DE19637969C2 - Spanlos loch- und gewindeformende Dünnblechschraube - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine spanlos loch- und gewindeformende Dünnblechschraube zur Verschraubung in Feinblechen unter 1,5 mm Dicke, vorzugsweise unter 1,0 mm Dicke, wobei die Schraube einen Gewindedurchmesser von höchstens etwa 6 mm, bevorzugt ca. 3 mm bis 6 mm, einen Kopf mit einem Werkzeugangriff und den daran anschließenden Gewindeschaft aufweist, der in einer konischen Verjüngung ausläuft, wobei der an den im wesentlichen zylindrischen Gewindeschaft (3) anschließende erste Bereich (5) der Verjüngung (4) eine polygonale Querschnittsform, insbesondere in Form eines dreiseitigen oder fünfseitigen Pyramidenstumpfes aufweist, das Gewinde der Schraube (1) als von der Spitze eines Kegels bis zum kopfseitigen Schaftende des Gewindeschaftes (3) durchlaufendes, metrisches Spitzgewinde mit konstanter Steigung geformt ist.

Aus der DE 36 06 444 A1 ist eine Schraube mit durchgehendem metrischen Gewinde bekannt.

Eine solche Schraube ist nicht zur Direktverschraubung von Feinblechen geeignet. Vielmehr ist dort erforderlich, zunächst in das Blech eine Vertiefung mit einer herabhängenden Wandung einzubringen, um anschließend das Gewinde der Schraube mit diesem Wandungsteil in Eingriff zu bringen und durch den Vortrieb der Schraube dann die Spitze der Vertiefung aufzubrechen.

Aus der DE 39 09 725 C1 ist eine Dünnblechschraube bekannt, bei der sich an den mit Gewinde versehenen Gewindeschaft ein sich verjüngendes Lochformteil anschließt, welches in einer balligen Reibfläche endet. Aufgrund dieser Gestaltung ist es möglich, eine solche Schraube in ein nicht vorgelochtes Dünnblech einzuschrauben und ein Gewinde zu formen, wobei die Schraube sich das Loch im Metallblech durch Reibung der balligen Reibfläche gegenüber dem Metallblech schafft, das hierdurch so erhitzt wird, daß das Material in seinen plastischen Bereich überführt wird, in dem es radial so nachgiebig wird, daß sich eine erwünschte Lochaufweitung mit Materialverdrängung ergibt. Beim weiteren Vorschub der Schraube durch diese ausgebildete Lochung greift dann ein verjüngter Bereich des Gewindeschaftes in das Loch ein, wodurch das Muttergewinde in dem Loch geformt wird. Gegen Ende des Ausformvorganges des Loches sind die Gewindegänge entsprechend gebildet, so daß der Gewindeschaft der Schraube greifen kann.

Diese Gestaltung ist an sich brauchbar, bedingt aber eine relativ lang ausgebildete Schraube, bei der ein erster Bereich mit der balligen Reibfläche gebildet ist, welcher Bereich in einen zylindrischen Bereich übergeht, an den sich wiederum ein relativ zum Gewindeschaft verjüngter gewindeformender Schaftbereich anschließt, der in den eigentlichen Gewindeschaft übergeht. Hierdurch ist die Gesamtbauform der Schraube relativ groß, was nicht nur zu einem größeren Platzbedarf der Schraube führt, sondern auch Nachteile hinsichtlich des Materialeinsatzes und des Gewichtes mit sich bringt.

Im Stand der Technik sind auch vielfältige gewindefurchende Schrauben bekannt, die also ohne Spannung eine Gewindeformung auch in Dünnblech ermöglichen, wobei aber dann immer ein vorgebohrtes oder vorgeformtes Loch in dem entsprechenden Blechteil vorhanden sein muß, in welches die entsprechende Schraube eingesteckt und eingedreht wird, wobei dann das Gewinde gefurcht und schließlich die Schraube eingedreht werden kann.

Ausgehend von dem eingangs bezeichneten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Dünnblechschraube gattungsgemäßer Art zu schaffen, die bei geringem Platzbedarf (geringer Länge) sowie geringem Materialeinsatz und unter Gewichtsersparnis das Einschrauben in ungelochte Bleche einfach und präzise ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß zum Zwecke der Direktverschraubung der an den polygonalen Querschnitt anschließende zweite Bereich (7) als Spitzkegel geformt ist und daß der Kegelwinkel des ersten und zweiten Bereichs (5, 7) etwa 60° beträgt.

Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß die Schraube in ein Dünnblech, welches nicht vorgelocht ist aber im Bereich der Einschraubstelle gegebenenfalls angekörnt sein kann, eingeschraubt werden kann, wobei zunächst die Spitze der Schraube, die eben solches Spitzgewinde aufweist, wie die gesamte Schraube über ihren gesamten Längsverlauf, sich selbst ein Loch in dem Dünnblech formt, ohne daß es zu einer Bildung von Spänen kommt. Das Material wird dann zunächst in gewisser Weise verdrängt, wobei bei weiterem Einschraubvorgang dann der polygonartige Pyramidenstumpf, der vorzugsweise fünfseitig ausgebildet ist, um das Einschraubmoment günstig zu gestalten, die eigentliche Gewindeformung durch Furchung bewirkt. Der anschließende Gewindeschaftbereich kann dann in dieses Gewinde eingeschraubt werden, wobei insgesamt die Länge der Schraube relativ gering gehalten werden kann und damit auch eine Material- und Gewichtsersparnis erfolgt.

Erstaunlicherweise ist bei dieser Ausbildung der Schraube eine geringe Anpreßkraft beim "Vorbohren" des Loches erforderlich. Die Schraube zieht sich dann selbst in die gebildete Öffnung hinein und bildet entsprechend das Gewinde. Die Ausbildung des gewindefurchenden Bereiches als Polygon, insbesondere auch Fünfeck, ist insbesondere beispielsweise aus der DE 32 42 926 C2 bekannt.

Bevorzugt ist ferner vorgesehen, daß die Länge des Polygonabschnittes maximal 4P entspricht (P = Gewindesteigung).

Durch diese Längenbegrenzung wird insgesamt die Baulänge der Dünnblechschraube gemindert.

Zudem ist vorgesehen, daß die Gewindesteigung vorzugsweise 0,4 bis 0,6 mm beträgt, insbesondere bei M3 = 0,4, M4 = 0,5 und M5 = 0,6.

Gegenüber dem Normgewinde ist die Gewindestärkung kleiner, was insbesondere bei der Anwendung bei Dünnblechen von Vorteil ist. Beim Normgewinde beträgt die Gewindesteigung bei einer M3 Schraube 0,5, bei einer M4 Schraube 0,7, bei einer M5 Schraube 0,8 und bei einer M6 Schraube 1,0 mm.

Zudem ist bevorzugt vorgesehen, daß das Gewinde mehrgängig, insbesondere zweigängig ist.

Ein mehrgängiges, vorzugsweise zweigängiges Gewinde ist insbesondere bei sehr dünnen Blechen von Vorteil, um einen sicheren Sitz der Schraube im Blech zu erreichen.

Zudem ist bevorzugt vorgesehen, daß die Länge des zweiten Bereiches etwa dem Schraubendurchmesser (im Bereich des zylindrischen Gewindeschaftes) minus 10% bis 15% entspricht.

Auch diese Maßnahme dient der Verminderung der Schraubenlänge und somit dem Zweck der Erfindung, nämlich geringerem Platzbedarf und Material- sowie Gewichtsersparnis.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden kurz beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Dünnblechschraube in Ansicht;

Fig. 2 desgleichen von oben in Draufsicht gesehen.

In der Zeichnung ist eine allgemein mit 1 bezeichnete loch- und gewindeformende Dünnblechschraube zur Direktverschraubung in Feinblechen unter 1,5 mm Dicke, vorzugsweise unter 1,0 mm Dicke gezeigt. Die Schraube 1 hat einen Gewindedurchmesser von höchstens 6 mm, bevorzugt von ca. 3 bis 6 mm, einen Kopf 2 mit einem Werkzeugangriff 3, im Ausführungsbeispiel einer Sternform, sowie einen an den Kopf anschließenden Gewindeschaft 3 mit dem oben angegebenen Nenndurchmesser. Der Gewindeschaft 3 läuft in einer konischen oder kegelförmigen Verjüngung 4 aus.

Der an den im wesentlichen zylindrischen Gewindeschaft 3 anschließende erste Bereich 5 der Verjüngung 4 weist die Querschnittsform eines fünfseitigen Pyramidenstumpfes auf, der durch die Abflachungen 6 gebildet ist. Der daran anschließende Bereich 7 ist als Spitzkegel geformt. Das Gewinde der Schraube geht von der Spitze des Spitzkegels 7 bis zum kopfseitigen Schaftende des Gewindeschaftes 3 durch und ist ein durchlaufendes metrisches Spitzgewinde mit konstanter Steigung.

Die Länge des Polygonabschnittes 5 entspricht vorzugsweise maximal der vierfachen Gewindesteigung P. Die Gewindesteigung beträgt vorzugsweise 0,4 bis 0,6 mm, beispielsweise bei einer M3 Schraube 0,4, bei einer M4 Schraube 0,5 und bei einer M5 Schraube 0,6 mm.

Der Kegel- bzw. Konuswinkel des ersten und zweiten Bereiches 5,7 beträgt 60°, wie dies bei 8 angegeben ist.

Das Gewinde der Schraube 1 ist vorzugsweise zweigängig. Die Länge des zweiten Bereiches 7 entspricht etwa dem Schraubendurchmesser im Bereich des zylindrischen Gewindeschaftes 3 abzüglich etwa 10 bis 15%.

Im Ausführungsbeispiel ist eine Schraube gezeigt, die aus einem Werkstoff gemäß SAE 1018 einsatzvergütet besteht und im Maßstab 5 : 1 vergrößert dargestellt ist. Es handelt sich hierbei um eine Dünnblechschraube M4 mal 8. Die Maße der Schraube sind wie folgt. Das Maß S beträgt 4 mm + geringer Toleranz, das Maß K beträgt 8 mm ± Toleranz und die Kopfhöhe H beträgt 2,6 mm ± Toleranzen.

Die Oberflächenhärte beträgt HV0,3 450 bis 600, die Kernhärte HV10 300 bis 350 und die Einsatztiefe ist 0,1 bis 0,23.

Die angegebenen Maße und Festigkeitswerte sowie Werkstoffe sind bevorzugt, nicht aber als ausschließliche Angaben zu betrachten.

Claims (5)

1. Spanlos loch- und gewindeformende Dünnblechschraube zur Verschraubung in Feinblechen unter 1,5 mm Dicke, vorzugsweise unter 1,0 mm Dicke, wobei die Schraube einen Gewindedurchmesser von höchstens etwa 6 mm, bevorzugt ca. 3 mm bis 6 mm, einen Kopf mit einem Werkzeugangriff und den daran anschließenden Gewindeschaft aufweist, der in einer konischen Verjüngung ausläuft, wobei der an den im wesentlichen zylindrischen Gewindeschaft (3) anschließende erste Bereich (5) der Verjüngung (4) eine polygonale Querschnittsform, insbesondere in Form eines dreiseitigen oder fünfseitigen Pyramidenstumpfes aufweist, das Gewinde der Schraube (1) als von der Spitze eines Kegels bis zum kopfseitigen Schaftende des Gewindeschaftes (3) durchlaufendes, metrisches Spitzgewinde mit konstanter Steigung geformt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Direktverschraubung der an den polygonalen Querschnitt anschließende zweite Bereich (7) als Spitzkegel geformt ist und daß der Kegelwinkel des ersten und zweiten Bereichs (5, 7) etwa 60° beträgt.

2. Dünnblechschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Polygonabschittes (5) maximal 4 P entspricht (P = Gewindesteigung).

3. Dünnblechschraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindesteigung vorzugsweise 0,4 bis 0,6 mm beträgt, insbesondere bei M3 = 0,4, M4 = 0,5 und M5 = 0,6.

4. Dünnblechschraube nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde mehrgängig, insbesondere zweigängig ist.

5. Dünnblechschraube nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des zweiten Bereiches (7) etwa dem Schraubendurchmesser (im Bereich des zylindrischen Gewindeschaftes (3)) minus 10% bis 15% entspricht.