DE1603790C - Motorschrauber zum Einsetzen von Befestigungsschrauben in ein Werkstück - Google Patents

Description

Gegenstand des Hauptpatents ist ein Motorschrauber für Schrauben, die das Gewinde in einem vorher von der Schraube hergestellten Loch eines Bleches selbst schneiden, mit einem mit dem Motorschrauber vereinigten Schlaggerät, dessen Schlagkörper vor dem Einschrauben der Schraube auf die diese eindrehende Spindel hingetrieben wird.

Es hat sich gezeigt, daß dieser Motorschrauber nicht mit jeder beliebigen Schraube ein Werkstück zuverlässig durchdringen und eine einwandfreie Verschraubung erzielen kann. *

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für den Motorschrauber der eingangs beschriebenen Art Schrauben zu schaffen, mit denen einwandfreie Verschraubungen möglich sind.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Schraube mit einer gewindelosen Spitze Verwendung findet, der sich ein zum zylindrischen Gewindeschaft ansteigender Kegelabschnitt anschließt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, daß selbstgewindeschneidende Schrauben in ein aus Blech, Metallplatten u. dgl. bestehendes Werkstück eingeschraubt werden können, ohne daß die Notwendigkeit besteht, im voraus vorgebohrte Hilfslöcher für die Schrauben herstellen zu müssen, wobei gleichzeitig die Herstellkosten dieser selbstgewindeschneidenden Schrauben niedrig sind, da keine eigens ausgebildete Bohrspitze vorgesehen sein muß. Gleichzeitig kann hierbei die Schraube mit einer Geschwindigkeit gedreht werden, die zur Herstellung eines einwandfreien Gewindes optimal ist, ohne zum Vorlochen eine höhere Geschwindigkeit anwenden zu müssen.

Weitere zweckmäßige Weiterbildungen nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

An Hand der Zeichnung sind nachfolgend Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht — teilweise im Schnitt — einer Schraube am Anfangsstadium des Einsetzvorganges nach Erteilung eines Stoßes, damit sie in einer Metallplatte ein Vorloch stößt, jedoch einen Zustand vor Beginn der Drehung der Schraube; in dieser Figur der Zeichnungen ist ein bevorzugter Fall dargestellt, bei welchem die Stoßkraft eine maximal zulässige vorbestimmte Größe hat,

F i g. 2 eine der in F i g. 1 veranschaulichten ähnliche Ansicht, welche den Fall zeigt, in dem die Größe der Stoßkraft bei gleichen Abmessungen von Schraube und Blech wie Fig. 1 das zulässige vorbestimmte Minimum darstellt,

Fig. 3 eine Stirn- bzw. Draufsicht des Schraubenkopfes nach Fig. 1 und 2, in welchen dieser im Schnitt entlang der Linie 1-1 der Fig. 3 dargestellt war, .

Fig. 4 eine Draufsicht des die Vorlochspitze aufweisenden Endes der Schraube und

Fig. 5 eine Teilansicht des Schraubenkopfes im Schnitt entlang der Linie 5-5 der F i g. 3.

Die in den F i g. 1 bis 5 dargestellte SchraubeSveist einen Kopf 10, einen zylindrischen Schaft 11 mit einem gehärteten Vollgewinde 14 sowie einen sich konisch verjüngend, ebenso mit einem Gewinde versehenen Abschnitt 13 auf, der in einer Spitze 12 endet, die in Metall eindringen kann. Die Spitze 12 ist pyramidenförmig und weist flache Wände 15 und eine Basis 20 am Übergang zum konischen Abschnitt 13 auf, deren Querschnitt rautenförmig und deren eine Diagonale größer als die andere ist, nämlich die Diagonale zwischen den Ecken 23 (vgl. Fig. 4). Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist das Gewinde zweigängig, und der Anschnittpunkt des jeweiligen Gewindeganges fällt mit einer der entsprechenden Ecken 23 an den Enden der größeren Diagonale der Lochspitze zusammen.

Der Kopf 10 weist eine Ausnehmung bekannter Form zur Aufnahme der Schraubenzieherspitze auf, die aus einer Mittelaushöhlung 25 und vier Rillen 26

ίο zur Aufnahme der Flügel des Schraubenziehers besteht, die sich von der mittleren Aushöhlung der Ausnehmung nach außen, strahlenförmig erstrecken. Die Ausnehmung weist zwischen" je zwei am Kreisumfang vorgesehenen benachbarten Rillen 26 eine Vertiefung 27 auf, deren Querschnitt V-förmig ist, wobei diese Vertiefung in bezug auf die Schraubachse nach unten und innen geneigt ist, während die Seitenwände der Rillen 26 der Ausnehmung im wesentlichen senkrecht sind. Die zum Einsetzen der Schraube verwendete Schraubenzieherspitze ist entsprechend gestaltet. Gegenüber der Verwendung der bisher bekannten selbstgewindeschneidenden Schrauben zur Herstellung eines Gewindes in Blech u. dgl. werden durch die Erfindung folgende Vorteile erreicht: Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, in denen die Lagen der Schrauben in der Metallplatte; nach der "Erteilung eines maximal bzw. minimal zulässigen Stoßes veranschaulicht sind, muß der Stoßwert für jede bestimmte Schraubengröße und jede bestimmte Metallplattenstärke oder -dicke innerhalb bestimmter Grenzen liegen. Der nach Fig. 1 der Schraube erteilte Stoß hat bewirkt, daß die Spitze 12 die Platte durchbohrt hat und vollständig über die andere Oberfläche der Platte hinausragt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wurde ein Teil des Materials der Metallplatte in der Bewegungsrichtung der Schraube verdrängt, was zur.Bildung einer kreisringförmigen Ausbauchung 28 in der hinteren Oberfläche der Metallplatte geführt hat. Das Metall um die OfF-nung in der vorderen Oberfläche der Platte wurde durch die Stoßkraft ausgeweitet, so daß sich ein schalltrichterförmiger Eingang zum Leitloch gebildet hat; vgl. Pos.29 in Fig. 1 und 2. Das Leitloch ist kegelförmig und erstreckt sich vom Innenende des Schalltrichters bzw. des Punktes30 der in Fig. 1 und 2 gezeigten Schraube, wobei unter Durchmesser des Leitloches hier die Abmessung P am Punkt 30 verstanden wird, d. h. der Durchmesser des größeren Ende des kegeligen Leitloches. Nach der Erfindung ist die Größe des minimal zulässigen Stoßes, wie in Fig. 2 veranschaulicht, derart festgelegt, daß diese Stoßkraft zum Vorschub der Lochspitze 12 in die Metallplatte zum Erhalt des Leitloches mit einem Durchmesser P (min) ausreicht. Dieser Durchmesser P (min) ist genügend groß, um das Anschnittsende des Gewindeganges des sich konisch verjüngenden Schraubenabschnittes 13 aufzunehmen und somit zu gewährleisten, daß das Gewinde in dem Leitloch greift. Bei der doppelgängigen Schraube nach Fig. 1 und 2 liegen die Anfangs- bzw. Anschnittsenden der betreffenden Gewindegänge bei 23 an diametral entgegengesetzten Punkten des konischen Schraubenabschnittes. Bei einer eingängigen Schraube ist selbstverständlich nur ein Anschnittsende entsprechend dem Punkt 13 vorhanden. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Durchmesser P (min) des Leitloches derart bemessen, daß das Anschnittsende 23 der jeweiligen Gewindegänge gerade in das Leitloch eintritt und der

3 4 ^β

an jedes Anschnittsende unmittelbar angeschlossene des Schaftes 11 nicht kleiner ist als die Tiefe d. Um

Gewindegangabschnitt in das Leitloch eingreift. In- in der Praxis die bestmöglichen Ergebnisse beim Ein-

folge dieses durch die Stoßkraft erfolgten Ineinander- treiben mehrerer gleich ausgebildeter Schrauben

greifens wird dieser Gewindegangabschnitt in das nacheinander — wie es bei Fließbandarbeiten üblich

Metall des Leitloches eingedrückt, wobei dieses Ein- 5 ist — zu erhalten sowie unter Berücksichtigung der

drücken, obwohl es sehr gering sein kann, trotzdem infolge normal zulässiger Fertigungstoleranzen auf-

vollauf ausreicht, daß bei Beginn der Schraubendre- tretenden Abweichungen der Schraubenbemessungen,

hung unter Axialdruck gewährleistet ist, daß sich die wird der Durchmesser P (max) des Leitloches höch-

Gewindegänge unverzüglich in das Metall der Platte stens so groß gewählt, daß d mindestens 30% von D

einpressen und somit das Eindrehen bzw. -schrauben io entspricht,
und den Axialvorschub der Schraube einleiten. Der höchstzulässige Grenzwert für die Größe der

Da beim Einsetzen der Schrauben mit einem Werk- Stoßkraft zur Herstellung des Leitloches mit dem

zeug nach dem Hauptpatent 1478 914 die zum Dre- Werkzeug nach dem Hauptpatent 1 478 914 darf

hen und Eintreiben der Schraube vorgesehene Steue- nicht überschritten werden, da sonst das erzeugte

rung unmittelbar nach Erteilung des Stoßes wirksam 15 Leitloch so groß wird, daß das Gewinde — wie schon

wird, wird der auf die Schraube ausgeübte Axial- erwähnt — beim endgültigen Anziehen der Schraube

druck ebensowenig wie das durch das Eindrücken überdreht wird. Wird nämlich der Durchmesser P des

eingeleitete Ineinandergreifen der Gewindegänge und Leitloches gleich oder beinahe gleich dem größeren

des Leitloches unterbrochen. Durchmesser des Vollgewindes des Schaftes 11, so

Sollte der minimale Leitlochdurchmesser P (min) 20 dringen beim Drehen der in das Werkstück einzutrei-(Fig. 2) durch Wahl einer zu geringen Stoßkraft benden Schraube die ersten Vollgänge des Schaftunterschritten werden, kommt das Anschnittsende 23 gewindes wenig oder überhaupt nicht in die Wand des Gewindeganges nicht mit dem Leitloch in Ein- des Leitloches ein. Dadurch schneiden sich die Gänge griff, und die in Umlauf versetzte Schraube im Ein- des Schaftgewindes trotz der konischen Ausbildung trittsabschnitt des Leitloches trudelt, wobei sich das 25 des Leitloches nicht genügend in dessen ganze Wan-Anschnittsende des Gewindeganges nicht in das Me- dungsfläche ein, um das Überdrehen des Gewindes tall einfressen kann. P (min) stellt somit die eine zu vermeiden, wenn das normalerweise zum voll-Grenzlage der Schraube beim Einsetzen dar. ständigen Eindrehen der Schraube angewendete,

In F i g. 1 ist die andere Grenzlage der Schraube volle Drehmoment aufgebracht wird,
veranschaulicht. Bestimmungsgröße der zweiten 30 Die zur Erzeugung des Leitloches mit dem bevor-Grenzlage der Schraube ist der entstehende größte zugten Maximaldurchmesser P (max) nach Fig. 1 Lochdurchmesser des Leitloches P (max) beim Ein- und mit dem bevorzugten Minimaldurchmesser P (min) treiben der Schraube. Der Durchmesser des Leit- nach Fig. 2 erforderliche Stoßgröße wird bei Verloches darf eine Größe nicht überschreiten, bei der wendung des Werkzeuges nach dem Hauptpatent beim Umlauf der Schraube bei ihrem Eindrehen unter 35 1478 914 für eine gegebene Größe der Schraube in dem vorgegebenen Drehmoment das durch die Zusammenhang mit einer gegebenen Stärke der Meselbstgewindeherstellende Schraube im Leitloch ge- tallplatte entsprechend zwischen einem Maximalwert bildete Gewinde überdreht wird. Folglich muß der und einem Minimalwert eingestellt,
maximal zulässige Stoß derart bemessen sein, daß das Obwohl die in F i g. 1 und 2 dargestellte Schraube Leitloch das ganze Gewinde des zylindrischen Schrau- 40 ein doppelgängiges Gewinde aufweist, kann jedes benschaftes aufnehmen kann, so daß die Gewinde- herkömmliche einzelgängige Gewinde gleichfalls vergänge des Schraubenschaftes mit der Wand des Leit- wendet werden. Ebenfalls kann der konisch zulauloches bei der Drehung der Schraube unter dem vor- fende Abschnitt des Gewindeschaftes erhalten wergegebenen Drehmoment innig in Eingriff kommt. den, indem ein Schaft verwendet wird, der entlang Nachdem die Schraube endgültig eingetrieben worden 45 seiner ganzen Abmessung bis auf die Vorlochspitze ist, soll vorzugsweise nicht weniger als ein vor- zylindrisch ist, wobei der größte Teil seines Vollbestimmter Grad der Radialtiefe des vollen Schrau- gewindes zylindrisch ist und am Vorderende die bengewindes im innigen Eingriff mit der Wand des Gangtiefe allmählich in Richtung auf die Spitze zum Leitloches stehen. Erhalt des konisch zulaufenden Abschnittes ab-

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, hat die Spitze 12 in- 50 nimmt.

folge des Stoßes ein Leitloch mit einem Durchmesser Um eine höchstmögliche Festigkeit bei in eine P (max) gebildet, welcher eine Funktion der Radial- Metallplatte eingesetzten Befestigungsschrauben bzw. tiefe D des Vollgewindes des zylindrischen Schaftes selbstgewindeherstellenden Schrauben zu erzielen, 11 der Bemessung d darstellt, wobei d die Tiefe ist, muß die Metallplatte mit den in sie sich eingefressebis zu welcher der erste Vollgang des Gewindes des 55 nen Gewindegängen voll in Eingriff gebracht werden, zylindrischen Schaftes unmittelbar am sich konisch d. h., das Metall der Platte muß die sich in Eingriff verjüngenden Gewindeabschnitt in das Metall ein- befindlichen Gewindegänge bis zu dem Gewindekern dringt, wenn die Schraube durch Drehung in das oder -fuß füllen und mit deren gesamtem Ober-Leitloch vorgeschoben ist und der erste Vollgang*des flächenbereich in volle Anlage gebracht werden. Bei Gewindes mit der Wand des Leitloches bei 30 in Ein- 60 der bisher üblichen, eingangs erwähnten allgemeinen griff gebracht wird. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß Praxis für die Herstellung jedes einzelnen Leitloehes beim Drehen der Schraube, wenn die ersten Voll- mit Hilfe eines besonderen Bohr- oder Lochvorgangänge des Gewindes des Schaftes 11 mit der Wand ges wird dieses volle Ineinandergreifen der Gewindedes Leitloehes in Eingriff kommen, diese ersten Voll- gänge selten erzielt, da der Vorlocharbeitsgang zwanggänge des Gewindes in die Wand bis zu einer Tiefe d 65 läufig ein spanabhebender Vorgang ist, wobei nicht eindringen, so daß infolge der konischen Ausbildung genügend Metall in der das Leitloch umgebenden des Leitloehes die nach dem endgültigen Eintreiben Wand zum Ausfüllen der in Eingriff gebrachten Geder Schraube erzielte Einschneidtiefe des Gewindes windegänge der Schraube verfügbar ist, es sei denn,

daß das Leitloch wesentlich kleiner als vorgegeben ist. Bei der praktischen Verwendung einer großen Anzahl gleich großer selbstgewindeherstellender Schrauben — wie z. B. bei dem Fließbandverfahren — ist ein Einheitsleitloch erforderlich, das die normalen Durchmesserabweichungen der Schrauben infolge Fertigungstoleranzen ohne weiteres in Kauf nehmen kann. Berücksichtigt man ferner den Fall einer Schraube mit einem Durchmesser mit höchstzulässiger Fertigungstoleranz, muß das eine Standardgröße aufweisende Einheitsleitloch genügend groß sein, damit sich das Leit- oder Anfangsende bzw. das Anschnittsende des Gewindeganges einer derartigen Schraube in das Metall einfressen kann, da sich sonst die einzutreibende Schraube im Eingang zum Leitloch nur herumdreht, weil das Loch für das Gewinde zur Erzielung des Anfreßeffektes zu klein ist. Daher ist in der Praxis die Einheitsgröße des Leitloches zur Erfüllung dieser Anforderungen bei den meisten Schrauben einer gewissen Größe zu groß, um genügend Metall zum Erhalt eines vollen Ineinandergreifens zwischen Schraubengewinde und Metallplatte zur Verfugung zu stellen. Darin bestand einer der Hauptnachteile der Verwendung selbstgewindeschneidender Schrauben für Metallplatten in den Fällen, in denen ein guter Widerstand gegen Axialzug der Schraube erforderlich ist. Dieser Nachteil macht sich besonders bei sehr dünnen Metallplatten bemerkbar, da in diesem Fall nur ein einziger Gang des Gewindes oder weniger im Eingriff mit der Metallplatte schon stehen kann.

Wie im folgenden erläutert wird, werden diese Nachteile durch .die Erfindung vermieden.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß das Metall, statt entfernt zuwerden — wie es beim Bohren und Lochen der Fall ist —, in der Bewegungsrichtung der Schraube verdrängt und zusammengedrückt wird. Ein kreisringförmiger Kragen aus Metall, der konzentrisch zur Schraubenachse verläuft, ist in Richtung der Bewegung der Schraube verdrängt, wobei ein Teil dieses verdrängten Materials in Form einer kreisringförmigen Ausbauchung 28 an der rückwärtigen Oberfläche der Metallplatte sichtbar ist. Beim Drehen der Schraube mit Hilfe des betreffenden Werkzeuges nach dem Hauptpatent 1 478 914 wird die Schraube (Fig. 1) in das Werkstück eingedreht, und das Gewinde des zylindrischen Schaftes 11 tritt in die Metallplatte ein. Dadurch wird der kreisringförmige Metallkragen weiter verformt und verdrängt, wobei Metall in die Zwischenräume zwischen den Gewindegangen fließt. Die Wirkung der Gewindegänge auf das Metall kann als Fließpressen des Metalls in diese Räume hinein bezeichnet werden, wobei der Hauptfluß des Metalls in der radial einwärtigen Richtung und der Rest in der Axialrichtung der Bewegung der Schraube stattfindet, so daß die kreisringförmige Ausbauchung 28 vergrößert wird. Unter der Fließpreßwirkung des Gewindes entweicht das Metall in die verfügbaren freien Räume, wobei sich die Hauptmasse des Metalls radial nach innen zu den ,Gewindegangkernen und ein Teil des Metalls axial irr der Vorschubrichtung der Schraube bewegt. In der Praxis wurde ferner beobachtet, daß gerade im Augenblick, ehe der Kopf 10 in die Platte eingreift, eine leichte Ausbauchung des Metalls auf der Vorderfläche der Metallplatte im Bereich der ursprünglichen Schalltrichter 29 sichtbar wird, der ausgebeult wird, wenn der Schraubenkopf fest angezogen wird.

Aus dem Auftreten des verdrängten Metalls an der Vorderfläche der Metallplatte ist eindeutig ersichtlich, daß die erzielte Fließpreßwirkung des Gewindes bei der Erfindung so groß ist, daß Metall nach hinten entgegengesetzt zu der Vorschubrichtung der Schraube verdrängt wird. Diese Erscheinung ist noch auffälliger in dem Fall (F i g. 2), in welchem der der Schraube erteilte ASfangsstoß der maximal zulässige ist, so daß im Fall nach F i g. 2 mehr Metall zum Ausfüllen der Zwischenräume zwischen den Gewindegängen beim Festziehen der Schraube verfügbar ist als im Fall nach Fig. 1.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Motorschrauber für Schrauben, die das Gewinde in einem vorher von der Schraube hergestellten Loch eines Bleches selbst schneiden, mit einem mit dem Motorschrauber vereinigten Schlaggerät, dessen Schlagkörper vor dem Einschrauben der Schraube auf die diese eindrehende Spindel hingetrieben wird, nach Patent 1478 914, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Schraube mit einer gewindelosen Spitze (12), der sich ein zum zylindrischen Gewindeschaft ansteigender Kegelgewindeabschnitt (13) anschließt.

2. Motorschrauber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Eindrehen der Schraube entstehende größte Lochdurchmesser (Leitloch P [max]) zu beiden Seiten seines Durchmessers jeweils von mindestens 30% (d) der Gewindeganghöhe (D) überragt wird. .

3. Motorschrauber nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Schaft (11) mit einem gehärteten Vollgewinde (14) und der konische Abschnitt (13) mit einem gehärteten Kegelgewinde versehen sind.

4. Motorschrauber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gewindelose Spitze (12) pyramidenförmig ist.

5. Motorschrauber nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (20) am Übergang zum konischen Abschnitt (13) der pyramidenförmigen Spitze (12) rautenförmigen Querschnitts ist.

6. Motorschrauber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diagonale des rautenförmigen Querschnittes größer als die andere Diagonale ist.

7. Motorschrauber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde zweigängig ist.

8. Motorschrauber nach Anspruch 7,' dadurch gekennzeichnet, daß der Anschnittpunkt des jeweiligen Gewindeganges an den Enden der größeren Diagonale der Lochspitze angeordnet ist.

9. Motorschrauber nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Schraube mit einem eingängigen Gewinde.

10. Motorschrauber nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Abschnitt (13) durch die abnehmende Gangtiefe des Gewindes in Richtung des Vorderendes der Schraube gebildet ist.

11. Motorschrauber nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß der beim Eintreiben der Schraube entstehende größte Lochdurchmesser (Leitloch P [max]) eine Funktion der Gangtiefe (D) des Vollgewindes des zylindrischen Schaftes (11) und der anfänglichen Einschnittiefe (d) ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen