DE3303466A1 - Drehbare, ein gewindeloch bohrende und gewindeformende schraube - Google Patents

Description

USM Corporation

Farmington, Connecticut 06032
Zustelladresse: 181 Elliott Street

Beverly, Mass, 01915 V. St. v. A.
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Beschreibung 15

Drehbare, ein Gewindeloch bohrende

und gewindeformende Schraube 20

Die Erfindung bezieht sich auf ein drehbares Gewinde-Befestigungsglied oder eine drehbare Schraube und insbesondere auf ein Befestigungsglied des Typs, der ein Führungsloch bohrt und Gewinde in einem Werkstück bildet ohne die Forderung nach Vorbohren, Gewindeschneiden oder dgl..

In der US-PS 33 95 603 ist eine bohrende und gewindeformende Schraube angegeben, die in großen Mengen hergestellt worden ist und die auf den Gebieten der Automobilherstellung, der Metallbaukonstruktion, der Anlagenfabrikation, etc. in hohem Maß Akzeptanz gefunden hat. Das Befestigungsglied umfaßt ein Führungcende, welches eine quer verlaufende Hauptachse und eine quer verlaufende Nebenachse aufweist,
wobei die Länge der Hauptachse

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weitgehend so groß ist wie die Nebenachse. Zwei Nuten sind in dem Führungsende gebildet, wobei jede Nut Schneidflächen aufweist bzw. bereitstellt, die im wesentlichen mit der Hauptachse gemeinsam enden, und Abräumflächen aufweist, die im wesentlichen mit der Nebenachse gemeinsam enden.

Obwohl das in der zuvor erwähnten US-Patentschrift angegebene Befestigungsglied in verschiedenen Größen-

¹^ bereichen verwendet und für verschiedene Anwendungen vorgesehen worden ist, ist jedoch die Forderung nach einem Befestigungsglied des beschriebenen Typs aufgekommen, gemäß dem die Länge des Fünrungsendes erheblich verkürzt sein soll, so daß der Gewindeteil des Befestigungsgliedes wesentlich dichter zu der Spitze hin verläuft als bei der Mehrzahl der Anwendungen, für die das Befestigungsglied benutzt wird. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß durch Verkürzen der vorderen Länge bzw. der Spitzenlänge des Befestigungsgliedes die Abräumfläche, wie sie in der zuvor erwähnten US-PS 33 95 603 angegeben ist, in dem Fall, daß sie als nahezu flache Fläche beibehalten wird, wie dies erläutert worden ist, unter einem Winkel geneigt ist, der in starkem Maß die Abführung von Spänen blockiert, die in der durch den Bohrvorgang gebildeten Öffnung erzeugt werden.

Mit Rücksicht darauf liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein bohrendes und gewindeformendes Befestigungsglied zu schaffen, welches eine Bohrerspitze von einer solchen Konfiguration aufweist, die die Abfuhr der Späne unterstützt, welche durch den Bohrvorgang erzeugt werden, und die über einen weiten Bereich von

Bohrerspitzengrößen verwendet werden kann. 35

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe er-

findungsgemäß durch ein bohrendes und gewindeforraendes Befestigungsglied mit einem hinteren Gewindeschaft und einem Führungsende, welches eine quer verlaufende Hauptachse und eine quer verlaufende Nebenachse aufweist, wobei zwei Nuten in Längsrichtung in dem FUhrungsende verlaufen und zwei Schneidflächen bereitstellen. Jede der Schneidflächen ist bogenförmig in der Längsrichtung geformt, um eine geeignete Spanungseinrichtung für das Bohren bereitzustellen. Die Nuten sind so ausgerichtet, daß die Schneidflächen im wesentlichen in der Ebene liegen, die durch die Hauptachse des Führungsendes festgelegt ist, und mit der betreffenden Hauptachse gemeinsam enden. Die den Schneidflächen zugehörigen Schneidkanten beschreiben einen Kreis, der einen größeren Durchmesser aufweist als die Hauptachse, wenn das Befestigungsglied gedreht wird. Die Abräumflächen, die durch die Muten gebildet sind, liegen im wesentlichen in der Nebenachse und enden gemeinsam mit dieser. Die Bereiche zwischen den Abraum- und Schneidflächen weisen eine zunehmende Breite in radialer Richtung von der Abräumfläche zu den Schneidflächen hin auf, wobei die betreffenden Bereiche nicht an der Seitenwand eines Führungslochs anliegen werden, welches durch die Schneidflächen gebildet ist bzw. wird. Das Befestigungsglied ist mit einer Verbesserung ausgestattet, gemäß der die Abräumflächen bogenförmig in Längsrichtung des Befestigungsgliedes geformt sind, um einen Zwischenraum für Materialspäne bereitzustellen, die während des Bohrvorgangs erzeugt werden.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht ein nach dem Stand der Technik konstruiertes bohrendes und gewindeformendes Befestigungsglied.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des bekannten Befestigungsgliedes gemäß Fig. 1 bei einer um 90° versetzten Betrachtung bezogen auf Figo 1. Fig. 3 zeigt eine Draufsicht des in Fig. 1 und 2 dargestellten bekannten Befestigungsgliedes.

Fig. 4 zeigt in einer perspektivischen Endansicht ein gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung konstruiertes bohrendes und gewindeformendes Befestigungsglied.

Fig. 5 zeigt in einer Seitenansicht das Befestigungsglied gemäß Fig. 4.

Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht des Befestigungsgliedes gemäß Fig. 4 und 5 bei einer um 90° gegenüber der Darstellung gemäß Fig. 5 versetzten Betrachtungsrichtung.

Fig. 7 zeigt in einer Draufsicht das in Fig. 4 bis 6 gezeigte Befestigungsglied unter Veranschaulichung von weiteren Einzelheiten der Erfindung.

Nunmehr sei auf Fig. 1, 2 und 3 Bezug genommen, die ein bekanntes Befestigungsglied vom bohrenden und gewindeformenden Typ zeigen, wie er im wesentlichen in der oben erwähnten US-PS 33 95 603 beschrieben ist.

Das Befestigungsglied umfaßt im wesentlichen einen Schraubkörper 10, der einen länglichen Schaft 12 mit einem Kopf 14 aufweist, welcher mit einem hinteren Ende zusammenhängt. Der Schraubkörper 10 ist ferner fflit einem Führungsende 16 versehen, welches von weitgehend elliptischer Quer-Konfiguration ist. Wie bei dem angegebenen bekannten Aufbau wird der Begriff "elliptisch¹· hier lediglich zum Zwecke der Beschreibung der Darstellung benutzt, nicht aber im streng mathematisehen Sinne. In gegenüberliegenden Quadranten des Führungsendes 16 sind längs verlaufende Nuten oder Schlitze 18,19 von ähnlichem Aufbau gebildet. Die

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Nut 18 ist durch eine Schneidfläche 20, welche Schneidkanten 22,24 aufweist, und durch eine Abräumfläche 26 begrenzt. Die Nut 19 ist durch eine Schneidfläche 28, die Schneidkanten 30 und 32 aufweist, und durch eine Abräumfläche 34 begrenzt. Die Schneidflächen 20 und sind schwach gewölbt und liegen im wesentlichen in einer Ebene, die einen kleinen Winkelwert in bezug auf die Längsachse der Schraube hat, urn die Beseitigung von Material von den Schneidkanten während der Schneidoperation zu erleichtern. Die Kontur der Flächen 20 und 28, wie sie in Fig.3 gezeigt ist, führt zu dem geeigneten Schnittwinkel und Freiwinkel bzw.zur Spanbildung an den Schneidkanten 22 und 24. Die Abräuinflächen 26 und 34 sind in bezug auf die Längsachse der Schraube unter einem Winkel verlaufend angeordnet, um die Abfuhr von Material zu erleichtern, welches bei der Schneidoperation beseitigt wird.

Gemäß Fig. 3 i3t die maximale Breite der Schneidflächen 20 oder 28 als Breite gezeigt, die größer ist als die maximale Breite der Abräumflächen 26 oder 34. Die Schneidflächen 20 und 28 verlaufen im wesentlichen versetzt von und parallel zu der quer verlaufenden Hauptachse a des elliptischen Führungsendes, um die Hauptachse festzulegen. Die Abräumflachen 26 und 34 liegen in einer ähnlichen Beziehung zu der Querachse b. Sin durch die Schneidkanten 22,24 und 30,32 geschnittenes Führungsloch wird einen größeren Durchmesser aufweisen als die kleine Achse bzw. Nebenachse b des Führungsendes. Demgemäß werden die Abräumflächen 26 und 34, welche die kleine Achse bzw. die Nebenachse b festlegen, nicht soweit radial nach außen verlaufen, daß sie an den Seitenwänden eines durch die Schneidkanten geschnittenen Führungslochs anliegen. In entsprechender Weise werden die bogenförmigen Bereiche des Führungsendes zwischen den Schneid- und Abräumflächen - diese Bereiche sind als Bereiche 36 ubd 38 bezeichnet - ebenfalls nicht an

den Seitenwänden eines Führungsloches anliegen.

Die soweit erfolgte Beschreibung der Fig. 1 bis 3 ist jene der in der US-PS 33 95 603 gezeigten Struktur gewesenj eine weitere Erläuterung bezüglich der Vorteile und Einzelheiten des Aufbaus läßt sich der genannten US-Patentschrift entnehmen.

Nunmehr sei auf Fig. 4 bis 7 Bezug genommen, in denen ein Befestigungsglied gezeigt ist, welches ähnlich dem zuvor beschriebenen Befestigungsglied ist, allerdings mit der Ausnahme, daß die Lehren gemäß der vorliegenden Erfindung hier einbezogen sind.

In Fig. 4 bis 7 ist ein Befestigungsglied mit einem Schraubkörper 110 gezeigt, der einen Schaftteil 112 und ein Führungsende 116 aufweist. Das Befestigungsglied ist ferner mit längs verlaufenden Nuten 118 und 119 versehen, die in gegenüberliegenden Quadranten des Führungsendes 116 gebildet sind. Die Nut 118 ist teilweise durch eine Schneidfläche 120 mit Schneidkanten 122 und 124 festgelegt bzw. begrenzt. In entsprechender V/eise ist die Nut 119 teilweise durch eine Schneidfläche 128 mit Schnittkanten 130 und 132 festgelegt bzw. begrenzt. Die bogenförmigen Bereiche des Führungsendes 116, die durch die Sehneidflachen 120 und 128 festgelegt sind, werden hier als vorstehende Teile zwischen zwei Nuten bzw. als Bereiche 146 und 148 bezeichnet.

Das soweit beschriebene Befestigungsglied ist im Aufbau dem bekannten Befestigungsglied, wie es zuvor angegeben und in Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, ähnlich, wobei entsprechende Teile hier auch mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, denen allerdings jeweils eine 1 vorangestellt ist.

Nunmehr sei auf Fig. 6 Bezug genommen, in der die Länge L des Führungsendes 116 als Länge gezeigt ist, die von der Spitze des Führungsendes bis zum letzten Gewinde "bzw. Gewindegang T zu messen ist. Wie oben bereits angegeben, ist es in vielen Anwendungsfällen des Befestigungsgliedes erwünscht, über eine verminderte Länge L zu verfügen, damit eine größere Eindringling der an dem Befestigungsgliedschaft vorgesehenen Gewindegänge erzielt wird, während dennoch die Standardlänge des Befestigungsgliedes beibehalten wird. In diesem Falle wird der Winkel, den die Abräumfläche 26 oder bei dem bekannten Befestigungsglied in bezug auf die Fläche annimmt, bezüglich der dös Befestigungsglied angewandt wird, kleiner, wodurch eine kleinere Fläche zur Verfügung steht, in der Bohrspäne durch die Nut oder 19 beim bekannten Befestigungsglied abgeführt werden können. Diese Situation führt zu einer Verstopfung der Nut mit gebohrtem Material und kenn die Bohrzeit des Befestigungsgliedes verlangsamen, was zu einer weniger wünschenswerten Befestigungsoperation führt.

Bei dem in Fig. 4 bis 7 gezeigten verbesserten Befestigungsglied ist das Problem dadurch gemildert, daß Ab-· räumflächen 40,42 bereitstehen, die in einer solchen Weise konstruiert sind, daß ein größeres Volumen für den Raum geschaffen ist, durch den das Bohrmaterial hindurchtreten muß, und indem eine Fläche bereitgestellt ist, die das Bohrmaterial nach oben und von dem Führungsende 116 tites Schraubkörpers 110 weg führt.

Wie aus Fig. 7 hervorgeht, sind die Abräurnflachen 40 oder 42 in einer Ebene gebildet, die unter einem Winkel 0 in bezug auf die Ebene der Mittellinie des Befestigungskörpers 110 verläuft, welche einen Winkel von 90° mit der Ebene der Schneidflachen 120 oder einschließt. Dies bedeutet, daß die Ebene der Abraum-

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-ιοί flächen 40 oder-42 unter einem Winkel von 90° zuzüglich von der Schneidfläche 120 oder 120 aus angeordnet ist. Ln der Praxis liegt der Winkel 0 im allgemeinen im Bereich von 15°, und der Winkel der Abräumfläche 40 . 5 oder 42 mit der Schneidfläche 120 oder 128 beträgt 105°. Dieser Winkel ist bei bekannten Konstruktionen angewandt worden, ohne indessen die oben aufgeführtenPro~ bleme zu mildern, wenn die Abräumfläche 40 oder 42 unter einem extrem spitzen Winkel zu der.Arbeitffläche ange* ordnet ist, die durch das Befestigungsglied zu "bohren ist.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Radius R in einer kontinuierlichen Art undWeise gebildet; er ist von der Spitze des Befestigungsgliedes bis zu einem Punkt hin konstant, der weitgehend neben dem letzten Gewindegang T des Befestigungsgliedes liegt. Der Radius R, der eine ausreichende Länge haben kann, um den für die Spanabfuhr erforderlichen nötigen Zwischenraum zu erzielen, verläuft unter rechten Winkeln zu einer imaginären Ebene, die 105° von der Sbeno der Schneidfläche 120 oder 128 aus verläuft, und zwar längs einer Linie, die weitgehend der in Fig. 6 gezeigten Mittellinie folgt. Dies bedeutet, daß die betreffende imaginäre Ebene die Ebene der Abräumfläche beim Stand der Technik wäre. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß ein Radius R, der weitgehend gleich dem in den Flächen 120 und 128 benutzten Radius ist, um den geeigneten Schnittwinkel an den Schneidkanten zu liefern, die zufriedenstellende Entlastung mit sich bringt, um einen gleichmäßigen Materialfluß durch die Nuten 118 und 119 zu ermöglichen.

In der Tat stellt die kontinuierliche bogenförmige Fläche in der Längsrichtung des Befestigungsgliedes einen Zwischenraum für während der Bohroperation zu

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entfernende Späne und außerdem eine Fläche zur Verfügung, die zur Bewegung der Späne in einer kontinuierlichen Art und Weise von der öffnung beiträgt, die durch das Befestigungsglied 1 O gebohrt wird. Demgemäß wird die Aufgabe bzw. das Ziel der Erfindung durch die einfache Maßnahme der Bildung einer kontinuierlichen bogenförmigen Fläche auf der Abräurafläche 40 und 42 des Befestigungsgliedes erzielt, und zwar ähnlich den Schneidflächen 120 und 128 des Befestigungsgliedes, wobei diese bogenförmige Fläche dazu dient, den vergrößerten Bereich zur Verfügung zu stellen, der für die Beseitigung der Späne während der Bohroperation erforderlich ist. Ferner ist eine Fläche bereitgestellt, die in jeglicher Hinsicht zur Bewegung der Späne, die durch das bohrende Befestigungsglied erzeugt werden, nach oben und aus der Öffnung heraus beiträgt.

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Patentansprüche

Drehbare, ein Gewindeloch bohrende und gewindeformende Schraube mit einem Gewindeschaft und einem Führungsende, in welchem eine Vielzahl von längs verlaufenden Nuten vorgesehen ist, wobei das Führungsende in seinem Querschnitt eine Nebenachse und eine Hauptachse sowie Schneidflächen aufweist, die durch die längs verlaufenden Nuten gebildet sind und die in einer Ebene der Hauptachse liegen und mit dieser gemeinsam enden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Abräumflächen (40,42) durch die Nuten (118,119) gebildet sind, wobei jede der Abräumflächen (40,42) eine bogenförmige Fläche ist, die einen weitgehend konstanten Radius (R) über ihre Länge aufweist und die von einem Punkt neben der Spitze des Führungsendes (116) zu einem Punkt neben dem Gewi rri.e schaft (112) verläuft.

1 2. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidfläche (120;128) und die Abräumfläche (40;42) von weitgehend derselben bogenförmigen Konfiguration sind.

3. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abräumfläche (40;42) und die Schneidfläche (120;128) unter einem Winkel von mehr als 100° an der Spitze verlaufen.