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Dokumentenidentifikation DE4333791C2 18.06.2003
Titel Gewindeschneidschraube
Anmelder Semblex Corp., Elmhurst, Ill., US
Erfinder Fulmer, James G., Addison, Ill., US
Vertreter Prinz und Partner GbR, 81241 München
DE-Anmeldedatum 04.10.1993
DE-Aktenzeichen 4333791
Offenlegungstag 14.04.1994
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 18.06.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.06.2003
IPC-Hauptklasse F16B 25/02
IPC-Nebenklasse B21H 3/04   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf mit Gewinde versehene Befestigungselemente und speziell auf eine Gewindeschneidschraube mit einem länglichen Schaft mit einem durchgehenden Außengewinde und mehreren äußeren Nasen, die in gleichen Abständen um den Umfang des Schaftes herum verteilt sind und sich in einer bezüglich des Gewindes entgegengesetzten Winkelrichtung schraubenförmig entlang des Schaftes erstrecken, wobei der Schaft in jeder zu seiner Achse senkrechten Ebene einen massiven, kreisförmigen Kernabschnitt besitzt und die Nasen nach außen aus dem Kernabschnitt hervorstehen, und der Schaft einen zylindrischen, mit Gewinde versehenen Abschnitt und einen sich verjüngenden, mit Gewinde versehenen Endabschnitt enthält.

Eine solche Gewindeschneidschraube ist aus der US 3 945 272 bekannt, die ein Verfahren zum Herstellen von Gewindeschneidschrauben offenbart. Dabei wird ein Rohling, der einen zylindrischen Abschnitt und einen sich verjüngenden Endabschnitt hat, mittels zweier einander gegenüberliegender Rollwerkzeuge mit einem Gewinde versehen. Jedes Rollwerkzeug ist aus einem geraden Abschnitt und einem geneigten Abschnitt zusammengesetzt, wobei der geneigte Abschnitt dazu dient, ein Gewinde in den sich verjüngenden Endabschnitt des Rohlings zu schneiden. Die Rollwerkzeuge sind so ausgebildet, daß in dem Arbeitsgang, in dem der Rohling mit einem Gewinde versehen wird, auch die äußeren Nasen um den Umfang des Schraubenschaftes gebildet werden.

Eine etwas anders geformte Gewindeschneidschraube ist aus der US 5 088 869 A bekannt. Diese Schraube hat einen über die gesamte Länge konstanten Kerndurchmesser, während das kontinuierliche schraubenförmige Gewinde sich in drei Abschnitte unterteilen läßt. Ein erster Abschnitt an der Spitze besteht aus mindestens einem Gewindegang. Ein zweiter Abschnitt, der sich an die Spitze anschließt, besteht aus mehreren Gewindegängen, deren äußerer Durchmesser größer als der an der Spitze ist und zum Kopf der Schraube hin stetig zunimmt. Außerdem haben die Gewindespitzen in diesem Abschnitt Vertiefungen. Der letzte Abschnitt besteht wiederum aus mehreren Gewindegängen, deren äußerer Durchmesser konstant ist und dem des angrenzenden Gewindegangs des zweiten Abschnitts einspricht.

Gewindeschneidschrauben dienen zum sicheren Verbinden von Körpern. Dieser Schraubentyp wird in eine gewindelose Bohrung oder Öffnung eingesetzt und schneidet Gewindegänge in die Bohrung oder Öffnung, wenn ein Drehmoment aufgebracht wird. Die Schraubenanordnung ist sehr vibrationsfest, um die Verbindung zwischen den Körpern aufrechtzuerhalten, selbst wenn sie erheblichen Belastungen ausgesetzt ist. Einige Gewindeschneidschrauben enthalten Gewindegänge mit mehreren Nasen um den Umfang des Schraubenschaftes. Die Nasen (oder Wellen) wirken außerdem dem Lösen der Schraube entgegen.

Zum Ausbilden der Gewindegänge auf dem Schraubenschaft ist ein erhebliches Drehmoment nötig. Je größer das benötigte Drehmoment ist, desto höher muß die benötigte Schraubenfestigkeit sein. Sowohl die Anwendung eines erhöhten Drehmoments beim Gewindeformen als auch die Verwendung einer Schraube aus einem festeren Material erhöht die Kosten des Endprodukts. Daher wird angestrebt, die Schraubengänge auf der Schraube mit einem minimalen Drehmoment auszubilden. Wenn die Schraube sich verjüngt, besteht eine zusätzliche Schwierigkeit darin, einen sich verjüngenden Abschnitt auszubilden, der Gewindegänge mit vollständig ausgebildeten Spitzenabschnitten besitzt. Gewindegänge mit nicht vollständig ausgebildeten Spitzenabschnitten vermindern nicht nur das zum Entfernen der Schraube benötigte Lösedrehmoment, sondern erschweren auch das Einsetzen der Schraube. Die Größe, die Form und die Beabstandung der Gewindegänge am sich verjüngenden Ende einer Gewindeschneidschraube ist kritisch hinsichtlich der Leichtigkeit, mit der die Gewindeschneidschraube in eine gewindelose Bohrung oder Öffnung eingesetzt werden kann, da dieser Abschnitt der Schraube den Schneidprozeß auslöst.

Die Erfindung gewährt die oben genannten Vorteile bei einer Gewindeschneidschraube, die aus einem zylindrischen Rohling geformt wird, der ein geneigtes Gewinderollwerkzeug durchläuft, um am Schraubenende Gewindegänge mit vollständig ausgebildetem Spitzenabschnitt bei verbesserter Spannungsverminderung auszubilden, was die Arbeitsschritte des Ausbildens des sich verjüngenden Abschnitts und der Gewindegänge erleichtert.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Gewindeschneidschraube zu schaffen, die durch ein geringes Verhältnis von Anziehkraft zu Lösekraft gekennzeichnet ist.

Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, eine Gewindeschneidschraube zu schaffen, bei der das Gewindeschneiden und das Einbringen in ein Werkstück mit einem minimalen Drehmoment ausgeführt wird.

Durch die Erfindung wird ferner eine Gewindeschneidschraube mit einer verbesserten sich verjüngenden, mit Gewinde versehenen Spitze geschaffen, die das Einsetzen der Schraube in einen gewindelosen Körper oder ein gewindeloses Werkstück erleichtert.

Die durch die Erfindung geschaffene Gewindeschneidschraube kann kostengünstig und relativ einfach hergestellt werden und kann aufgrund der geringen Belastungen beim Ausbilden der Gewindegänge und beim Gewindeschneiden in einem Körper eine verminderte Festigkeit aufweisen.

Zur Aufgabe der Erfindung gehört es ferner, eine Gewindeschneidschraube zu schaffen, die vollständig ausgebildete Spitzenabschnitte oder scharfe Kanten der Gewindegänge entlang ihrer gesamten Länge, inklusive dem sich verjüngenden Endabschnitt, besitzt.

Ferner bezweckt die Erfindung, eine Gewindeschneidschraube in einem zylindrischen Loch, in das sie eingesetzt wurde, ausgerichtet zu halten, um das gewindeschneidende Einschrauben der Schraube in das Loch zu erleichtern.

Zur Lösung dieser Aufgabe unter Vermeidung der Nachteile nach dem Stand der Technik ist nach der Erfindung eine Gewindeschneidschraube der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische, mit Gewinde versehene Abschnitt und der sich verjüngende, mit Gewinde versehene Abschnitt, der zur verbesserten Spannungsverminderung dient, aus einem gewindelosen, sich nicht verjüngenden, zylindrischen Rohling zur verbesserten Spannungsverminderung beim Ausbilden von Gewinden mit vollständig ausgebildeten Gewindespitzen unter Anwendung eines verminderten Drehmoments gebildet sind, daß der sich verjüngende Endabschnitt einen konstanten Kerndurchmesser besitzt und vier Schraubenwindungen enthält und daß zwei Schraubenwindungen einen sich zum Ende hin vermindernden Außendurchmesser und zwei Endschraubenwindungen einen konstanten Außendurchmesser besitzen, um die Schraube ausgerichtet in einer Öffnung zu halten, in die die Schraube eingesetzt ist, um ein Einschrauben der Schraube in die Öffnung zu erleichtern.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in den Zeichnungen dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer in Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung ausgeführten Schraube,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Gewindeschneidschraube aus Fig. 1 entlang der Linie 2-2,

Fig. 3 ein vereinfachtes, schematisches Diagramm des Gewinderollens zum Ausbilden der Gewindeschneidschraube,

Fig. 4 ein vereinfachtes, schematisches Diagramm, das zusätzliche Details des Ausbildens der Gewindegänge und der Nasen durch zwei Rollwerkzeuge zum Ausbilden einer Gewindeschneidschraube entsprechend der Erfindung darstellt,

Fig. 5 einen Teilschnitt durch einen Abschnitt des beim Ausbilden der Schraube gemäß Erfindung verwendeten Werkzeugs,

Fig. 6 eine perspektivische Teilansicht der die Gewindegänge und die Nasen ausbildenden Abschnitte eines Werkzeugs, das beim Ausbilden einer Schraube gemäß der Erfindung verwendet wird,

Fig. 7 eine Draufsicht auf das Schraubenherstellwerkzeug aus Fig. 6,

Fig. 8 bzw. 9 einen vereinfachten Querschnitt einer Schraube nach dem Stand der Technik bzw. einer gemäß der Erfindung hergestellten Schraube, die sich jeweils positioniert zwischen Gewindeherstellwerkzeugen vor Beginn des Gewindeherstellens befinden, und

Fig. 10 bzw. 11 einen vereinfachten Querschnitt einer Schraube nach dem Stand der Technik bzw. einer gemäß der Erfindung hergestellten Schraube, die sich jeweils positioniert zwischen zwei Werkzeugen befinden, die Gewindegänge an einem Schraubenrohling ausbilden.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Gewindeschneidschraube 10 gemäß der Erfindung. Die Schraube 10 enthält einen Kopf 12 und einen länglichen Schaft 14. Der Schaft 14 besitzt ein Außengewinde 16 und mehrere voneinander beabstandete Nasen 18, wie deutlicher im Querschnitt von Fig. 2 entlang der Linie 2-2 aus Fig. 1 gezeigt ist. Die Nasen 18 sind um die Achse des Schaftes 14 herum entlang dem Umfang verteilt und erstrecken sich schraubenförmig entlang dem Schaft in einer zu den in Fig. 1 gezeigten Gewindegängen entgegengesetzten Winkelrichtung. Der Schaft 14 der Gewindeschneidschraube 10 enthält einen geraden, zylindrischen Abschnitt 14a und einen sich verjüngenden Endabschnitt 14b.

In jeder zu seiner Achse senkrechten Ebene besitzt der Schaft 14 einen inneren Kernabschnitt 20, der kreisförmig und konzentrisch zu seiner Achse ist und der innerhalb der strichpunktierten Kreislinie 21 in Fig. 2 liegt. Die Nasen 18 sind einstückig mit dem Kernabschnitt 20 ausgeführt und stehen aus diesem hervor, wobei der Kernabschnitt den zentralen Schaftabschnitt innerhalb des zur Schaftachse koaxialen Kreises 21 enthält.

Wenn die Schraube in einen Körper eingeschraubt wird, wird die Schraube in Richtung des Pfeils 22 aus Fig. 2 gedreht. Jede Nase 18 besitzt eine längliche Vorderflanke 24, die sich in der Drehrichtung 22 allmählich von der Schaftachse entfernt. Jede Nase 18 besitzt auch eine Hinterflanke 26, die abrupt nach innen zur Schaftachse gerichtet und sehr viel kürzer als die Vorderflanke 24 ist. Daher sind die Nasen 18 unsymmetrisch. Jede längliche Vorderflanke 24 ist konvex gekrümmt und geht weich in die Hinterflanke 26 über, die nur in ihrem innersten Bereich konkav ist, wo sie in den kreisförmigen Kernabschnitt 20 und die Vorderflanke der nächsten Nase übergeht, wie in Fig. 2 dargestellt. Der Verlauf jeder Vorderflanke 24 von der Schaftachse weg ist von dem Beginn der Vorderflanke bis zu ihrem Übergang in die abrupt zurückkehrende Hinterflanke 26 kontinuierlich. Außerdem besitzt der Gewindegang 26 zwischen seiner Spitze 28 und dem Schraubengrund 30 eine einheitliche radiale Dicke. Daher stimmt die Gestalt der Nasen 18 und der Spitzen 28 des Gewindegangs 16 mit der Gestalt der Nasen entlang dem Gewindegrund 30 überein.

In einer bevorzugten Ausführung sind drei Nasen 18 gleichförmig um die Schaftachse herum verteilt, wobei jede Nase sich entlang eines Bogens von ungefähr 120° erstreckt, wie in Fig. 2 dargestellt. Da die Nasen schraubenförmig sind, wird die Gewindeschneidschraube 10 mittels eines Gewinderollwerkzeugs hergestellt, und über die gesamte Länge der Schraube wird der gleiche Druck aufgebracht, so daß ein Schlupf beim Gewinderollen minimiert ist. Zusätzlich wird die Rundheit der fertigen Schraube aufrechterhalten, da es keine Unterbrechung beim Rollen der Nasen gibt, wie es der Fall wäre, wenn sich die Nasen nur axial erstrecken würden. Daher kann zum Ausbilden der Gewindegänge und der Nasen am Schaft 14 der Gewindeschneidschraube 10 ein einziger Rollvorgang verwendet werden.

Jede Nase 18 der Gewindeschneidschraube 10 erhebt sich allmählich und kontinuierlich bis zu ihrem maximalen Abstand von der Schaftachse und fällt dann abrupt vor dem die nächste Nase bildenden Anstieg auf die Achse zu zurück. Daher entfernt sich jede Nase allmählich in der Drehrichtung des Einschraubens der Schraube in einen Körper von der Schaftachse. Wenn die Schraube aus der Gewindebohrung herausgeschraubt wird, bildet der von der kürzeren Hinterflanke 26 jeder Nase 18 gebildete Absatz einen Widerstand gegen das Herausschrauben, da das Metall des umliegenden, mit Gewinde versehenen Bereichs hinter der Hinterflanke jeder Nase beim Gewindeschneiden zurückfedert. Da die Gewindegänge entsprechend der Gestalt der Nasen 18 steigen und fallen, ist es möglich, den Gewindeschneid-Vorgang sehr viel einfacher auszuführen, da ein geringeres Drehmoment benötigt wird, als es der Fall wäre bei der Verwendung von z. B. drei Nasen mit jeweils symmetrischem Aufbau, wie er bei anderen Gewindeschneidschrauben verwendet wird.

Der spezielle Aufbau der Gewindeschneidschraube 10 mit drei Nasen nach der Erfindung erlaubt der Schraube, ein Gewinde zu schneiden. Der Gewindeschneid- Arbeitsschritt ist durch den speziellen, oben dargestellten Aufbau der Nasen deutlich vereinfacht. Da die Nasen schraubenförmig um die Schaftachse herum angeordnet sind, wird eine Ausbildung des Gewindes in einem Körper, in den die Schraube 10 eingeschraubt wird, glatt und ohne jede Unterbrechung ausgeführt, wodurch der Gewindeschneid-Vorgang weiter vereinfacht wird. Dementsprechend ist die Gewindeschneidschraube 10 besonders als Gewindebohrer geeignet, und der Ausdruck "Gewindeschneidschraube" soll solche Gewindebohrer mit einschließen, die den oben beschriebenen, kennzeichnenden Nasenaufbau besitzen.

Die oben beschriebenen Schrauben bestehen übliche Haltekraft-Tests gut. Diese verbesserte Leistung liegt begründet in den schraubenförmig angeordneten Nasen und den hohen Spitzen der Nasen, die im Äußeren der Schraube entlang dem gesamten Umfang des Schaftes angeordnet sind, so daß beim Herausziehen der gesamte Umfang des angrenzenden Elementes berührt wird. Daher wird zum Herausziehen einer Gewindeschneidschraube 10 gemäß der Erfindung sehr viel mehr Kraft benötigt als bei jedem anderen Typ von Schrauben mit Nasen, bei denen die Nasen axial entlang dem Schaft verteilt sind. Nach dem Verwenden der Gewindeschneidschraube 10 zum Herstellen eines Gewindes in einem Loch in einem Körper, in welches die Schraube eingeschraubt ist, ergibt sich ein besonders geringes Drehmoment aufgrund der Tatsache, daß die Nasen 18 so angeordnet sind, daß sie in einem Gewindegang "entlanggleiten" und gleichzeitig einen Gewindegang bilden, der weich entlang des gesamten Umfangs um den Schaft herum geschnitten wird.

Fig. 3 zeigt in vereinfachter, schematischer Diagrammform eine Anordnung zum Ausbilden der Gewindegänge und Nasen an einem Schaft 48. Beim Betrieb sind zwei Werkzeuge 32a und 32b mit ihren Arbeitsseiten parallel zueinander und voneinander ausreichend beabstandet positioniert, so daß sie den Schaft 48 eines Rohlings aufnehmen, aus dem eine Gewindeschneidschraube gebildet werden soll. Während das obere Werkzeug 32a feststeht, wird das untere Werkzeug 32b in der Ebene ihrer Arbeitsoberflächen verstellt, wie durch die Richtung des Pfeils F in Fig. 3 dargestellt, so daß der Schaft 48 im Uhrzeigersinn gedreht wird, wie durch den Pfeil 9 dargestellt. Während des ersten Teils des Gewinderoll-Vorgangs bilden die nicht gewellten Abschnitte der Nuten und Stege in den Werkzeugen 32a und 32b Gewindegänge um den Schaft 48 in herkömmlicher Weise aus. Danach allerdings greifen nachfolgend beschriebene Wellen in den Werkzeugen 32a, 32b am Schaft 48 an, um die Nasen in den Schraubengewindegängen auszubilden.

Fig. 4 zeigt in stilisierter Weise im Querschnitt zusätzliche Details des Rollens eines mit Gewinde versehenen Rohlings 40 mit drei Nasen zwischen zwei mit Gewindegängen versehenen Werkzeugen 42 und 43. Es wird darauf hingewiesen, daß Fig. 4 eine stilisierte Darstellung ist und die tatsächlichen Zustände beim Gewindeschneiden nicht genau darstellt. Der mit Gewinde versehene Rohling 40 enthält eine Gewindegangspitze 44 und einen Gewindegrund 46, die beide mit durchgehenden Linien dargestellt sind. In gleicher Weise enthalten die Werkzeuge 42 und 43 gewindebildende Stege 48 und Nuten 50, die ebenfalls in durchgehenden Linien dargestellt sind. In einer korrekten Darstellung eines Querschnitts wären die Gewindenuten des Rohlings 40 und die Nuten der Werkzeuge 42 und 43 gestrichelt dargestellt. In diesem Fall würde sich auch der Gewindegang auf dem Rohling 40 schraubenförmig erstrecken und sich irgendwo überlappen, wie auch die Nasen, die sich ebenfalls schraubenförmig erstrecken. Diese Unstimmigkeit wurde eingeführt, um die Zeichnung zu vereinfachen und die Rollbewegung des Rohlings 40 zwischen den Werkzeugen 42 und 43 leichter darzustellen.

Wie oben mit Bezug auf Fig. 3 dargestellt, bewegt sich beim Rollen des Rohlings 40 das obere Werkzeug 42 nach rechts, wie durch die Richtung des Pfeils A dargestellt, während das untere Werkzeug 43 feststeht. Dies entspricht selbstverständlich der Bewegung des unteren Werkzeugs 43 bezüglich des oberen Werkzeugs 42 relativ nach links, wie in der Figur durch die Richtung des Pfeils B dargestellt. Diese relative Werkzeugbewegung bewirkt, daß der Rohling 40 sich im Uhrzeigersinn in Richtung des Pfeils C um eine Achse 0 dreht. Bei diesem Rollen berühren die Gewindegangspitzen 44 des Rohlings die Werkzeugnuten 50, und der Gewindegrund 46 des Rohlings berührt die Werkzeugstege 48. Die Werkzeuge 42 und 43 verbleiben in einem festen Abstand zueinander, und die Achse 0 des Rohlings 40 verbleibt mittig zwischen diesen. Das Rollen des Rohlinggewindes auf jedem Werkzeug entspricht dem Rollen eines mit einem Laufkranz versehenen Rades auf einer Schiene. Wenn sich der Rollpunkt auf dem unteren Werkzeug 43 im Berührpunkt zwischen dem Gewindegrund 46 des Rohlings und dem entsprechenden Werkzeugsteg 48 befindet, muß die Gewindegangspitze 44 relativ zur entsprechenden Werkzeugnut 50 nach hinten gleiten, wie durch die Richtung des Pfeils D dargestellt. Wenn sich andererseits der Rollpunkt an der Gewindegangspitze 44 des Rohlings (und am Boden der Werkzeugnut 50) befindet, wird der Gewindegrund 46 gezwungen, nach vorne zu gleiten, wie durch den Pfeil E dargestellt. Eine gleiche Wirkung tritt dort auf, wo der Rohling 40 das obere Werkzeug 42 berührt. An jedem Rollpunkt zwischen der Gewindespitze und dem Gewindegrund wird ein gleiches Gleiten sowohl an der Gewindespitze als auch am Gewindegrund auftreten. Durch dieses Gleiten entspricht ein gegebener Abstand entlang einem Werkzeug in jeder Ebene, die nicht gleich derjenigen ist, in der das tatsächliche Rollen stattfindet, nicht dem gleichen Abstand entlang dem gerollten Gewinde. Während dies keinen merklichen Einfluß beim Ausbilden von durchgehenden Gewindegängen hat, hat es dort eine Auswirkung, wo Unregelmäßigkeiten, z. B. Nasen, im Werkzeug ausgeformt werden müssen. Im vorliegenden Fall, in dem die Werkzeuggestaltung Zusammenpressungen aufweist, die ausführlicher weiter unten beschrieben sind, entspricht der Abstand L zwischen aufeinanderfolgenden Zusammenpressungen nicht der Nasenausbildung 54 auf dem Rohling während des Rollens, wenn nicht dieser Abstand gleich dem Umfangsabstand um den Rohling 40 ist, gemessen in der Ebene des tatsächlichen Rollens. Daher ist der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden, die Nasen ausbildenden Zusammenpressungen entlang eines Werkzeugs gleich dem Umfangsabstand zwischen aufeinanderfolgenden, in der Schraube auszubildenden Nasen, gemessen entlang einer zylindrischen Ebene, deren Durchmesser ungefähr in der Mitte zwischen dem Kerndurchmesser und dem gepreßten Durchmesser oder Außendurchmesser der Schraube liegt.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine perspektivische Detailansicht bzw. eine Draufsicht eines Werkzeugs 60, das zum Herstellen einer Gewindeschneidschraube in Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung verwendet wird. Fig. 5 zeigt einen vergrößerten Teilquerschnitt eines oberen Abschnitts des in Fig. 7 dargestellten Werkzeugs entlang der Linie 5-5. Eine gewindebildende Oberfläche 58 des Werkzeugs 60 besitzt Stege 62 und Nuten 64, die sich durchgehend nach rechts oder zum Eintrittsabschnitt des Werkzeugs erstrecken. In Richtung nach links oder zum Austrittsabschnitt des Werkzeugs sind die Stege 62 und Nuten 64, die die gewindebildende Oberfläche 58 bilden, allerdings bezüglich der Ebene der Arbeitsoberfläche des Werkzeugs unterbrochen oder gewellt. Diese Wellen sind in schrägen Spalten angeordnet, wie durch die Unterbrechungslinien 68 dargestellt. Es ist zu erkennen, daß die Spalten sich bezüglich der oberen und der unteren Fläche des Werkzeugs und bezüglich der Werkzeugbewegungsrichtung in einem Steigungswinkel β erstrecken. Dieser Winkel β ist der gleiche wie der Steigungswinkel der Nasenschraubenlinie, die durch die Linien 18 in Fig. 1 dargestellt ist. Es wird auch darauf hingewiesen, daß die Stege 62 und die Nuten 64 sich bezüglich der oberen und der unteren Werkzeugflächen und des Werkzeugbewegungsweges in einem Steigungswinkel α erstrecken. Dieser Winkel α, der zur Richtung des Winkels β entgegengesetzt liegt, ist der gleiche wie der Steigungswinkel des Gewindegangs 16 in Fig. 1. Man erkennt in Fig. 6, daß die Wellen in der gewindebildenden Oberfläche 58 des Werkzeugs 60 eine Reihe von "Zusammenpressungen" 66 sind, wodurch die Stege 62 und die Nuten 64 bezüglich der Ebene der gewindebildenden Oberfläche leicht gekippt oder geneigt sind, ohne daß sich ihr Querschnitt, ihre Gestalt oder der Steigungswinkel α merklich ändern. Die Tiefe der Zusammenpressungen 66, also der Abstand vom höchsten Punkt auf einem Steg 62 zum niedrigsten Punkt in einer Nut 64 jeder Zusammenpressung, gemessen in einer zur Ebene der gewindebildenden Oberfläche 58 senkrechten Richtung, kann entsprechend der Gewindegröße variieren. Man erkennt auch, daß jede Zusammenpressung 66 unsymmetrisch ist, d. h., daß sie sich allmählich bezüglich der Ebene der gewindebildenden Oberfläche 58 entlang dem Großteil ihrer Länge in einer Richtung nach links hebt und dann ziemlich abrupt bezüglich der Ebene der Arbeitsoberfläche nach innen zurückkehrt. Diese Gestaltung bringt ein Gewinde mit unsymmetrischen Nasen hervor, wie oben mit Bezug auf die Fig. 2 und 4 beschrieben. Man erkennt auch, daß das zum Werkzeug 60 beabstandet angeordnete Werkzeug gewindebildende Stege und Nuten sowie nasenbildende Wellen oder Zusammenpressungen besitzt, die die gleiche Größe und die gleiche Form der Zusammenpressungen auf dem Werkzeug 60 besitzen, deren Steigungswinkel β und deren Steigungswinkel α aber zu denen des Werkzeugs 60 entgegengesetzt sind.

Wie in Fig. 5 gezeigt, ist die Steigung P der Abstand zwischen zwei entsprechenden Punkten auf benachbarten Schraubengewindegängen oder der von der Schraube bei einer einzigen Umdrehung zurückgelegte Weg. Der Abstand P/2 ist die Hälfte der Steigung oder der Abstand zwischen benachbarten Stegen 62 oder benachbarten Nuten 64. Die Ebene des Flankendurchmessers ist eine Ebene, die mittig zwischen den parallelen Anordnungen der Stege 62 und Nuten 64 liegt, während die Flankenhöhe D der Abstand zwischen den ausgerichteten Stegen und Nuten in einer Richtung quer zur Ebene des Flankendurchmessers ist.

In Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung enthält die gewindebildende Oberfläche 58 des Werkzeugs 60 einen ebenen Abschnitt 60a und einen geneigten Abschnitt 60b. Der geneigte Abschnitt enthält in einer bevorzugten Ausführung die vier untersten Schraubenwindungen oder Kombinationen aus gewindebildenden Stegen 62 und Nuten 64.

Fig. 8 stellt einen Querschnitt durch eine Anordnung zum Herstellen von Gewindegängen einer gewindeschneidenden Schraube 74 mit einem Schaft 76 nach dem Stand der Technik dar. Zwei Werkzeuge 70 und 72 mit einander gegenüberliegenden Oberflächen mit abwechselnden Stegen und Nuten sowie oben beschriebenen Zusammenpressungen sind so positioniert, daß sie fest am Schaft 76 des Rohlings 74 angreifen. Der Schaft 76 enthält einen zylindrischen, geraden Abschnitt mit der Länge S und einen sich verjüngenden Endabschnitt mit einer Länge T. In ähnlicher Weise enthalten die gewindeformenden, einander gegenüberliegenden Oberflächen des ersten Werkzeugs 70 und des zweiten Werkzeugs 72 einen geraden, oberen Abschnitt der Länge GL mit aufeinanderfolgenden Stegen und Nuten. Abschnitte des ersten Werkzeugs 70 und zweiten Werkzeugs 72, die an die geraden, einander gegenüberliegenden und mit Stegen und Nuten versehenen Oberflächen der Werkzeuge angrenzen, sind mit einem geneigten Abschnitt versehen, der die Länge TL besitzt und drei Schraubenwindungen enthält. Es wird darauf hingewiesen, daß die Fig. 8 und 9 die gewindebildenden Werkzeuge und den Schraubenrohling in einer Position vor dem Bilden der Gewindegänge darstellen.

Bei der gewindebildenden Anordnung gemäß der Erfindung, die in Fig. 9 dargestellt ist, enthalten erste und zweite Werkzeuge 70 und 78 in gleicher Weise jeweils einen geraden, mit Stegen und Nuten versehenen Abschnitt, der jeweils die Länge GL besitzt. Direkt unterhalb der geraden, einander gegenüberliegenden Abschnitte des ersten und zweiten Werkzeugs 78, 80 befinden sich entsprechend geneigte Abschnitte, die jeweils die Länge TL besitzen. Beim Gewindeformen gemäß der Erfindung ist der Schaft 84 des Rohlings 82 gerade und zylindrisch, er besitzt eine Länge S' und enthält keinen sich verjüngenden Endabschnitt. In einer bevorzugten Ausführung enthalten die unteren, geneigten, einander gegenüberliegenden Oberflächen der ersten und zweiten Werkzeuge 78, 80 vier Schraubenwindungen. Es wird darauf hingewiesen, daß S + T > S' ist. Außerdem erstreckt sich bei der Anordnung nach dem Stand der Technik aus Fig. 8 der volle Körper (sich nicht-verjüngender Abschnitt) des Schafts 76 nicht in die geneigten Abschnitte (oder ansteigenden Abschnitte) der Werkzeuge 70 und 72. Dagegen erstreckt sich bei der erfindungsgemäßen, gewindebildenden Anordnung aus Fig. 9 der zylindrische Schaft 84 des Rohlings 82 in die geneigten Abschnitte der Werkzeuge 78 und 80.

In den Fig. 10 und 11 sind Rohlinge 74 bzw. 82 nach dem Gewindebildungs-Arbeitsschritt dargestellt. Man erkennt in Fig. 10, daß das sich verjüngende Ende des Schafts 76 des Rohlings 74 nach dem Stand der Technik sich nach unten verlängert hat und eine vergrößerte Länge T' aufweist. Der verlängerte, sich verjüngende Endabschnitt des Schafts 76 des Rohlings 74 nach dem Stand der Technik erstreckt sich über drei Schraubenwindungen, wobei die Schaftlänge (S + T') gleich der Summe der Länge GL des geraden Abschnitts und der Länge TL des geneigten Abschnitts der gewindeformenden Werkzeuge 70 und 76 ist.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung aus Fig. 11 wurde der Schaft 84 des Rohlings 82 während des Gewindeformungs-Arbeitsschritts ebenfalls verlängert, auf eine Länge S". Außerdem wurde der Endabschnitt des Schafts 84 mittels der vier geneigten Schraubenwindungen der einander gegenüberliegenden, gewindeformenden Oberflächen des ersten und des zweiten Werkzeugs 78 und 80 sich verjüngend gemacht. Der Endabschnitt des Schafts 84 des Rohlings 82 ist mit vier Schraubenwindungen versehen, bei denen der Kerndurchmesser am Ende des Schafts 84 konstant bleibt, wobei zwei Schraubenwindungen vorgesehen sind, bei denen sich der Außendurchmesser in Richtung des Endes vermindert, gefolgt von zwei Endschraubenwindungen, bei denen der Außendurchmesser konstant bleibt. Die beiden Endschraubenwindungen mit dem gleichen Durchmesser halten die Schraube ausgerichtet in einer zylindrischen Öffnung oder einem zylindrischen Loch, in das die Schraube eingesetzt ist, und gewährleisten, daß die Schraube gerade in die Öffnung eingeschraubt wird.

Es wurde eine verbesserte Gewindeschneidschraube und ein Verfahren zu ihrer Herstellung dargestellt. Das Verfahren enthält das Einsetzen eines sich nicht- verjüngenden, zylindrischen Schafts eines Schraubenrohlings zwischen einander gegenüberliegende, gewindeformende Oberflächen von zwei Rollwerkzeugen. Die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Rollwerkzeuge sind mit mehreren voneinander beabstandeten Zusammenpressungen versehen, wodurch die Stege und Nuten in den gewindeformenden Oberflächen bezüglich der Ebene der gewindeformenden Oberfläche leicht gekippt oder geneigt werden, ohne daß sich ihr Querschnitt, ihre Gestalt oder der Steigungswinkel merklich ändert. Die Zusammenpressungen bilden mehrere voneinander beabstandete Nasen in den Gewindegängen des Schafts aus, wobei die Zusammenpressungen in einer zu den abwechselnden, gewindeformenden Stegen und Nuten in der gewindeformenden Oberfläche der Werkzeuge entgegengesetzten Richtung angeordnet sind. Einander gegenüberliegende, geneigte Abschnitte der Werkzeuge formen das Ende des zylindrischen Rohlings in eine mit Gewinde versehene, sich verjüngende Gestalt in der Weise um, daß die sich verjüngenden Gewindegänge am Ende des Rohlings vier Schraubenwindungen enthalten, bei denen der Kerndurchmesser bei sich verminderndem Außendurchmesser konstant bleibt und bei denen die Schraubenwindungsspitzen vollständig ausgebildet sind, wobei aber die letzten beiden Schraubenwindungen einen verminderten Durchmesser aufweisen. Die letzten beiden Schraubenwindungen mit vermindertem, festem Durchmesser halten die Schraube zur Erleichterung des Einschraubens der Schraube in eine Öffnung ausgerichtet in der Öffnung, in die sie eingesetzt ist. Der zylindrische Endabschnitt des gewindelosen Rohlings stellt mehr Material am Ort des Ausbildens des sich verjüngenden Gewindes bereit, um Gewindegänge mit vollständig ausgeformten Spitzen auszubilden, während die Erhöhung der Länge der geneigten Abschnitte des Werkzeugs und des sich verjüngenden Abschnitts der Schraube auf vier Schraubenwindungen eine Spannungsverminderung des Rohlings verbessert, wodurch die zum Gewindeformen benötigte Kraft vermindert wird, was ein leichteres Einschrauben der Schraube in ein Werkstück bei gleichzeitigem Aufrechterhalten einer hohen Lösekraft erlaubt.

Obwohl spezielle Ausführungen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, erkennt der Fachmann, daß Veränderungen und Modifikationen ausgeführt werden können, ohne daß der weitere Bereich der Erfindung verlassen wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Gewindeschneidschraube mit einem länglichen Schaft (14) mit einem durchgehenden Außengewinde (16) und mehreren äußeren Nasen (18), die in gleichen Abständen um den Umfang des Schaftes (14) herum verteilt sind und sich in einer bezüglich des Gewindes (16) entgegengesetzten Winkelrichtung schraubenförmig entlang des Schaftes (14) erstrecken, wobei der Schaft (14) in jeder zu seiner Achse senkrechten Ebene einen massiven, kreisförmigen Kernabschnitt (20) besitzt und die Nasen (18) nach außen aus dem Kernabschnitt (20) hervorstehen, und der Schaft (14) einen zylindrischen, mit Gewinde versehenen Abschnitt (14a) und einen sich verjüngenden, mit Gewinde versehenen Endabschnitt (14b) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische, mit Gewinde versehene Abschnitt (14a) und der sich verjüngende, mit Gewinde versehene Abschnitt (14b), der zur verbesserten Spannungsverminderung dient, aus einem gewindelosen, sich nicht-verjüngenden, zylindrischen Rohling (82) zur verbesserten Spannungsverminderung beim Ausbilden von Gewinden mit vollständig ausgebildeten Gewindespitzen unter Anwendung eines verminderten Drehmoments gebildet sind, daß der sich verjüngende Endabschnitt (14b) einen konstanten Kerndurchmesser besitzt und vier Schraubenwindungen enthält und daß zwei Schraubenwindungen einen sich zum Ende hin vermindernden Außendurchmesser und zwei Endschraubenwindungen einen konstanten Außendurchmesser besitzen, um die Schraube (10) ausgerichtet in einer Öffnung zu halten, in die die Schraube (10) eingesetzt ist, um ein Einschrauben der Schraube (10) in die Öffnung zu erleichtern.
  2. 2. Gewindeschneidschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindegänge des länglichen Schaftes (16) der Schraube (10) durch zwei einander gegenüberliegende Rollwerkzeuge (60; 78, 80) gebildet werden, die am Schaft (16) angreifen, daß jedes der Rollwerkzeuge einen entsprechenden geraden Abschnitt (60a) und einen entsprechenden geneigten Abschnitt (60b) enthält, wobei die geraden und die geneigten Abschnitte der Rollwerkzeuge einander gegenüberliegend angeordnet sind, und daß der Rohling (82) eine solche Länge besitzt, daß ein Ende des gewindelosen, sich nicht-verjüngenden, zylindrischen Rohlings (82) sich in die einander gegenüberliegenden, geneigten Abschnitte (60b) der Rollwerkzeuge (60; 78, 80) erstreckt.






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