DE102006034583A1

DE102006034583A1 - Hole and thread forming screw

Info

Publication number: DE102006034583A1
Application number: DE102006034583A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr. Friederich; Michael Achenbach; Eberhard Dr. Christ
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: BRPI0714589A2; KR20090033360A; JP2009544906A; AU2007278468A1; MX2009000962A; WO2008012051A1

Abstract

Loch- und gewindeformende Schraube mit einem eine Werkzeugaufnahme aufweisenden Kopf, einem Gewindeschaft und einem sich kegelähnlich verjüngenden Lochformteil, das in einem stumpfen Endstück endet, wobei das Endstück eine koaxiale Vertiefung aufweist, die von einem Rand umgeben ist, dessen Außendurchmesser (d) um das 0,25- bis 0,75-fache kleiner ist als der größte Durchmesser (D) des Lochformteils.A hole and thread forming screw having a tool receiving head, a threaded shank, and a tapered hole forming part terminating in a blunt end piece, the end piece having a coaxial recess surrounded by an edge having an outside diameter (d) therearound 0.25 to 0.75 times smaller than the largest diameter (D) of the shaped hole part.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine loch- und gewindeformende Schraube mit einem eine Werkzeugaufnahme aufweisenden Kopf, einem Gewindeschaft und einem sich kegelähnlich verjüngenden Lochformteil, das in einem stumpfen Endstück endet, die also keine Spitze bildet.The The invention relates to a hole and thread forming screw with a tool holder having a head, a threaded shaft and a cone-like tapered hole molding, that in a dull tail ends, which therefore does not form a peak.

Eine derartige Schraube ist aus der EP 0 464 071 B1 bekannt. Bei dieser Schraube wird ein als Lochreibteil wirkendes Endstück verwendet, das in einer balligen Reibfläche endet, die für die Ausbildung eines Loches in einem Werkstück auf dieses aufgesetzt und unter Druck in Drehung versetzt wird, so dass durch Reibung der balligen Reibfläche gegenüber dem Werkstück, meist ein Metallblech, dieses so erhitzt wird, dass das Material des Werkstücks in seinen plastischen Bereich überführt wird, in dem es radial so nachgiebig wird, dass sich eine erwünschte Lochaufweitung mit Materialverdrängung zu einem Durchzug ergibt. Um diese Erweichung des Materials des Werkstücks zu erreichen, muss wegen der zunächst punktweisen Berührung des stumpfen Endstücks gegenüber dem Werkstück die Schraube mit hohem Druck gedreht werden, da wegen der punktweisen Berührung in Radialrichtung nur eine geringe Berührungsfläche ausnutzbar ist. Um dabei die erforderliche Erhitzung zu erzeugen, muss wegen dieser Konzentration auf eine sehr kleine Berührungsfläche mit einem entsprechend hohen Druck gearbeitet werden.Such a screw is from the EP 0 464 071 B1 known. In this screw acting as a punch friction part end piece is used, which ends in a crowned friction surface, which is placed for the formation of a hole in a workpiece on this and rotated under pressure, so that by friction of the crowned friction surface relative to the workpiece, usually a metal sheet, which is heated so that the material of the workpiece is transferred to its plastic region, in which it is radially so compliant that results in a desired hole expansion with material displacement to a passage. To achieve this softening of the material of the workpiece, the screw must be rotated with high pressure because of the first point contact the blunt end against the workpiece, because only a small contact surface is exploitable because of the pointwise contact in the radial direction. In order to produce the required heating, it must be worked because of this concentration on a very small contact area with a correspondingly high pressure.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte loch- und gewindeformende Schraube dahingehend zu verbessern, dass sie zur Ausformung des Lochs mit einem wesentlich geringeren Druck auskommt. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, dass das Endstück eine koaxiale Vertiefung aufweist, die von einem Rand umgeben ist, dessen Außendurchmesser (d) um das 0,25 bis 0,75-fache kleiner ist als der größte Durchmesser (D) des Lochformteils.Of the Invention is based on the object, the known hole and thread forming To improve screw so that they are used to shape the Hole with a much lower pressure gets along. According to the invention happens this is due to the fact that the tail a coaxial depression surrounded by an edge, its outer diameter (d) is 0.25 to 0.75 times smaller than the largest diameter (D) of the hole molding.

Aufgrund des die koaxiale Vertiefung umgebenden Randes ergibt sich eine gegenüber einer punktweisen Berührung wesentlich größere Berührungsfläche und damit eine erheblich größere Reibung zwischen dem stumpfen Endstück und dem Werkstück, so dass mit einem relativ geringen Druck auf das Werkstück dieses im Bereich des Randes erweicht wird und damit dem Endstück die Möglichkeit bietet, durch das Werkstück hindurchzutreten und dabei einen besonders gleichmäßig ausgeformten Durchzug zu erzeugen. Dieser Durchzug ist das Ergebnis der Lochaufweitung durch das sich verjüngende Lochformteil, das mit relativ großer Oberfläche an dem ausgeformten Loch in dem Werkstück drückt und damit an diesem schnell eine große Erwärmung erzeugt, die zu einer gleichmäßigen. Ausformung des Durchzuges führt. Die erfindungsgemäße loch- und gewindeformende Schraube ist daher hervorragend für das Eindrehen in ein Blechteil geeignet, in dem sich die Schraube das Loch ausformt und anschließend das Gewinde mittels des Gewindeschaftes furcht, womit für die Schraube in dem Blechteil bzw. Metallblech ein sicherer, lösbarer Sitz geschaffen worden ist.by virtue of the edge surrounding the coaxial depression is one opposite to one pointwise contact much larger contact area and thus a much greater friction between the blunt end piece and the workpiece, so with a relatively low pressure on the workpiece this is softened in the area of the edge and thus provides the tailpiece the opportunity through the workpiece to pass through and thereby a particularly uniformly shaped passage to create. This draft is the result of hole expansion by the rejuvenating Hole molding, with a relatively large surface at the formed hole in the workpiece pushes and so that at this quickly generates a large warming, which leads to a uniform. Formation of the Passage leads. The hole and thread-forming screw is therefore excellent for screwing in a sheet metal part suitable in which the screw forms the hole and subsequently feared the thread by means of the threaded shaft, what with the screw in the sheet metal part or sheet metal a secure, detachable seat has been created.

Für die Vertiefung genügt es, diese als kurze Bohrung auszubilden.For the recess enough to train them as a short hole.

Bei der Ausbildung des Durchzugs ergibt sich der Effekt, dass der Durchzug sich sowohl in Einführungsrichtung der Schraube als auch in entgegengesetzter Richtung erstreckt. Dies lässt sich dadurch unterstützen, dass längs des Lochformteils gewindeartig verlaufende Rippen vorgesehen sind, die symmetrisch gegenüberliegend angeordnet sind und eine Steigung aufweisen, die ein Vielfaches der Steigung des Gewindes des Gewindeschaftes beträgt. Das Lochformteil ist also mit besonders steil verlaufende Rippen versehen, die beim Ausformen des Loches wirken, dass dabei die Tendenz unterstützt wird, dass sich der Durchzug besonders ausprägt.at the formation of the draft results in the effect that the draft both in the direction of introduction extends the screw and in the opposite direction. This let yourself thereby assist that along the perforated molded part are provided thread-like ribs, the symmetrically opposite are arranged and have a slope which is a multiple the pitch of the thread of the threaded shaft is. The Hole-shaped part is therefore provided with particularly steep ribs, which act in forming the hole, thereby supporting the tendency that the passage is particularly pronounced.

Das Lochformteil lässt sich vorteilhaft einem Kegel ähnlich ausbilden, d.h. es verjüngt sich gleichmäßig in Richtung seines stumpfen Endstücks. Es ist auch möglich, dass das Lochformteil mit mehreren, symmetrisch angeordneten Abflachungen versehen ist, die im Querschnitt abgerundet ineinander übergehen. In diesem Falle erhält man abgerundete Mehreckquerschnitte, die über ihre abgerundeten Ecken einen besonders hohen Druck auf das Material des Blechteils beim Eindringen des Endstücks bewirken, womit die erforderliche Energie zum Eindrücken und Eindrehen der Schraube entsprechend verringert wird.The Leaves molding favorably similar to a cone form, i. it rejuvenates evenly in the direction his blunt tail. It is also possible, that the hole-forming part with a plurality of symmetrically arranged flats is provided, which in cross section rounded into each other. In this case receives one rounded polygonal cross-sections, the one about their rounded corners particularly high pressure on the material of the sheet metal part during penetration of the tail cause, what the required energy for pushing in and screwing the screw is reduced accordingly.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the figures are embodiments of Invention shown. Show it:

1 die Schraube in perspektivischer Sicht; 1 the screw in perspective view;

2 das Lochformteil der Schraube gemäß 1 im Schnitt längs der Linie II-II aus 1; 2 the hole forming part of the screw according to 1 in section along the line II-II 1 ;

3 einen Schnitt durch das Endstück der Schraube im Schnitt gemäß der Linie III-III aus 2; 3 a section through the tail of the screw in section along the line III-III 2 ;

4 eine Schraube ähnlich derjenigen gemäß 1, und zwar mit gewindeartig verlaufenden Rippen längs des Lochformteils; 4 a screw similar to that according to 1 , with thread-like ribs along the hole molding;

5 einen Schnitt durch das Lochformteil gemäß 4 längs der Linie V-V in vergrößerter Darstellung; 5 a section through the hole molding according to 4 along the line VV in an enlarged view;

6 ebenfalls einen Schnitt ähnlich demjenigen gemäß 5, jedoch bezüglich eines Lochformteils mit drei Rippen; 6 also a section similar to that according to 5 but with respect to a three-rib shaped hole molding;

7 das Lochformteil mit Rippen, die sich nur über den hinteren Bereich des Lochformteils erstrecken; 7 the hole forming member having ribs extending only over the rear portion of the hole forming member;

8 das Lochformteil in perspektivischer Sicht mit symmetrisch angeordneten Abflachungen; 8th the hole forming part in a perspective view with symmetrically arranged flats;

9 einen Schnitt durch das Lochformteil gemäß 8 längs der Linie IX-IX; 9 a section through the hole molding according to 8th along the line IX-IX;

10a, b, c das Lochformteil gemäß der Schraube nach 1 in verschiedenen Phasen des Eindringens und Durchdringen durch ein Blechstück. 10a , b, c the hole shaped part according to the screw 1 in different phases of penetration and penetration through a piece of sheet metal.

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, das zum Eindrehen in ein Blechstück dient (siehe 10a bis c). Der Schraubenkopf 2 ist mit irgendeiner bekannten Aufnahme für einen Antrieb versehen. Das vor dem Gewindeschaft 3 angeordnete Lochformteil 4 ist kegelähnlich gebildet und verjüngt sich zum Endstück 5 hin, das zum Eindrehen in ein Werkstück, insbesondere ein Blechstück, auf dieses aufgesetzt und in Drehung versetzt wird. Das Endstück 5 besitzt den stumpfen Rand 6, der eine koaxiale Vertiefung 7 umgibt, die hier als kurze runde Bohrung ausgebildet ist. Der Rand 6 kann auch schmäler ausgebildet sein, was von dem jeweiligen Herstellungsverfahren abhängt. Bei einer Schraube mit einem Gewinde von 5 mm Durchmesser und einem Lochformteil-Durchmesser D von 4 mm beträgt der äußere Durchmesser des Randes 6 maximal 3 mm. Die als Bohrung ausgebildete koaxiale Vertiefung 7 ragt ca. 3 mm oder weniger in das Lochformteil 4 hinein (siehe auch 2). Der durch die koaxiale Vertiefung 7 gebildete Rand 6 bildet beim Aufsetzen auf ein Werkstück einen ausreichend großen Durchmesser, um bei Rotation der Schraube 1 das Blechstück schnell so zu erhitzen, dass das Material des Blechstücks fließt und das Eindringen des Lochformteils 4 in das Blechstück ermöglicht (siehe hierzu 10a bis 10c). Insofern ergibt sich aufgrund dieser Gestaltung des Endstücks 5 des Lochformteils 4 ge genüber bekannten lochformenden Schrauben mit praktisch punktueller Berührung des Lochformteils gegenüber einem Blechstück der entscheidende Vorteil, dass wegen des Durchmessers des Randes 6 eine erhebliche Reibungswärme erzielt werden kann, die ein schnelles Eindringen der Schraube in ein Werkstück ermöglicht.In 1 is the hole and thread forming screw according to the invention 1 shown in perspective view. The screw points the screw head 2 , the threaded shaft 3 and the hole molding 4 on, which serves for screwing into a piece of sheet metal (see 10a to c). The screw head 2 is provided with any known receptacle for a drive. That in front of the threaded shaft 3 arranged hole molding 4 is cone-shaped and tapers to the tail 5 towards, which is set for screwing into a workpiece, in particular a sheet metal piece, on this and rotated. The tail 5 has the blunt edge 6 , which is a coaxial depression 7 surrounds, which is designed here as a short round hole. The edge 6 can also be formed narrower, which depends on the particular manufacturing process. For a screw with a thread of 5 mm diameter and a hole molding diameter D of 4 mm, the outer diameter of the edge 6 maximum 3 mm. The bore formed as a coaxial depression 7 protrudes about 3 mm or less in the hole molding 4 into it (see also 2 ). The through the coaxial depression 7 formed edge 6 forms when placed on a workpiece a sufficiently large diameter to rotate with the screw 1 quickly heat the piece of sheet so that the material of the sheet piece flows and the penetration of the hole forming part 4 in the sheet metal piece allows (see 10a to 10c ). In this respect, results from this design of the tail 5 of the hole molding 4 ge compared with known hole-forming screws with virtually punctual contact of the hole forming part against a piece of sheet metal the decisive advantage that because of the diameter of the edge 6 a considerable frictional heat can be achieved, which allows a quick penetration of the screw into a workpiece.

In der 2 ist das Lochformteil 4 und das Endstück 5 vergrößert dargestellt, wobei es sich im Bereich der koaxialen Vertiefung 7 um einen Schnitt längs der Linie II-II aus 1 handelt. Dieser Schnitt zeigt, dass es sich bei der Vertiefung 7 um eine kurze Bohrung handelt, die einen ausreichend großen Rand 6 stehen lässt, der dann, wie im Zusammenhang mit der 1 beschrieben, dafür sorgt, dass bei Aufsetzen der Schraube auf ein Blechstück an dieser Stelle schnell die notwendige Erwärmung eintritt.In the 2 is the hole molding 4 and the tail 5 shown enlarged, being in the area of the coaxial recess 7 around a section along the line II-II 1 is. This section shows that it is at the recess 7 is a short hole that has a sufficiently large edge 6 then, as in connection with the 1 described, ensures that when putting the screw on a piece of sheet at this point quickly enters the necessary warming.

Um nach dem Eindringen des Endstücks 5 in ein Blechstück die Aufweitung des so gebildeten Loches zu erleichtern, ist gemäß 4 das Lochformteil 8 mit gewindeartig verlaufenden Rippen 9 und 10 versehen (weitere Rippen sind nicht sichtbar), die das Lochformteil 8 aufgrund ihrer gewindeartigen Wirkung in das erweichte Material des Blechstücks hineinziehen und damit das gebildete Loch aufweiten, bis schließlich das Lochformteil 8 den Gewindeschaft 3 mit zunächst abgeflachten Gewindegängen in das gebildete Loch hineinzieht. Bei den Rippen 9 und 10 handelt es sich also um eine ergänzende Wirkung zu derjenigen gemäß der Gestaltung nach 1, die in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Material eines Blechstücks zur Anwendung kommen kann, obwohl in vielen Fällen ein glattes Lochformteil, wie es in der 1 dargestellt ist, für das Eindringen in ein Blechstück ausreichend ist.To after the penetration of the tail 5 in a piece of sheet metal to facilitate the expansion of the hole thus formed is according to 4 the hole molding 8th with thread-like ribs 9 and 10 provided (other ribs are not visible), which is the hole forming part 8th pull into the softened material of the sheet metal piece due to their thread-like effect and thus widen the hole formed, until finally the hole forming part 8th the threaded shaft 3 with initially flattened threads draws into the hole formed. At the ribs 9 and 10 it is therefore a complementary effect to that according to the design 1 , which can be used depending on the particular material of a sheet metal piece used, although in many cases a smooth hole shaped part, as shown in the 1 is shown, is sufficient for penetration into a piece of sheet metal.

5 zeigt einen Schnitt längs der Linie V-V aus 4, aus der ersichtlich ist, dass das wiedergegebene geschnittene Lochformteil 8 mit vier Rippen 9, 10, 11 und 12 versehen ist. 5 shows a section along the line VV 4 , from which it can be seen that the reproduced cut hole forming part 8th with four ribs 9 . 10 . 11 and 12 is provided.

6 zeigt eine Abwandlung gegenüber der Gestaltung gemäß 5, wonach das hier gezeigte Lochformteil 13 nur mit drei Rippen 14, 15 und 16 versehen ist. 6 shows a modification to the design according to 5 , after which the hole molding shown here 13 only with three ribs 14 . 15 and 16 is provided.

Die Rippen gemäß den 4, 5 und 6, die gemäß 4 über die gesamte Länge des Lochformteils 8 verlaufen, kann man auch im Bedarfsfalle kürzer anordnen, wie dies in der 7 dargestellt ist. Die hier auf dem Lochformteil 17 vorgesehenen Rippen 18 und 19 erstrecken sich nur über etwa die halbe Länge des Lochformteils 17, d.h. das Lochformteil 17 formt zunächst aufgrund der Erhitzung des Blechstücks durch den Rand 6 zunächst allein ein Loch in das Blechstück, bis dann die Rippen 18 und 19 (und weitere nicht sichtbare) eingreifen und weiterhin für ein Hineinziehen des Lochformteils 17 in das Material des Blechstücks sorgen. Die in 7 dargestellten kürzeren Rippen 18 und 19 sind dann insbesondere vorteilhaft anwendbar, wenn sich dies aus fabrikatorischen Gründen als zweckmäßig ergibt.The ribs according to the 4 . 5 and 6 according to 4 over the entire length of the hole molding 8th run, you can arrange shorter in case of need, as in the 7 is shown. The here on the hole molding 17 provided ribs 18 and 19 extend only over about half the length of the hole molding 17 ie the hole forming part 17 initially forms due to the heating of the piece of sheet metal by the edge 6 first alone a hole in the sheet metal piece, until then the ribs 18 and 19 (and more invisible) intervene and continue to pull the hole molding 17 in the material of the piece of sheet metal. In the 7 shown shorter ribs 18 and 19 are then particularly advantageous applicable if this results in fabrikatorischen reasons as appropriate.

Eine weitere besondere Gestaltung des Lochformteils 20 ist in der 8 gezeigt, bei der es sich gemäß in 9 dargestellten Schnitt längs der Linie IX-IX aus 8 um eine Mehrkantanordnung der im Prinzip konischen Gestaltung des Lochformteils 20 handelt, durch die das Aufweiten des zunächst herbeigeführten Loches in dem Blechstücks intensiviert wird.Another special design of the hole molding 20 is in the 8th shown in accordance with in 9 shown section along the line IX-IX 8th a polygonal arrangement of the conical design of the hole shape in principle part 20 acts, is intensified by the expansion of the initially induced hole in the piece of sheet metal.

Der in der 9 dargestellte Schnitt des Lochformteils 20 aus 8 zeigt eine polygonartige Gestaltung mit sieben Abflachungen 21, die abgerundet ineinander übergehen, so dass diese Abrundungen 22 in günstiger Weise, ohne an dem Material eines Blechstücks zu schaben, dieses beiseite drängen und damit ein bereits herbeigeführtes Loch entsprechend aufweiten. Die strichpunktierte Kreislinie soll die Lage der Abrundungen 22 auf dem Kreis verdeutlichen.The Indian 9 illustrated section of the hole molding 20 out 8th shows a polygonal design with seven flats 21 that blend into each other, leaving these rounded offs 22 favorably, without scrape on the material of a piece of sheet metal, this push aside and thus expand a hole already brought forth accordingly. The dot-dash line should indicate the location of the rounding off 22 clarify on the circle.

In den 10a, b und c sind drei Phasen des Eindringens einer Schraube, wie sie in 1 dargestellt ist, in das Blechstück 23 gezeigt. Zunächst dringt das Endstück 5 des Lochformteils 4 in das Blechstück 23 ein und drängt sich infolge Erhitzung des Materials des Blechstücks 23 durch dieses hindurch, bis das Endstück 5 vollständig durch das Blechstück 2 hindurch getreten ist (siehe 10b), so dass nunmehr das Lochformteil 4 mit seiner konischen Gestaltung das gebildete Loch aufweitet, bis schließlich das Lochformteil 4 gänzlich durch das gebildete Loch hindurch getreten ist und damit das Gewinde des Gewindeschaftes 3 durch das Loch eingetreten ist, das sich dann sein Gewinde furcht und aufgrund seiner Gewindewirkung die Schraube weiterhin durch das Blechstück 23 hindurch zieht, womit die Verbindung von Schraube 1 und Blechstück 23 endgültig hergestellt ist.In the 10a , b and c are three phases of penetration of a screw, as in 1 is shown in the piece of sheet metal 23 shown. First, the tail penetrates 5 of the hole molding 4 in the sheet metal piece 23 and urges itself as a result of heating the material of the piece of sheet metal 23 through this until the tail 5 completely through the piece of sheet metal 2 has passed through (see 10b ), so that now the hole forming part 4 with its conical design widens the hole formed, until finally the hole forming part 4 has completely passed through the hole formed and thus the thread of the threaded shaft 3 through the hole, which then feared its thread and due to its thread action, the screw continues through the piece of sheet metal 23 pulls through, bringing the connection of screw 1 and sheet metal piece 23 is finally made.

Claims

Hole and thread forming screw ( 1 ) with a head having a tool holder ( 2 ), a threaded shaft ( 3 ) and a cone-like tapered hole shaped part ( 4 . 8th . 13 . 17 . 20 ), which in a blunt end piece ( 5 ) ends, characterized in that the tail ( 5 ) a coaxial depression ( 7 ), which is bounded by an edge ( 6 ) whose outer diameter (d) is 0.25 to 0.75 times smaller than the largest diameter (D) of the hole-forming part (FIG. 5 ).

Screw according to claim 1, characterized in that the recess ( 7 ) is shorter than 3 mm.

Screw according to claim 1 or 2, characterized in that along the hole molding ( 8th ) thread-like ribs ( 9 . 10 . 11 . 12 ; 14 . 15 . 16 ; 18 . 19 ) are provided, which are arranged symmetrically to each other and have a pitch which is a multiple of the pitch of the thread of the threaded shaft ( 3 ) is.

Screws according to one of claims 1 to 3, characterized in that the perforated molding ( 20 ) with a plurality of symmetrically arranged flats ( 21 ) is provided, which in cross-section rounded into each other.