NL8300383A

NL8300383A - SELF-TAPING FASTENER.

Info

Publication number: NL8300383A
Application number: NL8300383A
Authority: NL
Original assignee: Usm Corp
Priority date: 1982-02-05
Filing date: 1983-02-02
Publication date: 1983-09-01
Also published as: DE3303466A1; DK47783A; ES281729U; FI830206L; SE8300548D0; SE8300548L; GB8302942D0; IT8319426A0; HK83186A; NO830382L; NZ202991A; CH659295A5; JPS58146711A; ZA83289B; CA1217368A; GB2114922B; IT1198422B; ES281729Y; FI830206A7; FR2521234A1

Description

..... f " 'Λ N/31.294-St/V/ f ’’..... f "'Λ N / 31.294-St / V / f"

Zelftappend bevestigingsorgaan.Self-tapping fastener.

De uitvinding betreft een zelfborend en -tappend bevestigingsorgaan met een van schroefdraad voorziene schacht en een voorstuk, waarin zich een aantal zich in langsrichting uitstrekkende groeven bevindt, welk voor-5 stuk in dwarsdoorsnede een korte en een lange as heeft en van snijvlakken is voorzien, die door de groeven worden gevormd, en die althans bij benadering in een vlak door de lange as liggen en hier ook door worden begrensd.The invention relates to a self-drilling and tapping fastener with a threaded shank and a front piece, in which there are a plurality of longitudinally extending grooves, which cross section has a short and a long axis and is provided with cutting surfaces, which are formed by the grooves, and which are at least approximately in one plane and bounded by the long axis.

Een bevestigingsorgaan van deze soort boort 10 derhalve een gat en tapt een draad in een werkstuk zonder de noodzaak om voor te boren of te tappen of iets dergelijks.A fastener of this type therefore drills a hole and taps a wire into a workpiece without the need to pre-drill or tap or the like.

Uit het Amerikaanse octrooischrift .3.395.603 is een dergelijke zelftappende schroef bekend, die in gro-15 te hoeveelheden is gefabriceerd en die met sukses is toegepast in de automobielindustrie, voor metalen bouwconstruc-: ties bij het vervaardigen van apparaten etc. Het bekende bevestigingsorgaan heeft een borend voorstuk met in doorsnede een hoofdas en een bijas, waarvan de lengtes ongeveer 20 gelijk zijn. In het voorstuk bevinden zich twee groeven, en die snijvlakken^ leivlakken vormen, welke door de hoofdas resp. de bijas worden begrensd.U.S. Pat. No. 3,395,603 discloses such a self-tapping screw, which has been manufactured in large quantities and which has been successfully used in the automotive industry, for metal building constructions in the manufacture of devices, etc. The known fastening member has a drilling front piece with a main axis and a side axis in cross section, the lengths of which are approximately the same. In the front part there are two grooves, and these cutting surfaces form guide surfaces, which pass through the main axis resp. the axes are limited.

Hoewel het bevestigingsorgaan volgens het eerdergenoemde Amerikaanse octrooischrift in verschillen-25 de grootten en toepassingsgebieden is gebruikt, is er behoefte ontstaan aan een soortgelijk bevestigingsorgaan met een wezenlijk korter voorstuk, zodat het van schroefdraad voorziene gedeelte van het bevestigingsorgaan dichter achter de punt ligt dan bij de meeste bekende uitvoeringen 30 het geval is.Although the fastener according to the aforementioned US patent has been used in various sizes and fields of application, a need has arisen for a similar fastener with a substantially shorter front end so that the threaded portion of the fastener is closer to the tip than the tip. most known embodiments are the case.

Er is echter gebleken, dat door verkorting van het borende voorstuk van het bevestigingsorgaan, het leivlak, dat volgens het Amerikaanse octrooischrift 3.395.603 een plat vlak vormt, tot een hoek wordt gekanteld, die leidt 35 tot een stagnatie van de afvoer uit het boorgat van de bij 8300 38 3 -2- f- « v . . ...... - ......... - ..... ..... - .However, it has been found that by shortening the bored front of the fastener, the guide surface, which forms a flat surface according to U.S. Pat. No. 3,395,603, is tilted to an angle leading to stagnation of the borehole drain. of the at 8300 38 3 -2-f- «v. . ...... - ......... - ..... ..... -.

het boren gevormde spaanders.drilling shaped chips.

De uitvinding beoogt een bevestigingsorgaan van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, waarvan het borende voorstuk': een vorm heeft, die de af voer van de bij 5 het boren gevormde spaanders vergemakkelijkt en die over * een breed gebied van voorstukafmetingen kan worden toegepast.The object of the invention is to provide a fastening member of the type mentioned in the preamble, the drilling front part of which has a shape which facilitates the removal of the chips formed during drilling and which can be used over a wide range of front part dimensions. .

Het bevestigingsorgaan volgens de uitvinding is daartoe gekenmerkt door twee, door de groeven gevormde leivlakken met een gekromd oppervlak en een over hun gehele lengte constante 10 straal, welke leivlakken zich uitstrekken van de punt van het voorstuk tot aan de van schroefdraad voorziene schacht. De beide snijvlakken zijn om voor een goede boring te zorgen, in de langsrichting boogvormig en de groeven liggen zö, dat de snijvlakken ongeveer in het vlak van de lange as lig-15 gen en hierdoor begrensd worden. De snijranden van de snijvlakken beschrijven bfj rotatie van het bevestigingsorgaan een cirkel met een diameter, die groter is dan de korte as; de leivlakken, die dok door de groeven worden gevormd, liggen in het vlak van de korte as en worden hierdoor begrensd.The fastening member according to the invention is therefore characterized by two guide surfaces formed by the grooves with a curved surface and a radius constant over their entire length, which guide surfaces extend from the tip of the front piece to the threaded shaft. Both cutting surfaces are arcuate in the longitudinal direction to ensure a good bore and the grooves lie so that the cutting surfaces lie approximately in the plane of the long axis and are bounded by it. The cutting edges of the cutting surfaces describe a circle with a diameter larger than the short axis, when the fastener is rotated; the guide surfaces, which are formed by the grooves, lie in the plane of the short axis and are bounded by it.

20 De gebieden- tussen de lei— en snijvlakken nemen in breedte in radiale richting van leivlak naar snijvlak^toe, en raken de zijwand van het door de snijvlakken gemaakte voorboorgat niet. De verbetering van het bevestigingsorgaan volgens de uitvinding is in hoofdzaak gelegen in de in langsrichting 25 boogvormig verlopende leivlakken, die ruimte geven voor de tijdens het boren gevormde materiaalspaanders.The areas between the guide and cutting surfaces increase in width radially from guide surface to cutting surface and do not touch the side wall of the pre-drilled hole made by the cutting surfaces. The improvement of the fastening member according to the invention lies mainly in the longitudinal arc-shaped guide surfaces, which provide space for the material chips formed during drilling.

De uitvinding wordt hierna nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin een uitvoeringsvoorbeeld is weergegeven.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, in which an exemplary embodiment is shown.

30 Fig. 1 is een aanzicht van een boor^ en tap- bevestigingsorgaan volgens de stand van de techniek; fig. 2 is een zijaanzicht van het heyestigings-orgaan van fig. 1, gezien onder een hoek van 9.0° hiermee; fig. 3 is een onderaanzicht van het bevestigings-35 orgaan van fig, i en 2; fig. 4 is een eindaanzicht in perspectief van een uitvoeringsvorm van het bevestigingsorgaan volgens de uitvinding; fig. 5 is een zijaanzicht van het bevestigings-40 orgaan van fig. 4; 8300 38 3 t -3- , fig. 6 is een aanzicht van het bevestigingsor-gaan van fig. 4 en 5, gezien onder een hoeft: van 90° met fig.FIG. 1 is a view of a prior art drill and tap fastener; FIG. 2 is a side view of the housing member of FIG. 1, viewed at an angle of 9.0 ° thereto; FIG. 3 is a bottom view of the fastening member of FIGS. 1 and 2; Fig. 4 is a perspective end view of an embodiment of the fastener according to the invention; FIG. 5 is a side view of the fastening member of FIG. 4; 8300 38 3 t -3-, Fig. 6 is a view of the fastener of Figs. 4 and 5, seen under a hinge of 90 ° with Fig.

5; en fig. 7 is een onderaanzicht van het bevesti-5 gingsorgaan van de fig. 4 t/m 6, dat enige details van de uitvinding toont.5; and FIG. 7 is a bottom plan view of the fastener of FIGS. 4 to 6, showing some details of the invention.

De fig. 1, 2 en 3 tonen een bevestigingsor-gaan van de zelfborende en -tappende soort, overeenkomstig het Amerikaanse octrooischrift 3.395.603.Figures 1, 2 and 3 show a self-drilling and tapping type fastener according to U.S. Pat. No. 3,395,603.

10 Het bevestigingsorgaan heeft een schroef- lichaam 10 met een langwerpige schacht 12 en een kop 14 aan de achterzijde daarvan. Het schroeflichaam 10 heeft voorts een voorstuk 16 met een elliptische doorsnede. De term elliptisch wordt hier . voor de duidelijkheid gebruikt, en is niet strikt 15 mathematisch bedoeld. In tegenover elkaar liggende kwadranten ' van het voorstuk 16 zitten twee identieke, in langsrichting lopende, groeven of gleuven 18 en 19. Groef 18 wordt gevormd door een snijvlak 20 met snijranden 22, 24 en door een leivlak 26. Groef 19 wordt gevormd door snijvlak 28 met snijranden 30 20 en 32 en leivlak 34. De snijvlakken 20 en 28 zijn licht gekromd en liggen in hoofdzaak in een vlak, dat een kleine hoek maakt met de lengteas van de schroef, om de afvoer van het afvalmateriaal van de snijranden tijdens het snijden te vergemakkelijken. Het profiel van de vlakken 20 en 28 als aange-25 geven in fig. 3 vormt een geschikte snijhoek en -helling bij de snijranden 22 en 24. Om de afvoer van materiaal tijdens het snijden te bevorderen zijn de leivlakken 26 en 34 onder een hoek met de lengteas van de schroef geplaatst.The fastener has a screw body 10 with an elongated shaft 12 and a head 14 at the rear thereof. The screw body 10 also has a front piece 16 with an elliptical cross section. The term elliptical is used here. used for clarity, and is not strictly intended mathematically. In opposite quadrants of the front piece 16 there are two identical longitudinal grooves or slots 18 and 19. Groove 18 is formed by a cutting surface 20 with cutting edges 22, 24 and by a guide surface 26. Groove 19 is formed by cutting surface 28 with cutting edges 30, 20 and 32 and guide surface 34. The cutting surfaces 20 and 28 are slightly curved and lie substantially in a plane, which forms a slight angle with the longitudinal axis of the screw, in order to discharge the waste material from the cutting edges during to facilitate cutting. The profile of the surfaces 20 and 28 as shown in Figure 3 forms a suitable cutting angle and slope at the cutting edges 22 and 24. To aid the removal of material during cutting, the guide surfaces 26 and 34 are angled with the longitudinal axis of the screw.

De maximale breedte van de snijvlakken 2Q en 30 28, zoals gezien in fig. 3, is groter dan dan de maximale breedte van de leivlakken 26 en 34. De snijvlakken 20 en 28 liggen zijdelings van en evenwijdig aan de dwarse hoofdas a van het elliptische voorstuk en leggen zo de hoofdas yast.The maximum width of the cutting surfaces 2Q and 30, as seen in Fig. 3, is greater than the maximum width of the guide surfaces 26 and 34. The cutting surfaces 20 and 28 lie laterally and parallel to the transverse major axis a of the elliptical front piece and thus lay the main axis yast.

Op overeenkomstige wijze liggen de leiylakken ten opzichte 35 van de dwarsas b.Likewise, the guide slabs lie with respect to the transverse axis b.

Het resultaat is, dat de diameter van een door de snijranden 22, 24 en 30, 32 gevormd voorboorgat groter is dan de korte as h van het voorstuk, en dat de leivlakken 26 en 34, die de korte as b bepalen, de zijwanden 40 van het voorboorgat niet raken. Evenmin raken de gekromde 8300383 -4- delen van het voorstuk tussen de snij—en leivlakken, aangeduid met 36 en 38, de zijwanden van het voorboorgat.As a result, the diameter of a pre-drill hole formed by the cutting edges 22, 24 and 30, 32 is larger than the short axis h of the front piece, and the guide surfaces 26 and 34 defining the short axis b, the side walls 40 from the pilot hole. Likewise, the curved 8300383-4 parts of the front piece between the cutting and guiding surfaces, designated 36 and 38, do not touch the side walls of the pre-drill hole.

Tot zover komt de beschrijving van de fig. 1 t/m 3 overeen met de schroef van het Amerikaanse octrooi-5 schrift 3.395.603.Thus far, the description of FIGS. 1 through 3 corresponds to the screw of U.S. Pat. No. 3,395,603.

De fig. 4 t/m 7 tonen een dergelijk bevesti-gingsorgaan als hierboven beschreven, maar waarin de uitvinding is toegepast.Figures 4 to 7 show such a fastener as described above, but in which the invention has been applied.

Het bevestigingsorgaan van fig. 4-7 heeft 10 een schroeflichaam 110 met een schacht 112 en een voorstuk 116. Het bevestigingsorgaan heeft voorts in langsrichting lopende groeven 118 en 119, die in tegenover elkaar liggende kwadranten van het voorstuk 116 liggen. De groef 118 wordt gedeeltelijk begrensd door een snijvlak 120 met snijranden 15 122 en 124 en dienovereenkomstig wordt groef 119 gedeeltelijk begrensd door een snijvlak 128 met snijranden 130 en 132.The fastener of FIGS. 4-7 has a screw body 110 with a shaft 112 and a front piece 116. The fastener further has longitudinal grooves 118 and 119 which lie in opposite quadrants of the front piece 116. The groove 118 is partially delimited by a cutting surface 120 with cutting edges 122 and 124 and accordingly groove 119 is partially delimited by a cutting surface 128 with cutting edges 130 and 132.

De gekromde delen van het voorstuk 116, die tussen de snijvlakken 120 en 128 liggen, vormen facetten 146 en 148.The curved parts of the front piece 116, which lie between the cutting surfaces 120 and 128, form facets 146 and 148.

Tot zover komt dit bevestigingsorgaan over-20 een met het bevestigingsorgaan van de fig. 1 t/m 3, en overeenkomstige delen hebben overeenkomstige verwijzingscijfers, voorafgegaan door een 1.Thus far this fastening member corresponds to the fastening member of Figs. 1 to 3, and corresponding parts have corresponding reference numerals, preceded by a 1.

In fig. 6 is de lengte L van het voorstuk! 116 aangegeven en wel vanaf de punt van het voorstuk tot aan 25 de laatste schroefgang T. Bij veel toepassingen van het bevestigingsorgaan is bij gelijkblijvende standaardlengte van het orgaan een kleinere lengte L gewenst, zodat de schroefdraad op de schacht dieper kan doordringen. In dit geval wordt de hoek, die het leivlak 26 of 34 van het bekende be-30 vestigingsorgaan met het oppervlak van het werkstuk maakt, kleiner, zodat er minder ruimte ontstaat om boorspaanders door de groeven 17 en 19 af te voeren. Dit leidt tot verstopping van de groef met boorafval, en tot een langere boortijd van het bevestigingsorgaan, waardoor het bevestigingsproces 35 minder goed verloopt.In fig. 6 the length L of the front piece! 116 from the tip of the front piece to the last screw thread T. In many applications of the fastening member, a smaller length L is desired with the same standard length of the member, so that the screw thread on the shaft can penetrate deeper. In this case, the angle that the guide surface 26 or 34 of the known fastener makes to the surface of the workpiece becomes smaller, so that less space is created to drain drill chips through the grooves 17 and 19. This leads to clogging of the groove with drill cuttings and to a longer drilling time of the fastening member, as a result of which the fastening process proceeds less smoothly.

Bij het verbéterde bevestigingsorgaan van de fig. 4 t/m 7 is deze situatie 'verbeterd door leivlakken 40 en 42 toe te passen, die meer ruimte bieden aan de doorgang van het boorafval en die een oppervlak, verschaffen, dat 40 het boorafval omhoog en uit het voorstuk 116 van het schroef- 8300383In the improved fastener of FIGS. 4 to 7, this situation has been improved by using guide surfaces 40 and 42, which provide more space for the passage of the drill cuttings and which provide a surface that allows the drill cuttings to rise and from the front piece 116 of the screw 8300383

-V-V

-5- lichaam 110 weg leidt.-5- body 110 leads away.

Fig. 7 laat zien, dat de leivlakken 40 en 42 in een vlak liggen, dat een hoek ff insluit met het vlak door de middellijn van het bevestigingsorgaan 110, dat lood-5 recht op het vlak van het snijvlak 120 resp. 128 staat.Fig. 7 shows that the guide surfaces 40 and 42 lie in a plane which encloses an angle ff with the plane through the centerline of the fastener 110, which is perpendicular to the plane of the cutting plane 120, respectively. 128 stands.

Daaruit volgt, dat de hoek tussen de leivlakken 40 resp. 42 en de snijvlakken 120 resp. 128 gelijk is aan 90° + 0.It follows that the angle between the guide surfaces 40 resp. 42 and the cutting edges 120 and 50, respectively. 128 equals 90 ° + 0.

In de praktijk bedraagt ^""ongeveer 15° en de hoek tussen het : leiivlak 40 resp. 42 en het snijvlak 10 120 resp. 128 105°. Hoewel deze hoek in eerdere uitvoeringen werd toegepast, blijkt dit toch op zichzelf geen oplossing te bieden als de leivlakken 40 en 42 een zeer scherpe hoek vormen met het oppervlak van het werkstuk.In practice, the angle is approximately 15 ° and the angle between the slate plane is 40 and / or. 42 and the cutting edge 10 120 resp. 128 105 °. Although this angle has been used in previous embodiments, it does not appear to provide a solution in itself if the guide surfaces 40 and 42 form a very sharp angle with the surface of the workpiece.

In deze uitvoeringsvorm wordt een straal R 15 toegepast, die constant is vanaf de punt van het bevestigingsorgaan tot aan de laatste schroefgang. De straal R, die groot is om voldoende ruimte voor de afvoer van de spanen te verkrijgen, staat loodrecht op een denkbeeldig vlak, dat een hoek maakt van 105° met de snijvlakken 120 of 128 en dat ligt 20 langs een lijn, die de getoonde stippellijn uit fig. 6 volgt.In this embodiment, a radius R 15 is used, which is constant from the point of the fastener to the last screw run. The radius R, which is large in order to obtain sufficient space for the removal of the chips, is perpendicular to an imaginary plane, which forms an angle of 105 ° with the cutting surfaces 120 or 128 and which lies along a line, which the shown dotted line from fig. 6 follows.

Dat betekent, dat het denkbeeldige vlak gelijk, zou zijn aan het leivlak uit het bekende bevestigingsorgaan, In de praktijk is gebleken, dat toepassing van een straal R, die althans nagenoeg gelijk is aan de straal, die bij de snijvlak-25 ken 120 en 128 wordt toegepast om een geschikte snijhoek bij de snijranden te verkrijgen, een bevredigende doorvoer van afvalmateriaal door de groeven 118 en 199 bewerkstelligt.This means that the imaginary plane would be the same as the guide plane from the known fastening member. In practice it has been found that the use of a radius R, which is at least substantially equal to the radius, at the cutting edges 120 and 128 is used to obtain a suitable cutting angle at the cutting edges, ensuring a satisfactory throughput of waste material through the grooves 118 and 199.

Enerzijds zorgt het continu gekromde oppervlak in de langsrichting van het bevestigingsorgaan voor vol-30 doende ruimte voor de afvoer van de tijdens het boren gevormde spaanders en anderzijds voor een oppervlak, dat de spaanders in een continue stroom uit het door het bevestigingsorgaan 11Q geboorde gat wegleidt.On the one hand, the continuously curved surface in the longitudinal direction of the fastener provides sufficient space for the removal of the chips formed during drilling and, on the other hand, a surface which leads the chips away from the hole drilled by the fastener 11Q in a continuous flow. .

Het doel van de uitvinding wordt dus een-35 voudig bereikt door de leivlakken 4 0. en 42 van het bevestigingsorgaan als een continu gekromd oppervlak uit te voeren, dat overeenkomt met het oppervlak van de snijvlakken 12Q en 128 van het bevestigingsorgaan en de yereiste ruimte yoor de afvoer van de spaanders tijdens het boren biedt, en dat 40 de opwaartse stroom van de tijdens het boren door het beves- 8300383 't-Thus, the object of the invention is easily achieved by designing the guide surfaces 40 and 42 of the fastener as a continuously curved surface corresponding to the surface of the cutting surfaces 12Q and 128 of the fastener and the space required. provides the discharge of the shavings during drilling, and that 40 provides the upward flow of the chips during drilling 8300383 't-

-V-V

-6- tigingsorgaan geyormde spaanders uit het gat bevordert.-6- rig promotes yormed chips from the hole.

83003838300383

Claims

9 -2 * -7- Conclusions.

1. Self-drilling and tapping fastener with a threaded shank and a front piece, which includes a plurality of longitudinally extending grooves, which front piece, in cross section 5, has a short and a long axis and is provided with cutting surfaces formed by the grooves, and which are at least approximately in one plane and bounded by the long axis, characterized by two guide surfaces (140, 1421 with a curved surface and a curved surface) formed by the grooves (118, 119) constant radius of curvature (R) along their entire length, which guide surfaces extend from the tip of the front piece (1161) to the threaded shaft.

Fastening means according to claim 15 l, characterized in that the cutting surface. (12Q, 1281 and the guide plane (40, 421 are at least substantially curved.

Fixing member according to any one of the preceding claims, characterized in that at the point of the fixing member each guide surface (40, 421 with the associated cutting plane (120, 1281) encloses an angle greater than 100 °. 8300 38 3