DE102006034585A1

DE102006034585A1 - Loch- und gewindeformende Schraube

Info

Publication number: DE102006034585A1
Application number: DE102006034585A
Authority: DE
Inventors: Michael Achenbach; Eberhard Dr. Christ; Heinrich Dr. Friederich; Gottfried Dr. König
Original assignee: Ejot GmbH and Co KG
Current assignee: Ejot GmbH and Co KG
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2008-01-31
Also published as: CN101517249A; KR20090034873A; MX2009000732A; AU2007278469A1; US20090311075A1; BRPI0714664A2; JP2009544907A; WO2008012052A1; EP2044340A1

Abstract

In ein Blechstück eindrehbare loch- und gewindeformende Schraube mit einem eine Werkzeugaufnahme aufweisenden Kopf, einem Gewindeschaft, einem sich schwach konisch verjüngenden Lochformteil und einem Lochreibteil, wobei 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.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine in ein Blechstück eindrehbare loch- und gewindeformende Schraube mit einem eine Werkzeugaufnahme aufweisenden Kopf, einem Gewindeschaft, einem sich schwach konisch verjüngenden Lochformteil und einem Lochreibteil.
Eine derartige Schraube ist aus der europäischen Patentanmeldung 0 057 039 bekannt. Bei dieser Schraube wird ein Lochreibteil verwendet, das als Kegelstück ausgebildet ist, das in einer 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 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.
Der Erfindung liegt daher 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.
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.
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.
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.
Es ist weiterhin auch möglich, die Radialschulter konkav gewölbt verlaufen zu lassen. Die individuelle Gestaltung der Radialschulter hängt dann im Wesentlichen von dem Material des Blechstücks ab. Weiterhin werden von der Gestaltung der Radialschulter der aufzubringende Druck und die Drehzahl günstig beeinflusst.
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.
Für die Gestaltung des Kegelstücks als Bestandteil des Lochreibteils gibt es verschiedene Möglichkeiten. Man kann das Kegelstück in einem stumpf abgerundeten Endstück auslaufen lassen, wie dies z.B. in der EP 0 464 071 B1 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.
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 den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 die Schraube in perspektivischer Sicht;
2 einen Schnitt längs der Linie II-II aus 1 mit radial verlaufender Radialschulter;
3 einen ähnlichen Schnitt mit konisch verlaufender Radialschulter;
4 einen ähnlichen Schnitt mit konkav gewölbter Radialschulter;
5 einen ähnlichen Schnitt mit gegenüber der Radialschulter vorspringender abgerundeter Wölbung;
6 Das Lochreibteil mit in einer Spitze auslaufendem Kegelstück;
7 ein Lochreibteil mit einem Kegelstück mit koaxialer Vertiefung;
8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII aus 7;
9a, b und c eine Schraube nach 1 in verschiedenen Phasen des Eindringens und Durchdringens eines Blechstücks.
In 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 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 9a bis c). Die Radialschulter 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.
Das bei der Schraube 1 gemäß 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.
In der 2, die einen Schnitt längs der Linie II-II aus 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.
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 3 zeigt. Hier ist ein Schnitt ähnlich demjenigen gemäß 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.
Eine ähnliche Gestaltung ist in der 4 dargestellt, die ebenfalls einen Schnitt ähnlich demjenigen gemäß 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.
Eine besondere Gestaltung des Lochreibteils ist in der 5 dargestellt. Hier geht die konkav gewölbte Radialschulter 11 an ihrem äußeren Rand in eine vorspringende Ringkante 14 über, die das beim Erweichen des Materials des Blechstücks beweglich gewordenes Material gewissermaßen einfangt und zusammenhalt, womit dieses praktisch gänzlich einem Durchzug zur Verfügung steht, der sich auf der der Schraube abgewandten Seite des Blechstücks ausbildet.
Eine weitere Variante des Kegelstücks ist in der 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.
Eine besondere Gestaltung des Kegelstücks ist in den 7 und 8 dargestellt, wobei die 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII aus 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.
In den 9a, b und c ist das Eindrehen einer Schraube in ein Blechstück 20 und das Ausformen eines Durchzuges 22 dargestellt, wobei die in der 1 dargestellte Gestaltung einer Schraube zugrunde gelegt ist. Gemäß 9a ist das an seinem Ende 21 abgerundete Kegelstück 7 in das Material des Blechstücks 20 eingedrungen und hat dieses entsprechend erweicht. Gemäß 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 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.

Claims

In ein Blechstück (20) eindrehbare loch- und gewindeformende Schraube (1) mit einem eine Werkzeugaufnahme aufweisenden Kopf (2), einem Gewindeschaft (3), einem sich schwach konisch verjüngenden Lochformteil (4) und einem Lochreibteil (5, 8, 12), dadurch gekennzeichnet, dass das Lochreibteil (5, 8, 12) als Radialschulter (6, 9, 11) ausgebildet ist, die ein auf das Blechstück (20) aufsetzbares 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.
Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialschulter (6) im Wesentlichen in einem Winkel von 90° zur Schraubenachse verläuft.
Schraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialschulter (9) einen stumpfen Konus bildet.
Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialschulter (11) konkav gewölbt verläuft.
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.
Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kegelstück (7) in einem stumpf abgerundeten Endstück (21) ausläuft.
Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kegelstück (15) in einer Spitze (16) ausläuft.
Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kegelstück (17) eine koaxiale Vertiefung (18) aufweist, die von einem 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).
Schraube nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (18) kürzer als 3 mm ist.
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.