DE2543042A1

DE2543042A1 - Bohrschraube

Info

Publication number: DE2543042A1
Application number: DE19752543042
Authority: DE
Inventors: Charles James Decaro
Original assignee: Textron Inc
Current assignee: Textron Inc
Priority date: 1974-09-27
Filing date: 1975-09-26
Publication date: 1976-07-08
Also published as: GB1508619A; CA1036851A; DE7530552U; US3924508A; AU8474675A; SE7510830L; FR2286308A1; ZA755893B; CH589238A5; BR7506166A

Description

betreffend Bohrachraube

Die Erfindung betrifft zusammengesetzte Bohrschrauben, deren Teile mit Hilfe eines Reibungs- bzw. Trägheitsschv/eißverfahrens (inertia welding) miteinander verbunden worden sind.

Die ständige Ueiterentwicklung der Uohrschraubentechnik hat zu einer ständig zunehmenden Erweiterung der Anwendungsbereiche von üohrschrauben geführt. Hierzu hat auch die Tatsache beigetragen, da!3 in zunehmendem Ausmaß Holz als Eonstruktionswerkstoff durch Metall ersetzt wird, insbesondere bei Außenverkleidungen der 1/ände von Gebäuden, Dächern, Sindeckungen und dergleichen.

Dines der Probleme, die sich im Zusammenhang mit dem zunehmenden Einsatz von Bohrschrauben ergeben haben, besteht darin, daß es erforderlich ist, den verschiedenen Teilen ein und derselben Bohrschraube unterschiedliche Eigenschaften zu verleihen. Beispielsweise muß der freiliegende Schraubenkopf häufig gegen './itterungseinflüsse geschützt sein, während das den Bohrer bildende ;]nde außerordentlich hart sein muß, damit es die miteinander zu verbindenden Werkstücke durchdringen kann. Gleichzeitig kann es erforderlich sein, dafür zu sorgen, daß der mittlere Gewindeabschnitt eine hohe Haltefestigkeit besitzt oder eine harte Oberfläche aufweist, damit das gebohrte

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- och ;nit Qevinrie verschon v/erden kann, oder d^3 der Gevinder.b^chnitt korrosionsbeständig ist, wenn ein '-!'eil des Gewindep.bschnitts Bedingungen ausgesetzt ist, die zu einer Korrosion führen kennen. ■" erlistoffo, die .solche unterschiedlichen ]igenschrften besitzen, stehen entweder nicht zur Verfügung, oder sie sine außerordentlich reiten und daher teuer. Schließlich kann die ".Briaebehandlung, mittels v/elcher einem bestimmten Abschnitt einer Eohrschraube die gewünschten Eigenschaften verliehen werden,, eine Oeeinträch igung der Eigenschaften herbeiführen, die bei einem anderen Teil der gleichen Dohrsehraube erwünscht sind.

L'ur Verwendung in der Luft- und ir.urafahrtindustrie- sind zv/ar bereits TTiete hergestellt worden, die sich aus zwei getrennten Bauteilen zusammensetzen, welche mit Hilfe eines ieibungsbsv. Trägheitsschv/eii'verfahrens miteinander verbunden sind, doch ist bis jetzt nicht versucht v/orden, entsprechende Maßnahmen bei Bohrschrauben anzuwenden, die zu einem anderen Gebiet der Technik guhören und weder mit nieten verwandt sind, noch bis jetzt auf dem Gebiet der Luft- und laumfahrtteehnik angewendet, werden.

her in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Bohrschraube anzugeben, die die gestellten Forderungen besser als die bekannten Bohrschrauben erfüllt.

Gemä3 der Erfindung ist es möglich, dafür zu sorgen, daß verschiedene Abschnitte einer Bohrschraube im Vergleich zu ihnen benachbarten Abschnitten weitgehend andere Eigenschaften und Merkmale aufweisen. Durch die Erfindung ist eine Bohrschraube geschaffen worden, die sich aus verschiedenen Iletallen zusammensetzt und so gestaltet ist, daß sich sowohl eine Korrosionsfestigkeit als auch die erwünschten Festigkeitseigenschaften erzielen lassen. Weiterhin ist durch die Erfindung eine Bohrschraube gesehaffen worden, bei der sich die verschiedenen Abschnitte gesondert einer Wärmebehandlung unterziehen lassen, bevor diese Abschnitte miteinander verbunden worden sind, oder

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nachdem die Abschnitte bereits miteinander vereinigt wurden. Liese Möglichkeit der durchführung einer ·ärmebehandlung gestattet es, die Eigenschaften der verschiedenen Abschnitte einer Bohrschraube innerhalb sogar noch größerer Bereiche zu variieren. Venn es zu bestimmten Zwecken erforderlich ist, ungewöhnliche Eigenschaften zu erzielen, zu deren Erzielung kostspielige und schwer zu beschaffende Metalle benötigt werden, ermöglicht es die Erfindung, ein solches Metall zu verwenden, jedoch nur bei einem bestimmten Teil einer Bohrschraube, so da3 sich die Werkstoffkosten und die Schwierigkeiten bei der Materialbeschaffung auf ein Ilinimum zurückführen lassen. Die Verwendung voneinander getrennter Bestandteile ermöglicht es ferner, gegebenenfalls die Möglichkeiten zum Aufspritzen von Überzügen in einem maximalen Ausmaß nutzbar zu machen.

Genauer gesagt, ist durch die Erfindung eine Bohrschraube geschaffen worden, bei der ein erster Abschnitt aus einem ersten Material besteht und mit Hilfe eines Tleibungs- bzw. Trägheitsschweifäverfahrens mit einem aus einem zweiten Material hergestellten weiteren Teil der Bohrschraube verbunden worden ist. Hierbei ist es möglich, die Schweißstelle z\/ischen dem Kopf und dem Gewindeschaft oder zwischen dem Gev/indeschaft und dem als Bohrer wirkenden 3chneidteil oder zwischen den ^nden des Gewindeschaftes anzuordnen. Bei dem ersten Abschnitt oder Teil handelt es sich um den Schraubenkopf oder aber um den Lchraubenkopf und einen Teil des Gewindeschaftes oder um den Kopf und den gesamten Gewindeschaft, während der zweite Abschnitt oder Teil durch den Gewindeschaft und das zum Bohren dienende Ende oder durch einen Teil des Gewindeschaftes und den Bohrerabschnitt oder nur durch den Bohrerabschnitt gebildet wird. Bei einer bestimmten Ausführungsform ist es möglich, den Schraubenkopf mit einer Aussparung zum Aufnehmen der Schweißstelle und des ihr benachbarten l'ndes des Gev/indeschaftes zu versehen.

Jie Erfindung wird im folgenden mit weiteren Einzelheiten anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen erläutert. ;s zeigt:

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Fig. I eine Seitenansicht einer Bohrschraube mit einer dem schraubenkopf benachbarten Verbindungsstelle;

Fig. 2 eine auseinandergezogene, teilweise als Längsschnitt und teilweise als Ansicht gezeichnete Darstellung der Bohrschraube nach Fig. 1;

Fig. 'L eine Seitenansicht einer Bohrschraube mit einer dem Cchneidteil benachbarten Verbindungsstelle; und

Fig. 4: eine Seitenansicht einer Bohrschraube mit einer zwischen den linden des Gewindeschaftes liegenden Verbindungsstelle.

Die in Fig. 1 und 2' dargestellte, insgesamt mit 10 bezeichnete Bohrschraube ist als zusammengesetzte Bohrschraube ausgebildet, die aus mindestens zwei Abschnitten besteht, welche mit Hilfe eines P.eibungs- bzw. Trägheitsschweißverfahrens miteinander verbunden worden sind. Zu der Bohrschraube 10 gehören ein Kopfabschnitt 12 und ein mit Gewinde versehener Schaft- bzw. 2inschraubabschnitt 18, der mit einem einen Bohrer bildenden Ansatz 20 versehen ist.

In Fig. 1 und 2 ist eine Bohrschraube 10 dargestellt, bei der mit Hilfe eines lieibungs- bzw. Trägheitsschweiß Verfahrens eine Verbindung zwischen dem Kopfabschnitt 12 und dem einschraubbaren Gewindeabschnitt 18 hergestellt ist. Genauer gesagt, weist die Bohrschraube 10 einen Sechskantkopf 12, einen Gewindeschaft 14 und ein Eintrittsende 16 auf. Der Gewindeschaft 14 ist mit Gewinde versehen, während das .lintrittsende 16 einen einen Bohrer bildenden Ansatz 20 aufweist, wie es bei Bohrschrauben üblich ist.

Der Kopfabschnitt 12 weist auf seiner Unterseite gemäß Fig. 2 eine Aussparung 22 mit einer abgeschrägten Wand auf. Der Kopfabschnitt ist mit dem Schaftabschnitt 14 gemäß Fig. 1 durch eine mit Hilfe eines Reibungs- bzw. Trägheitsschweißverfahrens hergestellte Schweißverbindung W verbunden. Diese Schweißverbindung wird innerhalb der Aussparung 22 hergestellt, so daß der während des Schweißvorgangs entstehende Grat von der Aus-

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sparung ?.? aufgenommen wird, und daß es, wenn überhaupt, so nur in einem minimalen Ausmaß erforderlich ist, ."ntgratungsarbeiten auszuführen. Normalerweise ist es schwierig, mit Hilfe eines Gewindewalzverfahrens ein Gewinde herzustellen, das sich unmittelbar bis zum Kopf einer Bohrschraube erstreckt. Bei der Ausführungsform nach ?ig. 1 und 2 kann das Gewinde jedoch unmittelbar an dem Kopfabschnitt beginnen, so dal eine maximale Sinschraublänge zur Verfügung steht.

Der Kopfabschnitt 12 wird normalerweise aus einem Metall hergestellt, das die gewünschte Korrosionsfestigkeit besitzt, während der Cchaftabschnitt 14 und das Xintrittsende 13 aus einem Metall hergestellt sind, das die Herstellung eines Gewindes von hoher Festigkeit und einer Bohrspitze von großer Härte ermöglicht. Der »Cchaftabschnitt 14 und das T^intrittsende 16 werden normalerweise aus einem einzigen lohteil unter Anwendung eines Kaltstauchverfahrens oder dergl. hergestellt.

Gemäß Fig. " ist es jedoch möglich, auf ähnliche Weise eine Bohrschraube 10 dadurch herzustellen, daß man mit ililfe eines :?eibungs- bzw. Trägheitsschwei-1 Verfahrens das aus einem ersten Hetall bestehende Jintrittsende 28 mit einen aus einem zweiten Metall hergestellten Zopf- und Schaftabschnitt zu verbinden. Diese Ausführungsform einer Bohrschraube könnte in Fällen verwendet werden, in denen man eine außergewöhnlich harte Bohrspitze benötigt, oder in denen ein erheblicher Teil des Kopf- und Schaftabschnitts der Gefahr einer Korrosion ausgesetzt ist. Gemäß Fig. 3 sind der Kopf- und Schaftabschnitt ?Λ mit dem 3intrittsabschnitt 26 durch eine mit Hilfe eines rteibungs- bzw. TrägheitsschweiiäVerfahrens hergestellte Schweißstelle W miteinander verbunden. Zu dem Abschnitt 24 gehört ein Kopfabschnitt 28, der mit einem Gewindeabschnitt SO zusammenhängt, und der Abschnitt 24 ist auf bekannte "eise mit Hilfe eines Kaltstauchverfahrens geformt, während das Gewinde durch .Einwalzen hergestellt ist. Zu dem iintrittsabschnitt 26 gehört eine Bohrerspitze 32, und dieser lintrittsabschnitt wird ebenfalls im V/ege des Kaltstauchens oder dergl. hergestellt.

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Gemäß Fig. i kanu tine mit Hilfe eines ;^r:eibungs- bzw. Trägheitsschweilverfaiireiis hergestellte Schweißstelle W auch dazu dienen, einen mit Gewinde versehenen I.iintrittsabschnitt 34 mit einem Kopf- und Gewindeabschnitt C3 zu verbinden. Gemäß ~^?ig. gehören zu dem Abschnitt c6 ein Kopfabschnitt 38 und ein damit zusammenhängender Teil 4.0 des Gewindeabschnitts. Der verbleibende Teil 4? des Gewindeabschnitts hängt mit dem liintrittsende 44 zusammen, das mit einer Bohrerspitze 48 versehen ist. i-er Teil 40 des Gewindeabschnitts wird mit dem verbleibenden Teil 42 des Gewindeabschnitts mit TIiIfe einer :eibungs- bzw. Trägheitssehweißsteile W verbunden. Normalerweise wird bei der Ausführungsform der bohrschraube 10 nach ?ig. 4 das Gewinde eingewalzt^ und nachdem der Teil 40 des Gewindeschaftes mit dem Schaftteil 42 mit Hilfe eines ieibungs- bzv. Trägheitsschveißverfahrens verbunden worden ist, wird eine ^T"ärmebehandlung durchgeführt. Dei den /usführunssfox-men nach Fig. 1 und bsv. x^?ig. 3 wird der Cchwei'-ivorgang gewöhnlich durchgeführt, nachdem die betreffenden Teile dor Bohrschraube die gewünschte "'arinebehandlung erfahren haben, natürlich ist es je nach den an die 3ofträehraube gestellten Anforderungen auch möglich, diesen Yerfahrensschritt abzuändern.

Die nachstellende Tabelle, der jedoch keine einschränkende Bedeutung zukommt,, veranschaulicht einige mögliche Kombinationen von !Metallen, die sich bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen von Bohrschrauben anwenden lassen. Außerdem ist es auf vorteilhafte "reise möglich, überzüge durch Aufspritzen aufzubringen. Beispielsweise kann man einen Schraubenkopf aus gewöhnlichem· Stahl durch Aufspritzen mit einem Überzug aus einem korrosionsbeständigen Material versehen, und den Kopf mit Hilfe eines Reibungs- bzw. Trägheitsschweißverfahrens mit einem Gewindeschaft aus einem gehärteten Kohlenstoffstahl verbinden. Alternativ ist es möglich, einen Schraubenkopf aus einem gewöhnlichen Metall, bei dessen Verwendung sich bei der Anwendung des Trägheitsschweißverfahrens Schwierigkeiten ergeben, durch Aufspritzen mit einem Überzug zu versehen; die während des Verbinetens der beiden Teile entstehende hohe Temperatur

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bewirkt dann, daß der dünne aufgespritzte Überzug zum Schmelzen gebracht wird, so daß der Gev/indeschaft mit dem freigelegten Metall des Kopfabschnitts verschweißt vird.

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Lage der Schweißstelle Tabelle Beispiele für zu kombinierende Metalle

Merkstoffe zur Auswahl

Kopf

Schaft 'Jintrittsende

Zwischen Kopf und

Schaft cn

CD PO OO ""^Zwischen Schaft und °Sintrittsende

Zwischen zwei Schaftteilen

Nichtrostender Stahl der Serie 300 (USA), Honelmetall, Aluminiumlegierungen, Inconel (Warenzeichen), Kupfer-Nickel-Legierungen Kohlenstoffstähle 1020 bis 1050 (UGA) Nichtrostender Gtahl der Serie 400 (UCA)

Nichtrostender Stahl der Serie 30<£ und darüber (USA), Monelraetall, Kupfer-Kickel-Legierungen, Aluminiumlegierungen Nichtrostender Stahl
321 (USA), Stahl mit
mittlerem bis hohem
Kohlenstoffgehalt,
nichtrostender Stahl
der Serie 400 (USA)

Kohlenstoffstähle 1020 bis 1050 (USA)

Nichtrostender Stahl der Serie 400 (USA)

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Trägheitsschwei 5verfahren wird mit l-'ilfe einer ieibungs-

i"*vorrichtung durchgeführt, z.3. der in der UL-Patentschrift Γ 30Ί Γ13 beschriebenen, die zum Verarbeiten kleiner Gegenstände geeignet ist. Um mit :Iilfe dieses Verfahrens eine Schweißverbindung herzustellen, wird normalerweise eines der zu verbindenden Teile mit einer außerordentlich hohen drehzahl gedreht, die sich in vielen Fällen 100 000 U/min nähert, das andere Teil wird so festgehalten, da3 es sich nicht drehen kann, und dann werden die beiden Teile zusammengebracht, so daß sich die Energie der Drehbewegung dadurch in '/arme verwandelt, daß ?.eibungs2iräfto auftreten, sobald die beiden Teile in Berührung miteinander gebracht werden.

Ansprüche: 609828/0168

Claims

flJ Unter Anwendung eines ileibungs- bzw. TrägheitsschweißverfahreÄs .(Inertia welding) hergestellte zusammengesetzte Bohrschraube* dadurch gekennzeichnet , daß ein Gev/indeabscitnitt (14; oO; 40, 42) vorhanden ist, an dessen eines Ende sich ein einen Bohrer bildender Abschnitt (20; 32; 4G) anschließt, während sich an sein anderes Ende ein Kopfabschnitt (1.21 28; 38) anschließt, daß bestimmte Abschnitte der Bohrschraube (10) aus einem ersten Material bestehen, daß die übrigen Abschnitte der Bohrschraube aus einem sich von dem ersten Material unterscheidenden zweiten Material bestehen, und daß die aus den unterschiedlichen Materialien bestehenden Abschnitte durch eine mit Hilfe eines Reibungs- bzw. Trägheitsschweißverfahrens hergestellte Schweißstelle (W) miteinander verbunden sind.
2. Bohrschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei unterschiedlichen Metallen besteht.
3. Bohrschraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kopfabschnitt (12) aus einem ersten Metall besteht, und daß der Gewindeabsclinitt (14) und der sich daran anschließende, einen Bohrer bildende Sndabschnitt (20) aus einem zweiten Metall besteht.
4. Bohrachraube nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Koj»fabschnitt (12) auf einer Flachseite mit einer Aussparung (22) versehen ist, die geeignet ist, das benachbarte Snde des Gewindeabschnitts (14) aufzunehmen, so daß sich die mit Hilfe eines Seitoungs- bzw. TrägheitsschweißVerfahrens hergestellte Schweißverbindung (V) innerhalb der Aussparung befindet.

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5. Bohrschraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da2 der Kopfabschnitt (?8) und ein erster Teil (40) des Gewindeabschnitts aus einem ersten Ketall und der verbleibende Teil (4.2) des Gewindeabschnitts und der einen Dohrer bildende Indabschnitt (46) aus einem zweiten Metall bestehen.

C. Bohrschraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfabschnitt (TiS) und der Gewindeabschnitt (30) aus einem ersten Metall bestehen, und daß der einen Bohrer bildende ^ndabschnitt (22) aus einem zweiten Metall hergestellt ist.

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