自钻孔螺钉

摘要

本发明涉及一种自钻孔螺钉(2)，包括一个安装在螺钉杆(4)的自由端上的钻头件(6)，从该钻头件径向伸出两个翼片(12)，其靠近钻头件(6)的钻头尖端(8)的边界构成为钻刃(13)。钻头件(6)具有一个排屑区(14)，它这样构成，即各翼片(12)的靠近钻头尖端(8)的边界与一个钻头半径(16)形成一个交点(S)，该交点到螺钉杆(4)具有至少一个距离(A)，它相当于钻头尖端(8)的刀刃长度的2/3。排屑区(14)能够无干扰和无堵塞地送走由在钻头尖端(8)上的钻刃(10)产生的切屑。通过钻刃(10)切下的材料作为切屑在钻孔过程中通过螺钉(2)的旋转运动从钻头尖端(8)向外朝在一个下面的翼片接点(15)上的交点(S)方向输送并由此确保无干扰的切屑流。待排出的切屑在切屑后形成的横截面的最大2/3上的压缩是可能的。由此确保，即使临界大的切屑也可在不堵塞切屑流情况下从钻头件(6)的区域送走。

权利要求

1.自钻孔螺钉，包括一个设有螺纹的螺钉杆(4)和一个安装在螺钉杆(4)的自由端上的钻头件(6)，该钻头件具有一个包括一个钝角的钻刃(10)的钻头尖端(8)和一个钻头半径(16)，用于产生一个用于螺钉杆(4)的螺纹的芯孔，其中钻头件(6)以距钻头尖端(8)的轴向距离具有一个或多个横向于螺钉轴线自由伸出的翼片(12)，其靠近钻头尖端(8)的边界构成为钻刃(13)，为了扩大由钻头尖端的钻刃(10)产生的芯孔，至少这样使设置在螺钉杆(4)上的螺纹自由地处于一个由所述翼片(12)产生的钻孔(26)中，以致在螺纹与钻孔(26)之间保留一个附加的自由空间，其中螺钉杆(4)的尖端的与钻头件(6)相邻的部分(5b)构成为一个截圆锥，并且钻头件(6)在一个在翼片或各翼片(12)与尖端的构成为截圆锥的部分(5b)之间的区域内具有一个排屑区(14)，其特征在于，螺钉杆(4)的尖端(5)的构成为截圆锥的部分(5b)设置在翼片或各翼片(12)的上方，并且翼片或各翼片(12)的靠近钻头尖端(8)的边界与钻头半径(16)形成一个交点(S)，为了将由钻头尖端(8)的钻刃(10)切下的切屑向外输送到自由空间中，该交点距螺钉杆(4)的尖端(5)的构成为截圆锥的部分(5b)具有一个确定排屑区(14)的最小宽度的距离(A)，该距离相当于在钻头尖端(8)上的钻刃(10)的刀刃的长度的2/3。

2.按照权利要求1所述的自钻孔螺钉，其特征在于，排屑区(14)总是处在切屑流侧面上并且处于与翼片(12)同一平面内。

3.按照权利要求1所述的自钻孔螺钉，其特征在于，钻头件(6)由扁钢构成的小平板制造。

4.按照权利要求3所述的自钻孔螺钉，其特征在于，钻头件(6)由扁钢冲裁而成。

5.按照权利要求2或3所述的自钻孔螺钉，其特征在于，钻头件(6)和螺钉杆(4)固定相互连接。

6.按照权利要求1至4之一所述的自钻孔螺钉，其特征在于，钻头件(6)由高强度的材料制造。

7.按照权利要求1至4之一所述的自钻孔螺钉，其特征在于，螺钉杆(4)的尖端(5)的构成为截圆锥的部分(5b)构成为几乎圆柱形的。

说明书

自钻孔螺钉

技术领域

[0001] 本发明涉及一种自钻孔螺钉，包括一个设有螺纹的螺钉杆和一个安装在螺钉杆的自由端上的钻头件，该钻头件具有一个包括一个钝角的钻刃的钻头尖端和一个钻头半径，用于产生一个用于螺钉杆的螺纹的芯孔，其中钻头件以距钻头尖端的轴向距离具有一个或多个横向于螺钉轴线自由伸出的翼片或叶片，其靠近钻头尖端的边界构成为钻刃，为了扩大由钻头尖端的钻刃产生的芯孔，至少这样使设置在螺钉杆上的螺纹自由地处于一个由所述翼片产生的钻孔中，以致在螺纹与钻孔之间保留一个附加的自由空间，其中螺钉杆的尖端的与钻头件相邻的部分构成为一个截圆锥，并且钻头件在一个在翼片或各翼片与尖端的构成为截圆锥的部分之间的区域内具有一个排屑区。

背景技术

[0002] 这样的自钻孔螺钉对于不同的特殊应用是已知的。由文献EP0049218A2已知一种这样的自钻孔螺钉，包括一个安置在螺钉杆的自由端上的钻头件，该钻头件嵌入一个开口中地固定在螺钉杆上并且由一种钻头钢或一种硬质合金制成。在钻头件上以距钻头尖端的轴向距离设有一个或两个横向于螺钉轴线自由伸出的翼片，其靠近钻头尖端的边界构成为钻刃。螺钉杆的末端是一个尖端，从该尖端出发有开口在螺钉杆中延伸。尖端本身在钻头件的两个大面上一直延伸到所述在外面安置或成型在各面上的翼片或各翼片的区域内。

[0003] 一种开头所述类型的自钻孔螺钉用于连接木材和钢板，该自钻孔螺钉由一个公司商品说明书以标题“硬木或软木在高强度的钢基础结构上-用于直接组装：SFS Stadler的大功率钻孔螺钉spedec SCT”自1987年以来就是已知的。在此自钻孔螺钉大多首先钻通木材。在这里使用了各经由一个预定断裂点与钻头件连接的翼片。其目的是，在钻孔到一个局部几个厘米厚的木材层中的过程中，将钻孔直径至少扩大到设置在螺钉杆上的螺纹的螺纹外径。将扩大的孔的钻孔直径选择得越大，木切屑在螺纹上的摩擦越小。借此防止加热螺纹继而损坏表面。然后如果下一步钻头件对金属层钻孔，则在其预定断裂点上折断各翼片并且钻头件制成一个合适于螺钉杆的螺纹的钻孔。该螺纹现在在下一步中在钻孔中成型螺纹并且拧紧螺钉。为了达到一种尽可能好的作用，通常在钻头件上的各翼片如此近地尽可能安置在螺纹杆上继而接近螺纹头。由此达到，各翼片尽可能好地保护螺纹而不过早地被剔除。对于切屑流，在此通常首先考虑通过各翼片本身产生的切屑。通过钻头尖端本身引起的切屑通过一个在尖端的构成为一个截圆锥的部分与翼片和各翼片之间的窄的排屑区进入到通过翼片或各翼片制成的孔中并由此被从刀刃带走。在全部这些有钻孔螺钉中，存在钻头尖端过度加热的危险，因为在钻头尖端上产生的切屑以多于最大允许的材料压缩从钻头件向外输送。这又可能导致该自钻孔螺钉的钻孔缺陷。

[0004] 在由文献FR-A-2238081已知的一种自钻孔螺钉中，用于钻出芯孔的钻头件构成为两级的。在钻头件自由端上的钻头尖端具有一个钻刃，该钻刃具有一个明显小于待钻芯孔直径的直径。在该较小直径的部分上连接一个具有四个钻翼的十字形横截面的部分，其中两个在其与钻头尖端相邻的下端部设有钻刃，这些钻刃将由钻头尖端切出的孔扩大成一个具有芯孔直径的孔。在与钻头尖端相反的那侧，钻头件锥形地逐渐变小并且接着重新锥形扩大地最终过渡到螺钉的设有螺纹的杆上。钻头件的锥形逐渐变小和扩大的部分应该容纳通过钻刃切下的切屑。切屑不能从该切屑容纳腔排出，因为螺钉杆紧接其后，该螺钉杆在继续拧入螺钉时牢牢地封闭了由钻刃切出的孔。

发明内容

[0005] 本发明的目的是，这样构成一种开头所述类型的用于连接至少一个较软的第一层和一个较硬的第二层的自钻孔螺钉，以致通过钻头尖端引起的切屑从钻头件出发沿钻孔方向更好地输送并由此防止钻头尖端的过度加热。

[0006] 按照本发明，这一点这样达到，即螺钉杆的尖端的构成为截圆锥的部分设置在翼片或各翼片的上方，并且翼片或各翼片的靠近钻头尖端的边界与钻头半径形成一个交点，为了将由钻头尖端的钻刃切下的切屑向外输送到自由空间中，该交点距螺钉杆的尖端的构成为截圆锥的部分具有一个确定排屑区的最小宽度的距离，该距离相当于在钻头尖端上的钻刃的刀刃的长度的2/3。如果情况确实如此，则由此达到，以远小于最大允许的材料压缩从钻头件向外输送切屑。按照本发明，不妨碍直接排出切屑继而不在切屑流中抑制切屑。通过切屑流速度的一种很小的抑制就已导致切屑的堵塞。由此会中断切屑流并且会压缩切屑。由此产生的热会不利地影响钻头性能，因为会由于加热而损坏刀刃、翼片或各翼片以及螺纹或甚至使之变形。后果是螺钉连接的失效。一种这样的失效在功能或美感上的临界连接中是不可接受的。已令人惊喜地表明，当按照本发明将螺钉杆的尖端的构成为一个截圆锥的部分向翼片或各翼片的上方转移时并且因此实现一个用于较宽排屑区的自由空间时，其最小宽度相当于按相对于钻头尖端的刀刃长度的一个确定的关系，亦即相当于它的2/3，可以避免上述的由于切屑压缩和切屑流速度的抑制而出现的那些问题。

[0007] 如果在一种实施形式中，排屑区总是处在切屑流侧面上并且处于与各翼片同一平面内，还要更可靠地达到，无阻碍地至少部分地经由翼片面向外和/或向上输送来自钻头尖端的切屑。如果翼片平面处在排屑区的平面上方，则会妨碍直接排出切屑。

[0008] 如果在另一种实施形式中，钻头件由扁钢构成的小平板制造，钻头件可以具有一种绝对最小的体积。由扁钢构成的实施形式允许这样的可能性，即通过材料选择可以使钻头特性以及翼片的扭转应力匹配于应用。钻头件可以这样例如由高强度的或极高强度的材料制造。

[0009] 如果在另一实施形式中，钻头件由扁钢冲裁而成，钻头件的形状和刀刃形状可以在一个工序中制造。

[0010] 在另一实施形式中，钻头件和螺钉杆固定相互连接。通过钻孔应变，很大的力沿轴向和垂直的方向作用到螺钉上。通过螺钉杆和钻头件的固定连接实现发一种可靠的力传递。在此必须这样设计该两螺钉部分的连接，以致短时或在向加工地点的输送期间可能产生的尖端应变不可能导致两个螺钉部分的相对位移。

[0011] 如果在另一实施形式中，螺钉杆的尖端的构成为一个截圆锥的部分构成为几乎圆柱形的，则产生一个径向向外的排屑区。

附图说明

[0012] 以下参照附图更详细地说明本发明的各实施例。

[0013] 其中

[0014] 图1按照本发明的具有一个钻头件的自钻孔螺钉，钻头件具有一个倾斜向外延伸的排屑区；

[0015] 图2按图1的自钻孔螺钉的侧视图；

[0016] 图3按照本发明的具有一个钻头件的自钻孔螺钉，钻头件具有一个径向向外延伸的排屑区；

[0017] 图4-6利用按照本发明的自钻孔螺钉的一种钻孔走向；以及

[0018] 图7按照现有技术的自钻孔螺钉。

具体实施方式

[0019] 在更详细描述本发明的示于图1-6中的各实施例之前，符合目的的是，简要地考虑示于图7中的现有技术。在图7中采用了与在图1-6中相同的标记，但分别增加了100。示出一个总体用102标记的自钻孔螺钉，它具有一个设有螺纹的螺钉杆104。螺钉杆104的末端是一个尖端105，该尖端具有一个未设有螺纹的圆柱形部分105a和一个同样未设有螺纹的圆锥形部分105b。螺钉杆104的螺纹是一种自切割螺纹。在螺钉杆104的自由端上存在一个(在图7中未示出的)开口，该开口延伸到尖端105并且在其中插入一个成板形构成的钻头件106。通过钻头件106的插入端的相应的横截面形状并且通过螺钉杆104的尖端105上的变形103，在钻头件106与螺钉杆104之间存在一种形锁合连接。钻头件106在其自由端上具有一个钻头尖端108，该钻头尖端包括一个钝角的钻刃110。螺钉杆104和螺钉102的(在图7中看不见的)头部可以由一种不锈钢或其他的金属或由塑料构成。小平板形的钻头件106由一种钻头钢或一种硬质合金制成，从而按简单的方式也可以钻通最高强度的钢。在钻头件106上以距钻头尖端108的轴向距离连接两个相互对置的朝相反方向横向于螺钉轴线自由伸出的翼片112。各翼片112的靠近钻头尖端108的边界构成为钻刃113。钻头件106的钻头半径在其最大直径的位置测量并用116标记。各翼片112与小平板形构成的钻头件106处于一个平面内。在钻头件106上的各翼片112的连接位置上设置一个接近平行于螺钉轴线延伸的预定断裂切口118。

[0020] 在与开头所述的文献EP0049218A2相应的现有技术的上述实施例中，拟将一个由轻金属制成的护面(Abdeckbahn)与一个钢梁122螺钉拧紧，其中在这两部件之间设置一个绝缘体或一般来说一个较软的层124。钻头件106的钻头尖端108首先钻通较软的层124的护盖，然后接着在护盖中使用各翼片112的钻刃113。因此螺钉杆104的螺纹部分可以与护盖无接触地通过一个钻孔126。紧接着钻头件106以钻头尖端108攻入一个较硬的层，亦即在这里攻入钢梁122，其中在钻头件106穿过以后，各翼片112贴靠在钢梁122上。由于现在施加到各翼片112上的扭矩超过其在钻头件106上的保持力，各翼片112在各预定断裂切口118处折断。在继续拧入螺钉时，螺钉杆104的螺纹部分就进入钢梁122的钻孔128中，从而可以实现最终的固定。螺钉杆104上的螺纹的根径在图7中用120标记。

[0021] 以下现在参照在图1-6中的视图描述一种按照本发明的自钻孔螺钉2与关于图7描述的已知的自钻孔螺钉102的区别何在。在此只要螺钉2的结构与螺钉102没有区别，为了避免重复就不再度描述。就这方面而言，对根据图7构成的已知的螺钉102的实施形式也适用于按图1-6的螺钉2。通过与螺钉102和2有关采用的标记分别相差100的方式，使概览变得容易。

[0022] 在已知的螺钉102中，按照图7中的视图，螺钉杆104的尖端105b在钻头件106的两个大面上延伸，其中一个在图7中是可见的，一直延伸到在所述面上成形的外部翼片112的区域内。这样的设置在通过钻头件106产生的切屑输送到通过各翼片钻出的孔126中的过程中产生阻碍切屑流的结果。为了避免这一缺点和与其联系的其他的缺点，在本发明按照图1至6的视图的自钻孔螺钉2中，螺钉杆4的尖端5的圆锥形部分5b不构成为一个一直延伸到各翼片112的区域内的完全的圆锥体，而构成为一个在各翼片12上方的截圆锥。由此在各翼片12的上方产生一个较大的自由空间，它在径向排屑过程中加大了各翼片12距螺钉杆4的尖端5的相邻的端部的距离继而加大了一个排屑区14的宽度，这在以下更详细地描述。

[0023] 在一种按图1的实施方案中示出了包括一个钻头件6的自钻孔螺钉2，该钻头件具有一倾斜向外延伸的排屑区14。自钻孔螺钉2具有一个安装在螺钉杆4的自由端上的钻头件6，它以距钻头尖端8的轴向距离具有两个横向于螺钉轴线自由伸出的翼片12。它们靠近钻头尖端8的边界构成为钻刃13。钻头件6的排屑区14这样构成，即每个翼片12的靠近钻头尖端8的边界与钻头半径16形成一个交点S，该交点距螺钉杆4具有至少一个距离A，该距离相当于钻头尖端8的刀刃长度的2/3。当如在按图1和2的实施例中那样螺钉杆4的尖端5终止于一个截圆锥形部分5b时，距离A限定在截圆锥形部分5b的母线和一个与其平行的通过交点S的直线之间，如在图1中所示的那样。A同时是排屑区14的宽度。这样构成的排屑区14可以无干扰即无堵塞地排走由钻刃10产生的切屑。通过钻刃10切下的材料作为切屑或切屑部分在钻孔过程中通过螺钉2的旋转运动从钻头尖端8向外朝在一个下面的翼片接点15上的交点S方向输送。如果现在为在下面的翼片接点15与螺钉杆4之间的排屑区14设置至少一个在钻头尖端8上的刀刃10的长度的2/3的宽度，则即使在待钻通的较软的层24的较硬的或不合适的材料情况下，如其例如是硬木，也可以确保无干扰的排屑。待排出的切屑在切削后形成的横截面压缩到最大2/3的是可能的。由此确保，即使临界大的切屑也不堵塞排屑地从钻头件6的区域向外输送。

[0024] 图2示出了按图1的自钻孔螺钉2的侧视图。在按照本发明的自钻孔螺钉2中，排屑区14的优点特别在侧视图中变得明显。通过排屑区14总是处在切屑流侧面上并且处于与各翼片12同一平面内的方式，钻刃10的切屑可以至少从下面的翼片接点15的高度起沿轴向方向在相当大程度上在同一平面内并通过钻头旋转向外运动并从钻头件6向外输送。图2还示出一个由扁钢制成的钻头件6，其优点在于钻头件的最小体积，特别用于从钻头件向外输送切削。为了在一个工序中通过冲裁制造形状和钻刃10和13，扁钢是特别合适的。
绝大部分可以取消对钻头尖端8或各翼片12的钻刃10和13进行的后处理或精加工。

[0025] 在图3中示出了一个包括一个钻头件6的自钻孔螺钉2，该钻头件具有一个径向向外的排屑区14。截圆锥形部分5b在这里差不多是圆柱形的。在此排屑区14的宽度或距离A限定在下面的翼片接点15与螺钉杆4之间并且至少等于钻头尖端8的钻刃长度的2/3。即使圆柱形的螺钉杆具有一个等于或只稍小于钻孔直径的杆外径32，通过排屑区14也确保，通过钻刃10产生的切屑无阻碍地在侧面在下面的翼片接点15与螺钉杆4之间向外输送继而从钻头件6向外输送。如果钻头件6如在这里由一个第二元件制造，例如由扁钢制造，则必须确保，将钻头件6牢固地固定在螺钉杆4上。借此防止钻头尖端8被同心移动而不再能达到全功率。

[0026] 图4至6示出了利用一个按照本发明的自钻孔螺钉2的钻孔进程。在此图4示出了在较软的层24中的钻孔阶段。各翼片12将由钻刃10产生的在较软的层24中的芯孔这样扩大，使得设置在螺钉杆4上的螺纹自由地处于钻孔26中。在螺纹与扩大的芯孔之间还附加地保留一个自由空间。该自由空间用于排屑。由钻刃10切下的切屑在此经由排屑区14在螺钉杆4之前向外输送到上述自由空间中并由此从钻头件6排除。接着在示于图5中的另一钻孔阶段，在较硬的第二层22中制造一个钻孔28。各翼片12理想地这样设置，即在钻头尖端8下降以后，各翼片12走过一个2至3毫米的路径直到撞在较硬的层22上。在各翼片12撞在较硬的层22上时，各翼片12由于穿透冲击受如此高的负荷，以致它们折断。
现在如图6中所示的那样，在较硬的层22中成型螺纹并拧紧螺钉2。

[0027] 附图标记清单

[0028] 2，102 自钻孔螺钉

[0029] 3，103 变形

[0030] 4，104 螺钉杆

[0031] 5，105 尖端

[0032] 5a，105a 圆柱形部分

[0033] 5b，105b 圆锥形或截圆锥形部分

[0034] 6，106 钻头件

[0035] 8，108 钻头尖端

[0036] 10，110 钻刃

[0037] 12，112 翼片

[0038] 13，113 钻刃

[0039] 14 排屑区

[0040] 15，115 翼片接点

[0041] 16，116 钻头半径

[0042] 18，118 预定断裂切口

[0043] 20，120 根径

[0044] 22，122 较硬的层(钢梁)

[0045] 24，124 较软的层(木材)

[0046] 26，126 钻孔

[0047] 28，128 钻孔

[0048] 32，132 杆外径

[0049] A 距离

[0050] S 交点