DE3044001C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Bohrschraube für harte Werkstoffe, insbesondere für Stahl, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a self-drilling screw for hard Materials, especially for steel, according to the generic term of claim 1.
Aus der US-PS 39 33 075 ist eine Bohrschraube bekannt ge worden, bei der der mit einem selbstschneidenden Gewinde versehene Schaft eine Bohrspitze aufweist mit zwei Span nuten an der Bohrspitze. Die Spannuten haben gleichgroße, entgegengesetzte Winkel in bezug auf die Achse des Schaf tes, wobei jede Spannut eine Schneidkante und eine ablau fende Fläche aufweist und zwischen den Spannuten Freiflä chen verlaufen, die an ihrer Schnittstelle eine Quer schneide bilden.From US-PS 39 33 075 a self-drilling screw is known been made with a self-tapping thread provided shaft has a drill tip with two chips grooves on the drill tip. The flutes have the same size, opposite angles with respect to the axis of the sheep tes, where each flute has a cutting edge and an ablau has open surface and free spaces between the flutes Chen run a cross at their interface form cutting edge.
Insbesondere bei Werkstücken hoher Festigkeit kommt es darauf an, daß eine Bohrspitze mit möglichst geringer axialer Kraft gleichwohl schnell eintreibbar ist. Dabei soll ein Brechen der Bohrspitze naturgemäß vermieden wer den. Bei der Bohrschraube der eingang genannten Art wird ein großer Teil des Querschnitts der Bohrspitze von den Spannuten eingenommen. Die Bohrspitze hat daher eine ver hältnismäßig geringe Festigkeit. Es besteht daher die Ge fahr, daß die Bohrspitze bei hochfesten Stählen bricht.This is particularly the case with workpieces of high strength that a drill bit with as little as possible axial force can nevertheless be driven in quickly. Here Breakage of the drill bit should naturally be avoided by anyone the. In the self-drilling screw of the type mentioned much of the cross section of the drill bit from the Captured chip flutes. The drill bit therefore has a ver relatively low strength. There is therefore the Ge Drive that the drill bit breaks on high-strength steels.
Aus der US-PS 12 94 268 ist eine Bohrschraube zur Anwen dung auf Holzschwellen für den Gleisbau bekannt geworden, bei der die Bohrspitze eine gerade Schneidkante aufweist. Die Verwendung einer geraden Schneidkante ist beim Bohren in harten Werkstoffen nicht akzeptabel, weil sie eine hohe Eintreibkraft erfordert mit der Gefahr, daß die Bohrspitze bricht.From US-PS 12 94 268 is a self-drilling screw for use on wooden sleepers for track construction where the drill tip has a straight cutting edge. The use of a straight cutting edge is when drilling not acceptable in hard materials because they are high Driving force requires the risk that the drill bit breaks.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrschrau be zu schaffen, die bei relativ geringer Vorschubkraft eine hohe Bohrleistung aufweist und die auch in der Lage ist, gering legierte Stähle zu bohren. The invention is based, a drill be create with a relatively low feed force has a high drilling capacity and is also capable is to drill low-alloy steels.
Bei der erfindungsgemäßen Bohrschraube sind speziell aus gebildete Spannuten in der Bohrspitze vorgesehen. Sie setzen sich aus einem geraden und einem gekrümmten Ab schnitt zusammen, wobei der gerade Abschnitt einen Teil der Schneidkante einschließt. Der gekrümmte Abschnitt ist gleichmäßig gekrümmt.In the self-drilling screw according to the invention are specially made Formed flutes provided in the drill tip. they consist of a straight and a curved ab cut together, the straight section being a part the cutting edge includes. The curved section is evenly curved.
Die erfindungsgemäße Bohrspitze ist sehr stabil. Der Ab stand zwischen den Spannuten hinter der Querschneide ist vergrößert. Die Querschneide kann kürzer gemacht werden, ohne die Gefahr des gegenseitigen Überschneidens der Span nuten. Die rinnenartige Konfiguration der Spannut nahe den Freiflächen ermöglicht ein effektives Schneiden auch von sehr harten Werkstoffen bei gleichzeitig günstigem Spanab fluß. Die Form der Freiflächen an den Seiten der Schrauben mantelfläche wirkt sich ebenfalls positiv beim Bohren von harten Materialien, wie Stahl, aus.The drill tip according to the invention is very stable. The Ab stood between the flutes behind the chisel edge enlarged. The chisel edge can be made shorter without the risk of mutual overlap of the chip grooves. The flute-like configuration of the flute near the Open spaces also enable effective cutting of very hard materials with inexpensive cutting flow. The shape of the open spaces on the sides of the screws surface area also has a positive effect when drilling hard materials such as steel.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Bohr schraube sind in den Unteransprüchen angegeben. Diese schließen auch vorteilhafte Werkzeuge zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bohrschraube ein.Advantageous developments of the Bohr invention screw are specified in the subclaims. These also include advantageous tools for making the drilling screw according to the invention.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. The invention is described below with reference to drawings explained in more detail.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Bohrschraube nach der Erfindung. Fig. 1 shows a side view of a self-drilling screw according to the invention.
Fig. 2 zeigt eine Endansicht der Schraube nach Fig. 1 von der Linie 2-2. Fig. 2 shows an end view of the screw of Fig. 1 from line 2-2.
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung der in Fig. 2 gezeigten Bohrspitze. FIG. 3 shows an enlarged illustration of the drill bit shown in FIG. 2.
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht der Bohrspitze senkrecht zur Querschneide bzw. aus der Sicht der Linie 4-4 von Fig. 3. FIG. 4 shows a side view of the drill bit perpendicular to the cross cutting edge or from the perspective of line 4-4 of FIG. 3.
Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht parallel zur Schneidkante bzw. aus der Sicht von der Linie 5-5 von Fig. 3. FIG. 5 shows a side view parallel to the cutting edge or from the view from line 5-5 of FIG. 3.
Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht von der Linie 6-6 auf Fig. 3, die parallel zur Querschneide verläuft. FIG. 6 shows a side view from line 6-6 of FIG. 3, which runs parallel to the cross cutting edge.
Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht von der Linie 7-7 auf Fig. 3. FIG. 7 shows a side view from line 7-7 in FIG. 3.
Fig. 8 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie 8-8 nach Fig. 7, die senkrecht zur Achse einer der Spannu ten verläuft. Fig. 8 shows a cross section along the line 8-8 of FIG. 7, which is perpendicular to the axis of one of the Spannu th.
Fig. 9 zeigt eine Seitenansicht einer geringfügig abgewan delten Ausführungsform einer Bohrschraube nach der Erfindung. Fig. 9 shows a side view of a slightly modified embodiment of a self-drilling screw according to the invention.
Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Bohrspitze einer Bohrschraube nach der Erfindung. Fig. 10 shows another embodiment of the drill bit is a drill screw according to the invention.
Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform der Bohrspitze einer Bohrschraube nach der Erfindung. Fig. 11 shows another embodiment of the drill bit is a drill screw according to the invention.
Fig. 12 zeigt eine Seitenansicht der Darstellung nach Fig. 11 von der Linie 12-12. FIG. 12 shows a side view of the representation according to FIG. 11 from the line 12-12.
Fig. 13 zeigt einen Schnitt durch die Darstellung nach Fig. 12 entlang der Linie 13-13 mit einem Fräser zur Herstellung der Spannuten. FIG. 13 shows a section through the representation according to FIG. 12 along the line 13-13 with a milling cutter for producing the flutes.
Fig. 14A zeigt einen Rohling in Seitenansicht für eine er findungsgemäße Bohrschraube mit einer Spitze, de ren Flanken einen Winkel von 90° einschließen. FIG. 14A shows a blank in a side view of a drill screw according to the invention it with a tip de ren flanks enclose an angle of 90 °.
Fig. 14B zeigt eine Seitenansicht eines Rohlings, dessen Spitze Flanken aufweist, die einen Winkel von 105° einschließen. FIG. 14B shows a side view of a blank whose tip has flanks which enclose an angle of 105 °.
Fig. 14C zeigt die Seitenansicht eines Rohlings mit kon vexer Spitze und einen Fräser zur Herstellung der Spitze. Fig. 14C shows the side view of a blank with kon vexer tip and a cutter for the manufacture of the tip.
Fig. 14D zeigt eine weitere Form einer konvexen Rohlings spitze, bei der jede Freifläche aus zwei winkligen Flächen gebildet ist. Fig. 14D illustrates another form of a convex blank top, is formed in each flank of two angled planes.
Fig. 1 bis 8 zeigen in verschiedenen Ansichten eine bevor zugte Ausführungsform einer selbstbohrenden, selbstschnei denden Bohrschraube 10, aus denen die genaue Ausbildung einer Bohrspitze 12 entnommen werden kann. Das selbst schneidende Gewinde 14 kann von üblicher Ausbildung sein. Fig. 1 to 8 show various views of a prior ferred embodiment of a self-drilling, selbstschnei Denden drill screw 10 from which the accurate formation of a drill bit 12 can be removed. The self-tapping thread 14 can be of conventional design.
Die Bohrspitze 12 wird durch Verwendung verrundeter Schneidvorrichtungen sowohl für die Spannuten als auch für die Zuspitzung gebildet. Die nicht dargestellten Schneid vorrichtungen werden beiderseits des Schraubenrohlings so angeordnet, daß ihre Längsachsen unter gleichen, entgegen gesetzten Winkeln (im allgemeinen in der Größenordnung von 15°) in bezug auf die Achse des Rohlings verlaufen. Zur Bildung der Spannuten 16 und 18 werden bei der erfindungs gemäßen Bohrschraube 10 die Schneidvorrichtungen in den Rohling so eingesenkt, daß ihre Seitenkanten jeder Spannut einen geraden Flächenabschnitt 20 und 22 (s. Fig. 8) ver leihen. Die Spannut besitzt dann eine zusammengesetzte Konfiguration, die einen geraden Flächenabschnitt 20 bzw. 22 und einen verrundeten Flächenabschnitt 24 bzw. 26 ent hält. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthalten die geraden Abschnitte 20, 22 Schneidkanten 28 und 30, während die verrundeten Abschnitte 24 und 26 ablaufende Flächen 32 und 34 enthalten. Die Mittellinien der Schneid vorrichtungen befinden sich oberhalb des Endes des Roh lings, so daß der dünnste Teil des Kerns hinter der Spitze liegt.Drill tip 12 is formed by using rounded cutters for both the flutes and the taper. The cutting devices, not shown, are arranged on both sides of the screw blank so that their longitudinal axes run at the same, opposite angles (generally of the order of 15 °) with respect to the axis of the blank. To form the flutes 16 and 18 , the cutting devices are sunk into the blank so that their side edges of each flute lend a straight surface section 20 and 22 (see FIG. 8) in the inventive screw 10 . The flute then has a composite configuration that holds a straight surface section 20 and 22 and a rounded surface section 24 and 26 ent. In the preferred embodiment, the straight sections 20 , 22 include cutting edges 28 and 30 , while the rounded sections 24 and 26 include tapered surfaces 32 and 34 . The center lines of the cutting devices are above the end of the raw ling so that the thinnest part of the core is behind the tip.
An der Schnittstelle von Freiflächen 38 und 40 wird eine Querschneide 36 gebildet, die einen spitzen Winkel mit den Schneidkanten 28 und 30 in der Größenordnung von 30° bil det. Die Konfiguration der Schneidkanten 28, 30 und der ablaufenden Flächen 32 und 34 gemäß Fig. 2 und 3 ist zwangsläufig eine Summe der Wirkung der Spannuten 16 und 18 und des Anschliffs der Freiflächen 38 und 40.At the intersection of open areas 38 and 40 , a transverse cutting edge 36 is formed which forms an acute angle with the cutting edges 28 and 30 in the order of magnitude of 30 °. The configuration of the cutting edges 28 , 30 and the running surfaces 32 and 34 according to FIGS. 2 and 3 is inevitably a sum of the effect of the flutes 16 and 18 and the grinding of the flanks 38 and 40 .
Um die tatsächliche Konfiguration der Spannuten ohne die Spitze zu veranschaulichen, zeigt Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Linie 8-8 von Fig. 7, die senkrecht zur Achse der Spannut 16 verläuft. Der gerade oder ebene Abschnitt 20 befindet sich hinter oder unterhalb der radialen Mit tellinie (nachfolgend "untermittig" bezeichnet) die parallel zu den beiden Schneidkanten 28 und 30 verläuft. Dies ist eine Folge der Neigung der Spannuten 16 und 18 in bezug auf die Längsachse der Bohrschraube. Der verrundete Abschnitt 24 hat einen gleichmäßigen Krümmungsradius in dieser Ebene, der dem Radius der ihn bildenden Schneidvor richtung entspricht. Die Linie 8-8 ist natürlich nicht senkrecht zur Achse der Spannut 18, sondern vorzugsweise unter einem Winkel von 30° dazu geneigt. Fig. 8 zeigt deutlich den Einfluß, den die Spitze zusätzlich haben kann.To illustrate the actual configuration of the flutes without the tip, FIG. 8 shows a cross section along line 8-8 of FIG. 7 that is perpendicular to the axis of the flute 16 . The straight or flat section 20 is located behind or below the radial middle line (hereinafter referred to as "in the middle") which runs parallel to the two cutting edges 28 and 30 . This is due to the inclination of the flutes 16 and 18 with respect to the longitudinal axis of the self-drilling screw. The rounded section 24 has a uniform radius of curvature in this plane, which corresponds to the radius of the cutting device forming it. The line 8-8 is of course not perpendicular to the axis of the flute 18 , but preferably inclined to it at an angle of 30 °. Fig. 8 clearly shows the influence that the tip can have in addition.
Ein weiteres Merkmal der Spannutkonfiguration ist in Fig. 6 dargestellt. Die Schnittstelle der angewinkelten Schneidvorrichtungen mit dem zylindrischen Umfang des Schaftes führt zu gekrümmten vorderen Kanten 42 und 44 der Spannuten 16 und 18. Dies führt in Verbindung mit der kreisförmigen Konfiguration der Schneidvorrichtung zu einer schaufelförmigen Konfiguration in der Nähe der Schneidkanten 28 und 30. Diese Schaufelform trägt dazu bei, daß die Bohrschraube sich selbst in das gebohrte Loch hineinzieht, so daß hierdurch zumindest teilweise die her vorragenden Bohreigenschaften bewirkt werden.Another feature of the flute configuration is shown in FIG. 6. The intersection of the angled cutting devices with the cylindrical periphery of the shaft leads to curved front edges 42 and 44 of the flutes 16 and 18 . This, in conjunction with the circular configuration of the cutting device, results in a scoop-shaped configuration near the cutting edges 28 and 30 . This blade shape contributes to the self-drilling screw pulling itself into the drilled hole, so that this at least partially brings about the excellent drilling properties.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Konfigura tion zwar so, daß die Schneidkanten sich übermittig befin den, jedoch kann durch verminderte Eindringtiefe und eine seitliche Bewegung der Schneidvorrichtungen auch ein un termittiger oder mittiger Zustand erreicht werden. Diese alternativen Konfigurationen sind jeweils in Fig. 9 und 10 dargestellt. Bei diesen Ausführungsbeispielen bilden die ablaufenden gekrümmten Flächen 32 und 34 der Spannuten einen Teil der Schneidkanten 28 und 30, so daß die Schneidkanten eine zusammengesetzte Konfiguration erhal ten. Bei diesen alternativen Ausführungsbeispielen ist es wichtig, eine verhältnismäßig kurze Querschneide vorzuse hen, damit für den Beginn des Bohrvorganges der aufzuwen dende Druck gering bleibt.In the preferred embodiment, the configuration is such that the cutting edges are located in the center, but a uninterrupted or centered condition can also be achieved by reduced depth of penetration and a lateral movement of the cutting devices. These alternative configurations are shown in FIGS. 9 and 10, respectively. In these embodiments, the tapered curved surfaces 32 and 34 of the flutes form part of the cutting edges 28 and 30 so that the cutting edges are given a composite configuration. In these alternative embodiments it is important to provide a relatively short chisel edge so as to begin with the drilling process the pressure to be applied remains low.
Fig. 11-13 zeigen einen anderen Aspekt einer Bohrschrau be. Bisher wurden spanbrechende Maßnahmen nur bei Bohr schrauben mit geschmiedeter Spitze vorgesehen. Bei der ge zeigten Ausführungsform erstrecken sich flache Rinnen 46 und 48 in Längsrichtung der Spannuten 16 und 18. Diese eine Spanbrechung bewirkenden Rinnen werden durch ein Fräswerkzeug 50 (Fig. 13) hergestellt. Das Fräswerkzeug 50 besitzt mehrere Zähne 52 (vorzugsweise wird ein Fräswerk zeug mit 20 oder 32 Zähnen verwendet). Jeder Zahn 52 hat ein Profil, das aus einem ersten gleichmäßig abgerundeten Teil 54 und einer gekrümmten Rippe 56 mit einem zweiten kürzeren Radius besteht. Die Rippe 56 kann von der axialen Linie in der einen oder der anderen Richtung je nach der gewünschten Konfiguration der Spannut versetzt sein. Es ist zwar nur die obermittige Konfiguration dargestellt, jedoch kann die spanbrechende Rinne auch bei der unter mittigen und der mittigen Konfiguration gemäß Fig. 9 und 10 hinzugefügt werden. Ferner sei bemerkt, daß die Konfi guration der Fräsvorrichtung modifiziert werden kann, um die Rippen über die Stirnfläche der abgerundeten Zähne zu bewegen, damit die Lage der Rinne innerhalb der Spannut veränderbar ist und der Spanbrecher auf beiden Seiten der Querschneide vorgesehen werden kann. FIGS. 11-13 illustrate another aspect of a Bohrschrau be. So far, chip-breaking measures have only been provided for drilling screws with a forged tip. In the ge embodiment shown, shallow channels 46 and 48 extend in the longitudinal direction of the flutes 16 and 18th These channels causing chip breaking are produced by a milling tool 50 ( FIG. 13). The milling tool 50 has a plurality of teeth 52 (preferably a milling tool with 20 or 32 teeth is used). Each tooth 52 has a profile consisting of a first uniformly rounded part 54 and a curved rib 56 with a second shorter radius. The rib 56 can be offset from the axial line in one direction or the other depending on the desired configuration of the flute. Although only the top-center configuration is shown, the chip-breaking channel can also be added to the bottom-center and the center configuration according to FIGS. 9 and 10. It should also be noted that the confi guration of the milling device can be modified to move the ribs over the end face of the rounded teeth, so that the position of the groove can be changed within the flute and the chip breaker can be provided on both sides of the cross cutting edge.
Wie zuvor erwähnt wurde, ändert sich die Stirnansicht der in Fig. 3, 9 und 10 dargestellten Bohrschraube 10 und ihre Wirkungsweise je nach der an dem Rohling angebrachten Spitze. So kann eine Spitze eine andere bei einem ersten Material übertreffen jedoch nicht bei einem zweiten Mate rial. Versuchsergebnisse haben gezeigt, daß die im wesent lichen konvexe Spitze bei dem bevorzugten Ausführungsbei spiel gemäß Fig. 14C andere Spitzengeometrien übertrifft, wenn sie mit der zuvor beschriebenen Spannutenkonfigura tion kombiniert wird. Um diese konvexe Spitze zu bilden, wird eine erste, nicht dargestellte Schneidvorrichtung mit konkaven Zähnen verwendet, um einen im wesentlichen drei eckigen Teil vom Rohling abzutragen, worauf die Herstel lung der Spannuten erfolgt, um die Freifläche 40 zu bil den, worauf dann eine zweite Schneidvorrichtung 58 mit konkaven Zähnen 60 die Freifläche 38 und die Querschneide 36 bildet.As previously mentioned, the end view of the self-drilling screw 10 shown in FIGS. 3, 9 and 10 and its mode of operation changes depending on the tip attached to the blank. For example, one tip can outperform another with a first material, but not with a second material. Experimental results have shown that the substantially convex tip in the preferred embodiment according to FIG. 14C exceeds other tip geometries when combined with the flute configuration described above. In order to form this convex tip, a first cutting device, not shown, with concave teeth is used to remove a substantially triangular part from the blank, whereupon the chip flutes are produced to form the free surface 40 , whereupon a second Cutting device 58 with concave teeth 60 forms the free surface 38 and the transverse cutting edge 36 .
Eine alternative, im wesentlichen konvexe Spitzenform ist in Fig. 14D dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Freiflächen jeweils durch zwei ebene Flächen 62 und 64 gebildet, die einen stumpfen Winkel miteinander bilden. Die konvexe Spitze wird bei diesem Ausführungsbei spiel wiederum durch zwei Schneidvorrichtungen 66 (von denen nur eine dargestellt ist) gebildet, die Zähne 68 besitzen, deren Umfang durch zwei winklige Abschnitte 70 und 72 gebildet wird. Diese winkligen Abschnitte bilden einen stumpfen Winkel Φ, der im wesentlichen gleich dem Winkel ist, der an der Bohrschraube angebracht werden soll. Vorzugsweise betragen diese Winkel 172 1/2° (gemessen innen an der Bohrschraube und außen an der Schneidvor richtung). Hierdurch erhält die durch die Flächen 62 ge bildete Spitze einen Winkel, der 15° größer ist als der Winkel, der durch die ebenen Flächen 64 erzeugt wird und beispielsweise 105° anstatt 90° beträgt. Natürlich können auch übliche Bohrspitzen-Winkel von 90° (Fig. 14A) und 105° (Fig. 14B) verwendet werden, wenn dies für bestimmte Anwendungszwecke vorteilhaft ist.An alternative, substantially convex tip shape is shown in Fig. 14D. In this embodiment, the open areas are each formed by two flat surfaces 62 and 64 which form an obtuse angle with one another. The convex tip is again formed in this exemplary embodiment by two cutting devices 66 (only one of which is shown) which have teeth 68 , the circumference of which is formed by two angled sections 70 and 72 . These angled sections form an obtuse angle Φ, which is substantially equal to the angle to be attached to the self-drilling screw. These angles are preferably 172 1/2 ° (measured inside on the self-drilling screw and outside on the cutting device). This gives the tip formed by the surfaces 62 ge an angle that is 15 ° larger than the angle that is generated by the flat surfaces 64 and is, for example, 105 ° instead of 90 °. Of course, conventional drill bit angles of 90 ° ( FIG. 14A) and 105 ° ( FIG. 14B) can also be used if this is advantageous for certain applications.
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