after placement of the screw on the piece of sheet metal can be generated.
  • the perforated friction member is formed as a radial shoulder, which surrounds a piece of gel piece which can be placed on the sheet piece coaxially, has a relative to the cone piece substantially larger diameter and passes over a rounded edge of the ring in the hole molding.
  • the screw according to the invention exerts with its designed as a radial shoulder hole friction part when pressing the screw on the piece of sheet pressure, which gives the softened in the rotation of the screw due to frictional heat material of the piece of sheet tendency, in front of the radial shoulder in the direction of the pressure exerted on the piece of sheet metal pressure to avoid and thus form a passage with a clean edge, which does not bother normal on the side facing away from the screw of the piece of sheet metal, but in any case does not have the tendency to extend to the Aufsetzseite of the piece of sheet out.
  • the radial shoulder This can be designed so that it extends substantially at an angle of 90 ° to the screw axis. On the other hand, it is also possible to form the radial shoulder as a blunt cone. In this design, a particularly favorable effect on the flow behavior of the material of the sheet metal piece results.
  • the radial shoulder concave arched run.
  • the individual design of the radial shoulder then depends essentially on the material of the sheet metal piece. Furthermore, the design of the radial shoulder has a favorable influence on the pressure to be applied and the rotational speed.
  • the conical piece can be left to run off in a blunt rounded end piece, as disclosed, for example, in EP 0 464 071 B1. You can also run the cone piece in a tip, which then, however, a relatively large pressure on the tip must be exercised to form a hole.
  • Another particularly advantageous design of the cone piece is to give it a coaxial depression which is surrounded by a blunt edge whose outer diameter (d) is 0.35 to 0.7 times smaller than the largest diameter (D). of the hole molding.
  • Figure 1 shows the screw in perspective view
  • Figure 2 is a section along the line H-II of Figure 1 with radially extending radial shoulder;
  • FIG. 3 shows a similar section with a conically extending radial shoulder
  • Figure 4 shows a similar section with concave radial shoulder
  • FIG. 5 shows a similar section with rounded curvature projecting with respect to the radial shoulder;
  • FIG. 6 shows the perforated friction part with a tapered piece extending in a point;
  • Figure 7 is a perforated friction member with a cone piece with coaxial recess
  • Figure 8 is a section along the line VIII-VIII of Figure 7;
  • the hole and thread forming screw 1 according to the invention is shown in a perspective view.
  • the screw has the screw head 2, the threaded shaft 3 and the hole-forming part 4, to which the perforated friction part 5 is preset.
  • the punch friction part consists of the radial shoulder 6 and the cone piece 7.
  • the cone piece 7 is placed on the piece of sheet metal and set in rotation. Due to the resulting frictional heat, the cone piece 7 penetrates into the piece of sheet metal until the radial shoulder 6 also impinges on the piece of sheet metal and ensures with its relatively large diameter for rapid heating of the relevant area of the piece of sheet metal.
  • the radial shoulder 6 presses the softened material from the piece of sheet metal in front of it, ie in the direction of the screw 1 side facing away from the piece of sheet metal, so that a molded from the softened material of the piece of sheet passage substantially on this side facing away from the screw of the piece of sheet metal forms (see Figures 9a to c).
  • the radial shoulder thus has a double function, since on the one hand provides a favorable way for rapid heating of the material of the piece of sheet metal and on the other hand, the heated and thus softened material from the piece of sheet in front of him pushes on the side facing away from the screw of the piece of sheet metal.
  • the cone piece 7 used in the screw 1 according to Figure 1 has a rounded end 7a, which ensures that when placed on a piece of sheet metal at a correspondingly high pressure on the piece of sheet quickly results in a surface contact and thus corresponding friction heat. This is particularly advantageous when it comes to screwing the screw 1 in a sheet metal piece consisting of relatively hard material, that is, for example, a sheet metal piece made of steel.
  • This design has the consequence that initially only the central cone piece 10 penetrates into the material of the sheet metal piece, until then the radial shoulder 9 touches down with its inner region and presses with increasing diameter on the edge of the resulting hole, resulting in a transition to a greater compressive stress yields and finally on reaching the outer edge of the radial shoulder 9, the greatest pressure is exerted on the piece of sheet metal.
  • Figure 4 shows a section similar to that of Figure 2.
  • the radial shoulder 11 of the perforated friction member 12 extends concavely, whereby the transition of the friction load from the region of the central cone piece 13 to the radial shoulder 11 is further equalized.
  • FIG. 1 A special design of the perforated friction part is shown in FIG.
  • the concavely curved radial shoulder 11 at its outer edge goes into a jumping ring edge 14 via, which traps the material which has become movable when softening the material of the piece of sheet material, so to speak, and holds it together, whereby this is almost entirely available to a pull which forms on the side of the piece of sheet facing away from the screw.
  • FIG. 15 Another variant of the cone piece is shown in FIG.
  • the cone piece 15 shown here terminates in a point 16 which, especially when the screw is used, is supported on relatively soft material, e.g. Aluminum, is advantageous.
  • FIG. 7 A particular design of the cone piece is shown in Figures 7 and 8, wherein Figure 8 shows a section along the line VIII-VIII of Figure 7.
  • the cone piece 17 at its end a coaxial recess 18 which is surrounded by a blunt edge 19.
  • This blunt edge 19 has an outside diameter of 2 mm with respect to a maximum diameter of the cone piece 17 of 5 mm. Due to the blunt edge 19 is obtained when placing the cone piece 17 on a piece of sheet metal immediately a relatively large area and a correspondingly large heating during rotation of the screw, which greatly facilitates their penetration into the piece of sheet metal.
  • the recess 18 is formed by a short bore, which is about 2 mm deep.
  • FIGS. 9a, b and c show screwing a screw into a piece of sheet metal 20 and forming a passage 22, the design of a screw shown in FIG. 1 being used as a basis.
  • the cone piece 7 rounded off at its end 21 has penetrated into the material of the piece of sheet metal 20 and has softened accordingly.
  • the cone piece 7 has completely penetrated the sheet metal piece 20.
  • the threaded shaft 3 has penetrated the sheet metal piece 20 and thereby generated the passage 22, which is here exclusively on the side that the touchdown the screw is turned away on the sheet metal piece 20.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

The invention relates to a self-tapping drill screw (1) which can be screwed into a metal sheet (20) comprising a slotted head (2) and a threaded shank (3), a slightly tapered tapping part and a friction part (5, 8, 12) being slightly conical. The friction part comprises a radial shoulder designed as a hole and coaxially surrounding the conical part (7, 10, 13, 15, 17) and being attachable to the metal sheet (20), having a substantially larger diameter compared to the conical part and verging into the tapping part (14) via a rounded ring edge (14).

Description

Loch- und gewindeformende Schraube Hole and thread forming screw
Die Erfindung bezieht sich auf eine in ein Blechstück eindrehbare loch- und ge- windeformende Schraube mit einem eine Werkzeugaufnahme aufweisenden Kopf, einem Gewindeschaft, einem sich schwach konisch verjüngenden Lochformteil und einem Lochreib teil.The invention relates to a screwed into a piece of sheet metal hole and wind-forming screw with a tool holder having head, a threaded shaft, a slightly conically tapered hole forming part and a punch.
Eine derartige Schraube ist aus der europäischen Patentschrift 0 464 071 Bl bekannt. Bei dieser Schraube wird ein Lochreibteil verwendet, das als Kegelstück ausgebildet ist, das in einer abgerundeten Spitze ausläuft. Diese Spitze wird auf ein Blechstück aufgesetzt, so dass bei Rotation der Schraube das Material des Blechstücks weich wird und das Kegelstück das Blechstück durchdringen kann, womit ein Loch in dem Blechstück ausgeformt ist. An das Kegelstück schließt sich stufenlos ein als wesentlich schlanker ausgebildetes konisches Lochformteil an, das in das vom Lochreibteil gebildete Loch eindringt und dieses dann bis auf seinen größten Durchmesser unter Reibungshitze durch die Rotation der Schraube ausdehnt. Dabei bildet sich aus dem Material des Blechteils ein Durchzug aus, der sich auf beide Seiten des Blechteils erstreckt, insbesondere also auch auf diejenige Seite, von der her die Schraube auf das Blechteil aufgesetzt wird. Der Durchzug auf dieser Seite ist jedoch in vielen Fällen unerwünscht.Such a screw is known from European Patent 0 464 071 Bl. In this screw, a perforated friction member is used, which is designed as a tapered piece, which terminates in a rounded tip. This tip is placed on a piece of sheet metal, so that upon rotation of the screw, the material of the sheet metal piece is soft and the cone piece can penetrate the piece of sheet metal, whereby a hole in the piece of sheet metal is formed. The conical piece is followed by a substantially slimmer conical hole forming part, which penetrates into the hole formed by the perforated friction part and then expands it to its largest diameter under frictional heat by the rotation of the screw. In this case, a passage is formed from the material of the sheet metal part, which extends on both sides of the sheet metal part, in particular also on that side from which the screw is placed on the sheet metal part. The passage on this page is undesirable in many cases.
Bei einem als Reibschweißbolzen ausgebildeten Befestigungselement hat man bereits gemäß dem deutschen Gebrauchsmuster 20 2005 017 524.2 eine Gestaltung vorgesehen, bei der eine stumpfe Spitze eines kegligen Endes des Bolzens aufgrund entsprechend schneller Rotation und Druck des Bolzens gegen ein Werkstück dessen Oberfläche zum Schmelzen bringt, wobei das erschmolzene Material seitlich wegfließen kann. Die stumpfe Spitze ist von einer Schulter mit einer koaxialen Hohlkehle umgeben, die aufgeschmolzenes Material aufnimmt. Diese Gestaltung ist jedoch nicht geeignet, als loch- und gewindeformende Schraube verwendet zu werden, da bei ihrer Verwendung die Durchdringung ei- nes Bauteils, auf das das Befestigungselement aufgesetzt ist, gerade vermieden werden soll.In a trained as Reibschweißbolzen fastener has already been provided according to the German Utility Model 20 2005 017 524.2 a design in which brings a blunt tip of a conical end of the bolt due to correspondingly rapid rotation and pressure of the bolt against a workpiece whose surface melts, the melted Material can flow away sideways. The blunt tip is surrounded by a shoulder with a coaxial groove that receives molten material. However, this design is not suitable to be used as a hole- and thread-forming screw, as in their use, the penetration of a component on which the fastener is placed, just to be avoided.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine loch- und gewindeformende Schraube zu schaffen, mit der beim Erzeugen eines Loches in einem Blechstück zum späteren Einschrauben eines Gewindes ein Durchzug im Wesentlichen nur auf derjenigen Seite entsteht, der der Aufsetzseite der Schraube auf das Blechstück abgewandt ist. Darüber hinaus soll die Schraube so gestaltet sein, dass die zur Bildung des Loches notwendige Wärme in besonders kurzer Zeit nach dem Aufsetzen der Schraube auf das Blechstück erzeugbar ist.The invention has for its object to provide a hole- and thread-forming screw with which when creating a hole in a piece of sheet metal for later screwing a thread a passage essentially only on that side is turned away from the touchdown of the screw on the piece of sheet metal , In addition, the screw should be designed so that the heat necessary for the formation of the hole in a particularly short time after placement of the screw on the piece of sheet metal can be generated.
Gemäß der Erfindung geschieht dies dadurch, dass das Lochreibteil als Radialschulter ausgebildet ist, die ein auf das Blechstück aufsetzbares Kegelstück ringartig koaxial umgibt, einen gegenüber dem Kegelstück wesentlich größeren Durchmesser besitzt und über eine abgerundete Ringkante in das Lochformteil übergeht.According to the invention, this is done in that the perforated friction member is formed as a radial shoulder, which surrounds a piece of gel piece which can be placed on the sheet piece coaxially, has a relative to the cone piece substantially larger diameter and passes over a rounded edge of the ring in the hole molding.
Die erfindungsgemäße Schraube übt mit ihrem als Radialschulter ausgebildeten Lochreibteil beim Aufdrücken der Schraube auf das Blechstück einen Druck aus, der dem bei der Rotation der Schraube aufgrund von Reibungswärme erweichten Material des Blechstücks die Tendenz gibt, vor der Radialschulter in Richtung des auf das Blechstück ausgeübten Druckes auszuweichen und damit einen Durchzug mit sauberer Kante auszubilden, der auf der der Schraube abgewandten Seite des Blechstücks normaler Weise überhaupt nicht stört, jedenfalls aber nicht die Tendenz besitzt, sich auch auf die Aufsetzseite des Blechstücks hin zu erstrecken. Es ergibt sich damit gewissermaßen eine zweistufige Behandlung des Blechstücks, in das zunächst durch Aufsetzen und Drehen der Schraube mit ihrem Lochreibteil ein Loch in das Blechstück getrieben wird, wobei die Radialschulter des Lochreibteils auf das Blechstück aufsetzt und auf dieses drückt, womit das aus dem Blechstück herausgeformte und durch Reibungswärme erweichte Material voll dem Durchzug auf der der Aufsetzseite der Schraube abgewandten Seite des Blechstücks zufließt, wonach das Lochformteil über die abgerundete Ringkante in das Loch gleitet und dieser und den Durchzug auf den größten Durchmesser des Lochformteils ausdehnt. Es ergibt sich damit im Wesentlichen ein Durchzug auf der der Schraube abgewandten Seite des Blechstücks, der darüber hinaus solide ausgebildet ist und keinerlei Ausfransung zeigt, wie dies sonst bei derartigen Durchzügen entstehen kann.The screw according to the invention exerts with its designed as a radial shoulder hole friction part when pressing the screw on the piece of sheet pressure, which gives the softened in the rotation of the screw due to frictional heat material of the piece of sheet tendency, in front of the radial shoulder in the direction of the pressure exerted on the piece of sheet metal pressure to avoid and thus form a passage with a clean edge, which does not bother normal on the side facing away from the screw of the piece of sheet metal, but in any case does not have the tendency to extend to the Aufsetzseite of the piece of sheet out. It thus results in a sense a two-stage treatment of the piece of sheet metal, in the first by placing and turning the screw with its perforated friction a hole is driven into the piece of sheet metal, wherein the radial shoulder of the perforated friction member touches the sheet metal piece and presses on it, whereby the molded out of the sheet piece and softened by frictional heat material flows fully through the passage on the side facing away from the screw side of the sheet piece, after which Hole molding slides over the rounded edge of the ring into the hole and this and the passage expands to the largest diameter of the hole molding. This results in essentially a passage on the side facing away from the screw of the piece of sheet metal, which is also solid and does not show any fraying, as may otherwise arise in such passages.
Für die Gestaltung der Radialschulter gibt es verschiedene Möglichkeiten. Diese kann so gestaltet sein, dass sie im Wesentlichen in einem Winkel von 90° zur Schraubenachse verläuft. Andererseits ist es auch möglich, die Radialschulter als stumpfen Konus auszubilden. Bei dieser Gestaltung ergibt sich eine besonders günstige Wirkung auf das Fließverhalten des Materials des Blechstücks.There are various possibilities for the design of the radial shoulder. This can be designed so that it extends substantially at an angle of 90 ° to the screw axis. On the other hand, it is also possible to form the radial shoulder as a blunt cone. In this design, a particularly favorable effect on the flow behavior of the material of the sheet metal piece results.
Es ist weiterhin auch möglich, die Radialschulter konkav gewölbt verlaufen zu lassen. Die individuelle Gestaltung der Radialschulter hängt dann im Wesentli- chen von dem Material des Blechstücks ab. Weiterhin werden von der Gestaltung der Radialschulter der aufzubringende Druck und die Drehzahl günstig beein- flusst.It is also possible to let the radial shoulder concave arched run. The individual design of the radial shoulder then depends essentially on the material of the sheet metal piece. Furthermore, the design of the radial shoulder has a favorable influence on the pressure to be applied and the rotational speed.
Eine gute Führung der Schraube bei ihrem Eindrehen ergibt sich dadurch, dass das Kegelstück gegenüber der Radialschulter axial vorspringt, da dann das Kegelstück nach seinem Aufsetzen auf ein Blechstück eine gewisse Zentrierwirkung ausübt.A good guidance of the screw when screwing results from the fact that the cone piece projects axially relative to the radial shoulder, since then the cone piece exerts a certain centering effect after being placed on a piece of sheet metal.
Für die Gestaltung des Kegelstücks als Bestandteil des Lochreibteils gibt es ver- schiedene Möglichkeiten. Man kann das Kegelstück in einem stumpf abgerundeten Endstück auslaufen lassen, wie dies z.B. in der EP 0 464 071 Bl offenbart ist. Man kann das Kegelstück auch in einer Spitze auslaufen lassen, womit dann allerdings zur Bildung eines Loches ein relativ großer Druck auf die Spitze ausgeübt werden muss. Eine weitere besonders vorteilhafte Gestaltung des Kegelstücks besteht darin, diesem eine koaxiale Vertiefung zu geben, die von einem stumpfen Rand umgeben ist, dessen Außendurchmesser (d) um das 0,35 bis 0,7-fache kleiner ist als der größte Durchmessen (D) des Lochformteils. Bei dieser Konstruktion ergibt sich aufgrund des Randes um die Vertiefung bereits bei relativ geringen Drehzahlen eine größere Erwärmung des Blechstücks, die dann dazu ausreicht, das Loch in dem Blechstück auszubilden. Für die Vertiefung genügt es, diese in einer Länge kürzer als 3 mm anzubringen.There are various possibilities for the design of the conical piece as a component of the perforated friction piece. The conical piece can be left to run off in a blunt rounded end piece, as disclosed, for example, in EP 0 464 071 B1. You can also run the cone piece in a tip, which then, however, a relatively large pressure on the tip must be exercised to form a hole. Another particularly advantageous design of the cone piece is to give it a coaxial depression which is surrounded by a blunt edge whose outer diameter (d) is 0.35 to 0.7 times smaller than the largest diameter (D). of the hole molding. In this construction, due to the edge around the recess even at relatively low speeds results in a greater heating of the piece of sheet metal, which is then sufficient to form the hole in the piece of sheet metal. For the depression, it is sufficient to attach these in a length shorter than 3 mm.
Man kann der Ringkante im Bereich ihres Übergangs zum Lochformteil vorteilhaft eine gegenüber der Radialschulter vorspringende Wölbung geben, die dann dafür sorgt, dass das Material aus dem Blechstück vor allem in Richtung auf den sich ausbildenden Durchzug weggedrückt wird. Dies kommt der Bildung und Gestaltung des Durchzugs zugute.In the region of its transition to the shaped hole part, it is advantageously possible to give the edge of the ring a curvature projecting in relation to the radial shoulder, which then ensures that the material is pushed away from the sheet piece, in particular in the direction of the forming passage. This benefits the formation and design of the passage.
In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the figures, embodiments of the invention are shown. Show it:
Figur 1 die Schraube in perspektivischer Sicht;Figure 1 shows the screw in perspective view;
Figur 2 einen Schnitt längs der Linie H-II aus Figur 1 mit radial verlaufender Radialschulter;Figure 2 is a section along the line H-II of Figure 1 with radially extending radial shoulder;
Figur 3 einen ähnlichen Schnitt mit konisch verlaufender Radialschulter;FIG. 3 shows a similar section with a conically extending radial shoulder;
Figur 4 einen ähnlichen Schnitt mit konkav gewölbter Radialschulter;Figure 4 shows a similar section with concave radial shoulder;
Figur 5 einen ähnlichen Schnitt mit gegenüber der Radialschulter vor- springender abgerundeter Wölbung; Figur 6 Das Lochreibteil mit in einer Spitze auslaufendem Kegelstück;FIG. 5 shows a similar section with rounded curvature projecting with respect to the radial shoulder; FIG. 6 shows the perforated friction part with a tapered piece extending in a point;
Figur 7 ein Lochreibteil mit einem Kegelstück mit koaxialer Vertiefung;Figure 7 is a perforated friction member with a cone piece with coaxial recess;
Figur 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII aus Figur 7;Figure 8 is a section along the line VIII-VIII of Figure 7;
Figur 9a, b und c eine Schraube nach Figur 1 in verschiedenen Phasen des Eindringens und Durchdringens eines Blechstücks.9a, b and c a screw according to FIG. 1 in different phases of penetration and penetration of a piece of sheet metal.
In Figur 1 ist die erfindungsgemäße loch- und gewindeformende Schraube 1 in perspektivischer Sicht dargestellt. Die Schraube weist den Schraubenkopf 2, den Gewindeschaft 3 und das Lochformteil 4 auf, dem das Lochreibteil 5 vorgesetzt ist. Das Lochreibteil besteht aus der Radialschulter 6 und dem Kegelstück 7. Zum Eindrehen der Schraube 1 in ein Blechstück (siehe Figuren 9a bis c) wird das Kegelstück 7 auf das Blechstück aufgesetzt und in Drehung versetzt. Aufgrund der entstehenden Reibungswärme dringt das Kegelstück 7 in das Blechstück ein, bis die Radialschulter 6 ebenfalls auf das Blechstück auftrifft und mit seinem relativ großen Durchmesser für eine schnelle Erwärmung des betreffenden Bereichs des Blechstücks sorgt. Die Radialschulter 6 drückt dabei das erweichte Material aus dem Blechstück vor sich her, also in Richtung auf die der Schraube 1 abgewandte Seite des Blechstücks, so dass sich ein aus dem erweichten Material des Blechstücks ausgeformter Durchzug im Wesentlichen auf dieser der Schraube abgewandten Seite des Blechstücks ausbildet (siehe Figuren 9a bis c). Die Radialschul- ter hat dabei also eine Doppelfunktion, da sie einerseits in günstiger Weise für eine schnelle Erwärmung des Materials des Blechstücks sorgt und andererseits das erwärmte und damit erweichte Material aus dem Blechstück vor sich herschiebt auf die der Schraube abgewandte Seite des Blechstücks.In Figure 1, the hole and thread forming screw 1 according to the invention is shown in a perspective view. The screw has the screw head 2, the threaded shaft 3 and the hole-forming part 4, to which the perforated friction part 5 is preset. The punch friction part consists of the radial shoulder 6 and the cone piece 7. For screwing the screw 1 in a piece of sheet metal (see Figures 9a to c), the cone piece 7 is placed on the piece of sheet metal and set in rotation. Due to the resulting frictional heat, the cone piece 7 penetrates into the piece of sheet metal until the radial shoulder 6 also impinges on the piece of sheet metal and ensures with its relatively large diameter for rapid heating of the relevant area of the piece of sheet metal. The radial shoulder 6 presses the softened material from the piece of sheet metal in front of it, ie in the direction of the screw 1 side facing away from the piece of sheet metal, so that a molded from the softened material of the piece of sheet passage substantially on this side facing away from the screw of the piece of sheet metal forms (see Figures 9a to c). The radial shoulder thus has a double function, since on the one hand provides a favorable way for rapid heating of the material of the piece of sheet metal and on the other hand, the heated and thus softened material from the piece of sheet in front of him pushes on the side facing away from the screw of the piece of sheet metal.
Das bei der Schraube 1 gemäß Figur 1 verwendete Kegelstück 7 besitzt eine abgerundetes Ende 7a, das beim Aufsetzen auf ein Blechstück dafür sorgt, dass sich bei entsprechend hohem Druck auf das Blechstück schnell eine flächenhafte Berührung und damit entsprechende Reibungshitze ergibt. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn es sich darum handelt, die Schraube 1 in ein aus relativ hartem Material bestehendes Blechstück einzudrehen, also z.B. ein Blechstück aus Stahl.The cone piece 7 used in the screw 1 according to Figure 1 has a rounded end 7a, which ensures that when placed on a piece of sheet metal at a correspondingly high pressure on the piece of sheet quickly results in a surface contact and thus corresponding friction heat. This is particularly advantageous when it comes to screwing the screw 1 in a sheet metal piece consisting of relatively hard material, that is, for example, a sheet metal piece made of steel.
In der Figur 2, die einen Schnitt längs der Linie II-II aus Figur 1 zeigt, verläuft die Radialschulter 6 in einen Winkel von 90° zur Achse der Schraube 1 , was zur Folge hat, dass bei Auftreffen der Radialschulter 6 auf ein Blechstück dieses sofort großflächig aufgrund der Drehung der Schraube 1 erwärmt wird.In the figure 2, which shows a section along the line II-II of Figure 1, the radial shoulder 6 extends at an angle of 90 ° to the axis of the screw 1, with the result that upon impact of the radial shoulder 6 on a piece of sheet this immediately heated over a large area due to the rotation of the screw 1.
Es kann auch erwünscht sein, den von der Radialschulter 6 ausgehenden Druck mit zunehmendem Eindringen des Lochreibteils 5 in das Material eines Blechstücks zu vergrößern, also mit geringerem Druck zu beginnen und zu größerem Druck überzugehen, was durch eine Gestaltung geschehen kann, wie sie die Figur 3 zeigt. Hier ist ein Schnitt ähnlich demjenigen gemäß Figur 2 dargestellt, der ein Lochreibteil 8 zeigt, dessen Radialschulter 9 nach Art eines stumpfen Konus verläuft. Diese Gestaltung hat zur Folge, dass zunächst nur das zentrale Kegelstück 10 in das Material des Blechstücks eindringt, bis dann die Radialschulter 9 mit ihrem inneren Bereich aufsetzt und mit zunehmendem Durchmesser auf den Rand des entstandenen Loches drückt, womit sich ein Übergang zu einer größeren Druckbeanspruchung ergibt und schließlich bei Erreichen des äußeren Randes der Radialschulter 9 der größte Druck auf das Blechstück ausgeübt wird.It may also be desirable to increase the pressure emanating from the radial shoulder 6 with increasing penetration of the perforated friction member 5 in the material of a sheet piece, so start with lower pressure and to go to greater pressure, which can be done by a design, as the figure 3 shows. Here is a section similar to that shown in Figure 2, which shows a perforated friction member 8, the radial shoulder 9 extends in the manner of a blunt cone. This design has the consequence that initially only the central cone piece 10 penetrates into the material of the sheet metal piece, until then the radial shoulder 9 touches down with its inner region and presses with increasing diameter on the edge of the resulting hole, resulting in a transition to a greater compressive stress yields and finally on reaching the outer edge of the radial shoulder 9, the greatest pressure is exerted on the piece of sheet metal.
Eine ähnliche Gestaltung ist in der Figur 4 dargestellt, die ebenfalls einen Schnitt ähnlich demjenigen gemäß Figur 2 zeigt. Hier verläuft die Radialschulter 11 des Lochreibteils 12 konkav gewölbt, wodurch der Übergang der Reibbelastung vom Bereich des zentralen Kegelstücks 13 zur Radialschulter 11 weiterhin vergleichmäßigt wird.A similar design is shown in Figure 4, which also shows a section similar to that of Figure 2. Here, the radial shoulder 11 of the perforated friction member 12 extends concavely, whereby the transition of the friction load from the region of the central cone piece 13 to the radial shoulder 11 is further equalized.
Eine besondere Gestaltung des Lochreibteils ist in der Figur 5 dargestellt. Hier geht die konkav gewölbte Radialschulter 11 an ihrem äußeren Rand in eine vor- springende Ringkante 14 über, die das beim Erweichen des Materials des Blechstücks beweglich gewordenes Material gewissermaßen einfangt und zusammenhält, womit dieses praktisch gänzlich einem Durchzug zur Verfügung steht, der sich auf der der Schraube abgewandten Seite des Blechstücks ausbildet.A special design of the perforated friction part is shown in FIG. Here, the concavely curved radial shoulder 11 at its outer edge goes into a jumping ring edge 14 via, which traps the material which has become movable when softening the material of the piece of sheet material, so to speak, and holds it together, whereby this is almost entirely available to a pull which forms on the side of the piece of sheet facing away from the screw.
Eine weitere Variante des Kegelstücks ist in der Figur 6 dargestellt. Das hier gezeigte Kegelstück 15 läuft in einer Spitze 16 aus, die vor allem bei Anwendung der Schraube auf relativ weichem Material, z.B. Aluminium, vorteilhaft ist.Another variant of the cone piece is shown in FIG. The cone piece 15 shown here terminates in a point 16 which, especially when the screw is used, is supported on relatively soft material, e.g. Aluminum, is advantageous.
Eine besondere Gestaltung des Kegelstücks ist in den Figuren 7 und 8 dargestellt, wobei die Figur 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII aus Figur 7 zeigt. Hier weist das Kegelstück 17 an seinem Ende eine koaxiale Vertiefung 18 auf, die von einem stumpfen Rand 19 umgeben ist. Dieser stumpfe Rand 19 hat einen Außendurchmesser von 2 mm gegenüber einem größten Durchmesser des Kegelstücks 17 von 5 mm. Aufgrund des stumpfen Randes 19 ergibt sich beim Aufsetzen des Kegelstücks 17 auf ein Blechstück sofort eine relativ große Fläche und eine entsprechend große Erwärmung bei Rotation der Schraube, was deren Eindringen in das Blechstück wesentlich erleichtert. Die Vertiefung 18 wird durch eine kurze Bohrung gebildet, die etwa 2 mm tief ist.A particular design of the cone piece is shown in Figures 7 and 8, wherein Figure 8 shows a section along the line VIII-VIII of Figure 7. Here, the cone piece 17 at its end a coaxial recess 18 which is surrounded by a blunt edge 19. This blunt edge 19 has an outside diameter of 2 mm with respect to a maximum diameter of the cone piece 17 of 5 mm. Due to the blunt edge 19 is obtained when placing the cone piece 17 on a piece of sheet metal immediately a relatively large area and a correspondingly large heating during rotation of the screw, which greatly facilitates their penetration into the piece of sheet metal. The recess 18 is formed by a short bore, which is about 2 mm deep.
hi den Figuren 9a, b und c ist das Eindrehen einer Schraube in ein Blechstück 20 und das Ausformen eines Durchzuges 22 dargestellt, wobei die in der Figur 1 dargestellte Gestaltung einer Schraube zugrunde gelegt ist. Gemäß Figur 9a ist das an seinem Ende 21 abgerundete Kegelstück 7 in das Material des Blechstücks 20 eingedrungen und hat dieses entsprechend erweicht. Gemäß Figur 9b hat das Kegelstück 7 das Blechstück 20 vollständig durchdrungen. Bei weiterem Durchdringen ergibt sich schließlich eine Lage der Schraube 1, wie sie in der Figur 9c dargestellt ist, bei der der Gewindeschaft 3 das Blechstück 20 durchdrungen hat und dabei den Durchzug 22 erzeugt hat, der hier ausschließlich auf der Seite liegt, die dem Aufsetzen der Schraube auf das Blechstück 20 abgewandt ist. FIGS. 9a, b and c show screwing a screw into a piece of sheet metal 20 and forming a passage 22, the design of a screw shown in FIG. 1 being used as a basis. According to FIG. 9a, the cone piece 7 rounded off at its end 21 has penetrated into the material of the piece of sheet metal 20 and has softened accordingly. According to FIG. 9b, the cone piece 7 has completely penetrated the sheet metal piece 20. Upon further penetration finally results in a position of the screw 1, as shown in Figure 9c, in which the threaded shaft 3 has penetrated the sheet metal piece 20 and thereby generated the passage 22, which is here exclusively on the side that the touchdown the screw is turned away on the sheet metal piece 20.

Claims

Patentansprüche claims
1. In ein Blechstück (20) eindrehbare loch- und gewindeformende Schraube (1) mit einem eine Werkzeugaufhahme aufweisenden Kopf (2), einem Gewindeschaft (3), einem sich schwach konisch verjüngenden Lochformteil (4) und einem ein Kegelstück aufweisenden Lochreibteil (5, 8, 12), dadurch gekennzeichnet, dass das Lochreibteil (5, 8, 12) eine ein Loch ausbildende Radialschulter (6, 9, 11) aufweist, die das auf das Blechstück (20) aufsetzbare Kegelstück (7, 10, 13, 15, 17) ringartig koaxial umgibt, einen gegenüber dem Kegelstück (7, 10, 13, 15, 17) wesentlich größeren Durchmesser besitzt und über eine abgerundete Ringkante (14) in das Lochformteil (4) übergeht.1. In a sheet metal piece (20) rotatable hole and thread-forming screw (1) having a tool receiving head (2), a threaded shaft (3), a slightly conically tapered hole forming part (4) and a conical piece having perforated friction member (5 , 8, 12), characterized in that the perforated friction part (5, 8, 12) has a hole forming radial shoulder (6, 9, 11), which can be placed on the sheet metal piece (20) cone piece (7, 10, 13, 15, 17) surrounds coaxially annular, has a relative to the cone piece (7, 10, 13, 15, 17) substantially larger diameter and on a rounded annular edge (14) merges into the hole forming part (4).
2. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialschulter (6) im Wesentlichen in einem Winkel von 90° zur Schraubenachse verläuft.2. Screw according to claim 1, characterized in that the radial shoulder (6) extends substantially at an angle of 90 ° to the screw axis.
3. Schraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialschulter (9) einen stumpfen Konus bildet.3. Screw according to claim 1 or 2, characterized in that the radial shoulder (9) forms a blunt cone.
4. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialschulter (11) konkav gewölbt verläuft.4. Screw according to claim 1, characterized in that the radial shoulder (11) extends concavely curved.
5. Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kegelstück (7, 10, 13, 15, 17) gegenüber der Radialschulter (6, 9, 11) axial vorspringt.5. Screw according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cone piece (7, 10, 13, 15, 17) relative to the radial shoulder (6, 9, 11) projects axially.
6. Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kegelstück (7) in einem stumpf abgerundeten Endstück (21) ausläuft. 6. Screw according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cone piece (7) terminates in a blunt rounded end piece (21).
7. Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kegelstück (15) in einer Spitze (16) ausläuft.7. Screw according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cone piece (15) terminates in a tip (16).
8. Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kegelstück (17) eine koaxiale Vertiefung (18) aufweist, die von einem8. Screw according to one of claims 1 to 5, characterized in that the conical piece (17) has a coaxial recess (18), of a
Rand (19) umgeben ist, dessen Außendurchmesser (d) um das 0,25 bis 0,75- fache kleiner ist als der größte Durchmessen (D) des Lochformteils (4).Edge (19) is surrounded, whose outer diameter (d) by 0.25 to 0.75 times smaller than the largest diameter (D) of the hole forming part (4).
9. Schraube nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (18) kürzer als 3 mm ist.9. Screw according to claim 8, characterized in that the recess (18) is shorter than 3 mm.
10. Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkante (14) als gegenüber der Radialschulter (11) axial vorspringende abgerundete Wölbung ausgebildet ist. 10. Screw according to one of claims 1 to 9, characterized in that the annular edge (14) is formed as compared to the radial shoulder (11) axially projecting rounded curvature.
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