WO1993023679A1 - Selbstbohrende und -gewindeschneidende schraube - Google Patents

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Walter Kobler
Ernst SCHÖNAUER
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    • F16B35/06—Specially-shaped heads
    • F16B35/065—Specially-shaped heads with self-countersink-cutting means

Definitions

  • the invention relates to a self-drilling and tapping screw with a hardenable drilling part and a threaded shaft section and a head made of rust-free metal.
  • Such screws are generally used where rustproof fastening is necessary for safety reasons. It is therefore the section of the screw which is exposed to environmental influences, that is to say usually the screw head, and furthermore that area of the screw which is responsible for the secure fastening, namely the corresponding threaded area, is made of rust-free metal.
  • Such stainless metal is not suitable for a drilling process, so that a drilling part is usually arranged on this screw, which consists of a hardenable metal.
  • the object of the present invention is therefore to create a screw of the type mentioned at the outset, with which holes can be drilled and threads can be produced in a substructure from stainless material in a flawless manner, the fastening area of the screw itself being made of stainless steel Metal.
  • a first shaft section made of rustproof, metallic material adjoining the head and a second shaft section made of hardenable, metallic material be made on the first adjoining shaft section, with at least a portion of the thread over both shaft sections. is guided, and that a plate-shaped, metallic drilling part is provided, which is held in the second shaft section in a positive and / or non-positive manner.
  • both the drilling part and the first thread-producing section of the shaft are made of a hardenable material, whereas the section of the screw which causes the connection after setting can be made of rustproof metal.
  • the present invention creates the possibility of using a combination of known features to produce a screw for a special application, which has special technical effects for this application. In itself - for reasons of cost alone - it was out of the question to manufacture a screw from three different sections in the axial direction.
  • the thread extends with one to three threads over the second shaft section.
  • stainless steel is generally sufficient for thread production, completely different problems arise for the special application, namely for thread production in a stainless substructure. It has been shown that with one to three threads it is possible to find enough length in this second shaft section, which is made of hardenable material, in order to create a perfect thread, into which the threaded area in the shaft section of stainless material then engages can.
  • the length of the shank section or the length of the shank section and the subsequent countersunk head corresponds at least to the thickness of the two workpieces to be connected to one another. It is always ensures that the section of the screw made of stainless material runs continuously over the workpieces to be fastened together, so that a sufficient security of the fastening is thus ensured.
  • drilling vanes are provided at the rear end of the plate-shaped drilling part, predetermined breaking points running approximately axially parallel between these drilling vanes and the actual drilling part are provided. This ensures that the hole initially made by the drilling part is expanded in diameter in the first workpiece made of wood, but when these drilling wings strike the metallic substructure, they break off since they are now in service have done for upgrading the borehole in the wood area. This means that a slight lateral movement between the courtyard parts and the metallic substructure is also possible.
  • cutting or friction ribs are provided on the underside of the countersunk head for producing the countersink recess.
  • the arrangement of such cutting or re-ribs is sufficient to bring about a proper countersinking of the countersunk head of the screw without the need for predrilling to the larger opening. It has also been shown that this countersinking can easily be brought about by the shaft section or head of the screw formed from stainless material.
  • FIG. 1 shows a section through a fastening insert of a screw.
  • Fig. 2 shows an enlarged side view of the screw compared to Fig. 1;
  • Fig. 3 is a side view of the screw rotated by 90 ° compared to Fig. 2;
  • Fig. 4 is a plan view of the head of the screw.
  • a shaft 5, a head 4 and a drilling part 7 are essentially provided.
  • a first shaft section 5 adjoining the head 4 is made of rustproof, metallic material and a second shaft section B adjoining the first is made of a hardenable, metallic material.
  • the section of rustproof, metallic material extends not only over section 5 of the shaft, but also over the entire section A, which includes both shaft section 5 and head 4.
  • a plate-shaped, metallic drilling part 7 is inserted, for example, into a transverse slot in the shaft section B and is held there in a form-fitting and / or non-positive manner.
  • the positive and / or non-positive connection between the second shaft section B and the drilling part 7 can be performed by Grooves 10 are stamped into a deformation of the shaft section B.
  • the drilling section C is therefore partially integrated in the shaft section B in the axial direction.
  • the plate-like drilling part 7 is equipped with a drilling tip 8, which enables an exact placement at the desired location. Due to the flat design of such a plate-shaped drilling part, there is also sufficient space for drilling chips.
  • the threaded region 6 located on the shaft section B has one thread turn or up to three thread turns, in order thereby to ensure proper manufacture of the thread.
  • this thread area 6 should not be carried out too long, since the area of the screw which is subject to the risk of roasting is dimensioned correspondingly larger. In any case, an attempt is being made to dimension this section B of the shaft and also section C of the drilling part relatively short.
  • the length of the shaft section 5 or the length of the section A consisting of the shaft section 5 and countersunk head 4 is dimensioned at least in accordance with the thickness D of the two workpieces 2 and 3 to be connected to one another.
  • radially freely projecting drilling vanes 9 are provided, with predetermined breaking points running approximately axially parallel between these drilling flights and the actual drilling part 7.
  • these drilling blades 9 produce a larger diameter than the hole previously made by the drilling part 7, in order thereby to enable a transverse displacement between the wooden part 2 and the carrier 3 underneath.
  • these drill wings 9 hit the carrier 3, they break off at the predetermined breaking points, so that the bore in the metallic carrier 3 is no longer enlarged.
  • the special design of the screw 1 according to the invention creates a perfect mutual fastening between two workpieces, at least one of these workpieces, namely a carrier 3, being made of stainless material. Due to the formation of the drilling part as a platelet-shaped part, the drilling performance is significantly improved, especially in such material, and in addition, due to the additional arrangement of threads in a hardenable material, optimal thread production is taken into account. The fastening itself is then only given in the section made of stainless material, so that there is sufficient fastening security even with corresponding environmental influences.
  • the measures according to the invention also ensure optimal use if, for example, the workpiece to be fastened, namely the wooden part 2, is additionally covered or coated on both sides with a stainless steel sheet.
  • the type of attachment of the plate-shaped drilling part 7 in the shaft section B is irrelevant. It is only necessary that what is necessary for the drilling process Torque can be transmitted. It would also be conceivable that the drilling part 7 is subsequently removed mechanically, or that both the drilling part 7 and the shaft section B are removed, it being possible, for example, to provide a predetermined breaking point between sections A and B.

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Abstract

Eine selbstbohrende und -gewindeschneidende Schraube (1) besteht aus einem härtbaren, plättchenförmigen Bohrteil (7), einem aus einem härtbaren Werkstoff bestehenden Schaftabschnitt (B) sowie einem Abschnitt (A) aus rostfreiem, metallischem Werkstoff, wobei dieser Abschnitt (A) den Schaftabschnitt (5) sowie den Kopf (4) der Schraube (1) bildet. Der Bereich (6) des Gewindes, also jener Bereich des Gewindes, welcher nach dem Bohrvorgang das Gewinde in die Bohrung einschneidet bzw. eindrückt, ist auf dem abschnitt (B) angeordnet, also mit einer gehärteten Oberfläche versehen. Es sind daher durch den plättchenförmigen Bohrteil (7) eine gute Bohrleistung, eine ausgezeichnete Gewindefertigung im Bereich des Abschnittes (B) und dann zusätzlich eine optimale Befestigung im rostfreien Bereich (A) gegeben.

Description

Selbstbohrende und -gewindeschneidende Schraube
Die Erfindung betrifft eine selbstbohrende und -gewindeschneidende Schraube mit ei¬ nem härtbaren Bohrteil sowie einem aus rostfreiem Metall bestehenden, mit einem Gewinde versehenen Schaftabschnitt und einem Kopf.
Derartige Schrauben werden in der Regel dort eingesetzt, wo aus Sicherheitsgründen eine rostfreie Befestigung notwendig ist. Es sind also der den Umwelteinflüssen aus¬ gesetzte Abschnitt der Schraube, also meist der Schraubenkopf, und ferner jener Be¬ reich der Schraube, der für die sichere Befestigung verantwortlich ist, nämlich der entsprechende Gewindebereich, aus rostfreiem Metall gefertigt. Solches rostfreies Metall eignet sich aber nicht für einen Bohrvorgang, so daß in der Regel ein Bohrteil an dieser Schraube angeordnet ist, welcher aus einem härtbaren Metall besteht.
Gerade bei speziellen Befestigungsproblemen, wenn nämlich eine Befestigung in ei¬ nem schlecht bohrbaren Material, z.B. einem rostfreien Träger, erfolgen soll und sich außerdem bei der Fertigung des Gewindes in diesem Träger Probleme ergeben, findet man mit den üblichen selbstbohrenden und -gewindeschneidenden Schrauben kein Auslangen mehr, obwohl diese in axialer Richtung gesehen aus zwei Abschnitten verschiedenen Metalls bestehen.
Die vorliegende Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, eine Schraube der ein¬ gangs genannten Art zu schaffen, mit welcher in einwandfreier Weise auch in einem Unterbau aus rostfreiem Material Löcher gebohrt und Gewinde hergestellt werden können, wobei der Befestigungsbereich der Schraube selbst trotzdem aus rostfreiem Metall besteht. Erfindungsgemäß wird dazu vorgeschlagen, daß ein erster, an den Kopf anschließen¬ der Schaftabschnitt aus rostfreiem, metallischem Werkstoff und ein zweiter, an den ersten anschließender Schaftabschnitt aus härtbarem, metallischem Werkstoff gefer¬ tigt ist, wobei zumindest ein Teilbereich des Gewindes über beide Schaftabschnitte . geführt ist, und daß ein plättchenförmiger, metallischer Bohrteil vorgesehen ist, wel¬ cher im zweiten Schaftabschnitt form- und/oder kraftschlüssig gehalten ist.
Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen ist sowohl der Bohrteil als auch der er¬ ste, das Gewinde herstellende Abschnitt des Schaftes aus einem härtbaren Werk¬ stoff gefertigt, wogegen der nach dem Setzen die Verbindung bewirkende Abschnitt der Schraube aus rostfreiem Metall gefertigt werden kann.
Es gibt zwar selbstbohrende und -gewindeschneϊdende Schrauben, welche in axialer Richtung gesehen aus zwei Abschnitten verschiedener metallischer Werkstoffe be¬ stehen, wobei außerdem im einen Abschnitt ein Bohrteil und ein erster Gewindebe¬ reich ausgebildet sind, doch sind derartige Schrauben aufgrund der wesentlich schlechteren Bohrleistung nicht dazu geeignet, Löcher in relativ zähem Material, also beispielsweise in rostfreiem Stahl, herzustellen.
Auf der anderen Seite ist es bekannt, selbstbohrende und -gewindeschneidende Schrauben mit einem plättchenförmigen, metallischen Bohrteil auszustatten, wobei ein solcher Bohrteil wesentlich bessere Bohreigenschaften aufweist als ein im Quer- schnitt annähernd zylindrischer Bohrteil, doch ist eine solche Ausgestaltung für den speziellen Eϊnsatzfall ungeeignet, da der dann zur Gänze aus rostfreiem Metall beste¬ hende Schraubenschaft nicht in der Lage ist, das nötige Gewinde im Unterbau zu fer¬ tigen.
Durch die vorliegende Erfindung ist die Möglichkeit geschaffen worden, mittels Kom- bϊnation an sich bekannter Einzelmerkmale eine Schraube für einen besonderen Ein¬ satzfall herzustellen, die gerade eben für diesen Einsatzfall besondere technische Ef¬ fekte mit sich bringt. Es ist an sich - allein schon aus Kostengründen - gar nicht in Frage gekommen, eine Schraube in axialer Richtung gesehen aus drei verschiedenen Abschnitten zu ferti¬ gen.
Daher ist es das Verdienst der vorliegenden Erfindung, erkannt zu haben, daß es möglich ist, durch die Optimierung der Bohrleistung, d.h. eben durch den Einsatz ei¬ nes plättchenförmigen, metallischen Bohrteils und durch die zusätzliche Optimierung des ersten Gewindeabschnittes in einem Schaftabschnitt aus härtbarem, metalli¬ schem Werkstoff eine selbstbohrende und -gewindeschneidende Schraube zu schaf¬ fen, die in einwandfreier und optimaler Weise eine Befestigung von Werkstücken auf einem besonderen Unterbau, also beispielsweise auf einem Unterbau aus rostfreiem Werkstoff, zu bewerkstelligen.
Eine solche besondere Einsatzmöglichkeit ist beispielsweise dann gegeben, wenn re¬ lativ dicke Holzplatten auf einem Unterbau aus rostfreiem Metall befestigt werden sollen. Es ist allein schon ein Problem, durch Holz - insbesondere Hartholz - zu boh- ren, worauf dann anschließend ja noch ein Metallteil zu durchbohren ist. Gerade durch den Einsatz eines plättchenförmigen Bohrteiis wird die Möglichkeit der optima¬ len Spanabfuhr bzw. Spanaufnahme geschaffen, da beidseitig des Bohrteils genü¬ gend Platz für die Bohrspäne bleibt.
Gemäß der Erfindung wird weiters vorgeschlagen, daß sich das Gewinde mit einem bis drei Gewindegängen über den zweiten Schaftabschnitt erstreckt. Obwohl in der Regel für die Gewindeherstellung ein rostfreier Stahl ausreicht, ergeben sich für den speziellen Einsatzfall, nämlich für die Gewindeherstellung in einem rostfreien Unter¬ bau, ganz andere Probleme. Es hat sich gezeigt, daß mit einem bis drei Gewindegän¬ gen eben in diesem zweiten, aus härtbarem Werkstoff bestehenden Schaftabschnitt das Auslangen gefunden wird, um ein einwandfreies Gewinde zu schaffen, in wel¬ ches dann der Gewindebereich im Schaftabschnitt aus rostfreiem Werkstoff eingrei¬ fen kann.
Weiters wird vorgeschlagen, daß die Länge des Schaftabschnittes bzw. die Länge des Schaftabschnittes und des anschließenden Senkkopfes zumindest der Dicke der beiden miteinander zu verbindenden Werkstücke entspricht. Es ist dadurch stets ge- währleistet, daß der Abschnitt der Schraube aus rostfreiem Werkstoff durchgehend über die miteinander zu befestigenden Werkstücke führt, so daß also eine ausrei¬ chende Sicherheit der Befestigung gewährleistet ist.
Gerade bei der Befestigung von Holzteilen auf einem rostfreien, metallischen Unter- bau ist es von besonderem Vorteil, wenn am rückwärtigen Ende des plättchenförmi¬ gen Bohrteils radial frei auskragende Bohrflügel vorgesehen sind, wobei zwischen diesen Bohrflügeln und dem eigentlichen Bohrteil annähernd achsparallel verlaufende Soll-Bruchstellen vorgesehen sind. Dadurch ist die Gewähr gegeben, daß das vorerst vom Bohrteil hergestellte Loch im ersten, aus Holz bestehenden Werkstück im Durch- messer erweitert wird, wobei jedoch dann, wenn diese Bohrflügel auf den metalli¬ schen Unterbau auftreffen, diese abbrechen, da sie nunmehr ihren Dienst für die Auf¬ wertung des Bohrlochs im Holzbereich getan haben. Somit ist auch eine geringfügige seitliche Bewegung zwischen den Hofzteilen und dem metallischen Unterbau möglich.
In einem solchen besonderen Einsatzfall hat sich noch als vorteilhaft herausgestellt, daß an der Unterseite des Senkkopfes zur Herstellung der Ansenkvertiefung Schneid¬ bzw. Reibrippen vorgesehen sind. Es reicht die Anordnung solcher Schneid- bzw. Reϊbrippen aus, um ein ordnungsgemäßes Versenken des Senkkopfes der Schraube zu bewirken, ohne daß ein Vorbohren auf die größere Öffnung notwendig wäre. Ge¬ zeigt hat sich auch, daß dieses Ansenken ohne weiteres von dem aus rostfreiem Werkstoff gebildeten Schaftabschnitt bzw. Kopf der Schraube bewirkt werden kann.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale und besondere Vorteile werden in der nachste¬ henden Beschreibung anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Befestigungseinsatz einer Schraube;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Schraube gegenüber Fig. 1 vergrößert dargestellt;
Fig. 3 eine Seitenansicht der Schraube gegenüber Fig. 2 um 90° verdreht;
Fig. 4 eine Draufsicht auf den Kopf der Schraube. Bei der selbstbohrenden und -gewindeschneidenden Schraube 1 sind im wesentlichen ein Schaft 5, ein Kopf 4 sowie ein Bohrteil 7 vorgesehen. Ein erster, an den Kopf 4 anschließender Schaftabschnitt 5 ist aus rostfreiem, metallischem Werkstoff gefer¬ tigt und ein zweiter, an den ersten anschließender Schaftabschnitt B besteht aus ei- nem härtbaren, metallischen Werkstoff. An sich erstreckt sich der Abschnitt aus rostfreiem, metallischem Werkstoff nicht nur über den Abschnitt 5 des Schaftes, sondern über den ganzen Abschnitt A, der sowohl den Schaftabschnitt 5 als auch den Kopf 4 umfaßt.
Ein plättchenförmiger, metallischer Bohrteil 7 ist beispielsweise in einen Querschlitz im Schaftabschnitt B eingesetzt und wird dort form- und/oder kraftschlüssig gehal¬ ten. Zur form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem zweiten Schaft¬ abschnitt B und dem Bohrteil 7 kann beispielsweise durch Einprägen von Rillen 10 ei¬ ne Verformung des Schaftabschnittes B erfolgen. Der Bohrabschnitt C ist also teil¬ weise in axialer Richtung in den Schaftabschnitt B integriert.
Der plättchenartige Bohrteil 7 ist mit einer Bohrspitze 8 ausgestattet, welche ein exaktes Ansetzen am gewünschten Ort ermöglicht. Durch die flache Ausbildung ei¬ nes solchen plättchenförmigen Bohrteils ist auch genügend Platz für Bohrspäne vor¬ handen.
Der sich auf dem Schaftabschnitt B befindliche Gewindebereich 6 weist einen Ge- windegang bzw. bis zu drei Gewindegänge auf, um dadurch eine ordnungsgemäße Fertigung des Gewindes zu gewährleisten. Dieser Gewindebereich 6 soll jedoch nicht zu lange ausgeführt werden, da dann derjenige Bereich der Schraube, welcher eben der Gefahr des Röstens unterliegt, entsprechend größer bemessen ist. Es wird also auf jeden Fall versucht, gerade diesen Abschnitt B des Schaftes und auch den Ab- schnitt C des Bohrteils relativ kurz zu bemessen.
Damit das rostfreie Metall im gesamten Befestigungsbereich zur Verfügung steht, ist die Länge des Schaftabschnittes 5 bzw. die Länge des aus Schaftabschnitt 5 und Senkkopf 4 bestehenden Abschnittes A zumindest entsprechend der Dicke D der bei¬ den miteinander zu verbindenden Werkstücke 2 und 3 bemessen. Am rückwärtigen Ende des plättchenförmigen Bohrteils 7 sind radial frei auskragende Bohrflügel 9 vorgesehen, wobei zwischen diesen Bohrflügein und dem eigentlichen Bohrteil 7 annähernd achsparallel verlaufende Soll-Bruchstellen vorgesehen sind. Beim Durchbohren des Holzteiles 2 fertigen diese Bohrflügel 9 ein gegenüber dem vorher vom Bohrteil 7 gefertigten Loch größeren Durchmesser, um dadurch eine Querverschϊebung zwischen dem Holzteil 2 und dem darunterliegenden Träger 3 zu ermöglichen. Sobald aber diese Bohrflügel 9 auf dem Träger 3 auftrefferv, brechen diese an den Soll-Bruchstellen ab, so daß die Bohrung im metallischen Träger 3 nicht mehr vergrößert wird.
An der Unterseite des Senkkopfes 4 sind zur Herstellung der Ansenkvertiefung im Holzteil 2 Schneid- bzw. Reibrippen 12 vorgesehen. Allein durch dieses Ausreϊben beim Verdrehen der Schraube wird eine ausreichende Ansenköffnung hergestellt, um den Kopf 4 zur Gänze unter die Oberfläche bzw. plan mit der Oberfläche des Holztei¬ les 2 zu versenken.
Durch die besondere erfindungsgemäße Ausbildung der Schraube 1 wird eine ein¬ wandfreie gegenseitige Befestigung zwischen zwei Werkstücken geschaffen, wobei zumindest eines dieser Werkstücke, nämlich ein Träger 3, aus rostfreiem Werkstoff besteht. Aufgrund der Ausbildung des Bohrteils als plättchenförmiger Teil wird die Bohrleistung gerade in solchem Material wesentlich verbessert, und außerdem wird durch die zusätzliche Anordnung von Gewindegängen in einem härtbaren Werkstoff auf eine optimale Gewϊndeherstellung Rücksicht genommen. Die Befestigung selbst ist dann nur noch in dem aus rostfreiem Werkstoff bestehenden Abschnitt gegeben, so daß die ausreichende Befestigungssicherheit auch bei entsprechenden Umweltein¬ flüssen gegeben ist.
Es hat sich gezeigt, daß gerade durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch dann ein optimaler Einsatz gewährleistet ist, wenn beispielsweise das zu befestigende Werkstück, nämlich der Holzteil 2, beidseitig noch zusätzlich mit einem rostfreien Stahlblech abgedeckt bzw. beschichtet ist.
Die Art der Befestigung des plättchenförmigen Bohrteils 7 im Schaftabschnitt B ist ohne Belang. Es ist lediglich notwendig, daß das für den Bohrvorgang notwendige Drehmoment übertragen werden kann. Denkbar wäre es auch, daß der Bohrteil 7 nachträglich mechanisch entfernt wird, oder aber daß sowohl der Bohrteil 7 als auch der Schaftabschnitt B entfernt werden, wobei beispielsweise zwischen den Abschnit¬ ten A und B eine Soll-Bruchstelle vorgesehen werden könnte.

Claims

Patentansprüche
1. Selbstbohrende und -gewindeschneidende Schraube mit einem härtbaren Bohrteil sowie einem aus rostfreiem Metall bestehenden, mit einem Gewinde versehenen Schaftabschnitt und einem Kopf, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster, an den Kopf (4) anschließender Schaftabschnitt (5) aus rostfreiem, metallischem Werk- stoff und ein zweiter, an den ersten anschließender Schaftabschnitt (B) aus härt¬ barem, metallischem Werkstoff gefertigt ist, wobei zumindest ein Teilbereich des Gewindes über beide Schaftabschnitte (5, B) geführt ist, und daß ein plättchenför¬ miger, metallischer Bohrteil (7) vorgesehen ist, welcher im zweiten Schaftab¬ schnitt (B) form- und/oder kraftschlüssig gehalten ist.
2. Schraube nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß sich das Gewinde mit einem bis drei Gewindegängen über den zweiten Schaftabschnitt (B) erstreckt.
3. Schraube nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Schaftab- schnϊttes (5) bzw. die Länge des Schaftabschnittes (5) und des anschließenden Senkkopfes (4) zumindest der Dicke (D) der beiden miteinander zu verbindenden Werkstücke (2, 3) entspricht.
4. Schraube nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am rück¬ wärtigen Ende des plättchenförmigen Bohrteils (7) radial frei auskragende Bohrflü¬ gel (9) vorgesehen sind, wobei zwischen diesen Bohrflügeln (9) und dem eigentli¬ chen Bohrteil (7) annähernd achsparallel verlaufende Soll-Bruchstellen vorgesehen sind.
5. Schraube nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Un¬ terseite des Senkkopfes (4) zur Herstellung der Ansenkvertiefung Schneid- bzw. Reibrippen (12) vorgesehen sind.
PCT/EP1993/000950 1992-05-15 1993-04-20 Selbstbohrende und -gewindeschneidende schraube WO1993023679A1 (de)

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