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Die Erfindung betrifft ein selbstschneidendes Gewinde-Befestigungsglied mit einem zylindrischen
Schaftteil, an dessen einem Ende ein Kopf und an dessen anderem Ende ein konisch zulaufender
Arbeitseinführungsteil vorgesehen ist, wobei der Schaftteil und der Arbeitseinführungsteil mit einem vom
Schaftteil ausgehenden Schraubengewinde versehen ist, und mehrere gewindebildende Überhöhungen am
Arbeitseinführungsteil vorgesehen sind.
Es steht eine Vielzahl von selbstschneidenden Gewinde-Befestigungsgliedern zur Verfügung. Die meisten dieser Befestigungsglieder fallen in eine Gruppe von zwei Hauptgruppen bezüglich der gewindebildenden Wirkung : Schneidende Befestigungsglieder oder stauchende Befestigungsglieder. Obwohl beide Arten von Befestigungsgliedern wirksam hinsichtlich der Bildung eines Innengewindes in einem
Aufnahmeteil anwendbar sind, sind derzeit die stauchenden Befestigungsglieder die üblicheren. Ein für die Stauchungstypen charakteristisches Befestigungsglied ist in der US-PS Nr. 3, 426, 642 angegeben.
Das bei dieser Art von Stauchungssehraube vorgesehene gewindebildende Mittel ist ein Überhöhungsgebilde (das in Fig. l, 2 und 3 der genannten USA-Patentschrift mit 21 bezeichnet ist), welches einer nahezu durchgehenden Gewindewindung überlagert ist, u. zw. von der Spitze bis zum Schaft.
Obwohl das oben beschriebene Befestigungsglied wirksam ist hinsichtlich seiner Eigenschaft als ein schwaches Drehmoment ausübender Gewindebildner, leidet das betreffende Befestigungsglied jedoch an den bisher bekannten Verfahren zu seiner Massenherstellung anhaftenden Eigenschaften. Derzeit werden diese
Befestigungsglieder zwischen zwei Gewinderollbacken gerollt, deren jede mit einer Vielzahl von parallelen, zur Bildung des Gewindefusses dienenden Erhebungen, Gewindespitzen bildenden Nuten und Ausbeulungen bildenden Taschen versehen ist. Dabei erfolgt das Rollen zwischen diesen Backen unter Ausübung eines starken Drucks, woraufhin das Material des Schraubenschaftes eine Bewegung (Stauchung) unter Bildung des Gewindeganges erfährt.
Bei der Bildung von selbstschneidenden Schrauben mit einem Überhöhungen bildenden Gewinde sind die die Gewindespitzen bildenden Nuten der Backen mit einer Reihe von Taschen versehen, die durch Ausbuchtungen oder Löcher gebildet werden. Diese Taschen passen sich an das sich verschiebende bzw. bewegende plastische Metall an und bilden einen zusammengesetzten Teil, der im wesentlichen dem Gewinde überlagert ist. Da die die Überhöhung bildenden Teile der Backen bzw. Form tatsächlich durch Löcher in den die Gewindespitze bildenden Nuten gebildet werden, erstreckt sich die Einhüllende der Überhöhungen natürlich über die Einhüllende des Gewindeganges im Bereich nahe der Verbindung des Schaftes und den spitz zulaufenden Teilen des Befestigungsgliedes, d. h. in den Bereichen, in denen der Durchmesser des spitz zulaufenden Teiles sich an den Schaftdurchmesser annähert (s.
Fig. 3 der oben erwähnten USA-Patentschrift), hinaus. Wird das Befestigungsglied mit einem Gewindegang hergestellt, der einen nahezu gleichmässigen Querschnitt (eine allgemeine Form) besitzt, so bewirken die gewindebildenden Überhöhungen nahe der betreffenden Verbindung eine stärkere Stauchung des Gewindes indem das Befestigungsglied aufnehmenden Teil als das eigentliche Gewinde auf dem Schaftteil des Befestigungsgliedes. Wenn das Befestigungsglied in den Aufnahmeteil eingeführt wird, existiert somit kein wirksames Drehmoment zwischen dem gestauchten Innengewinde des Aufnahmeteiles und dem Schaftgewinde des Befestigungsgliedes. Vielmehr ist zwischen dem Befestigungsglied und dem Aufnahmeteil eine Art einer losen Passung vorhanden.
Es dürfte leicht einzusehen sein, dass eine derartige Eigenschaft in gewissen Fällen als Mangel angesehen werden kann, der die universelle Anwendung des Befestigungsgliedes einschränkt.
Dieser Mangel ist erkannt worden ; es ist ein Versuch unternommen worden, den beschriebenen Mangel zu überwinden. In Fig. 24 bis 26 der oben erwähnten USA-Patentschrift ist ein Versuch veranschaulicht, um eine selbstschneidende Schraube bereitzustellen, die auch ein gesteuertes wirksames bzw. vorherrschendes Drehmoment (Null-Zwischenraum oder ein positiver Eingriff zwischen dem Befestigungsglied und dem gebildeten Innengewinde) mit sich bringt. Wie dargestellt, enthält das bekannte Befestigungsglied einen Gewinde-Arbeitseintrittsteil mit einem spitz zulaufenden Gewindegebilde, welches einen kleiner werdenden Gewinde-Aussendurchmesser und Teilkreisdurchmesser, jedoch einen konstanten Kerndurchmesser besitzt.
Obwohl das dargestellte Befestigungsglied ein wirksames Drehmoment mit sich bringen könnte, da die Höhe und Dicke der gewindebildenden Überhöhungen zu dem Arbeitseintrittsende hin kleiner wird, u. zw. von einem Wert, der kleiner ist als der des Gewindegebildes auf dem Schaftteil, verschlechtern sich jedoch die Gesamtleistung und das günstige Verhalten des betreffenden Befestigungsgliedes als selbstschneidende Schraube.
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Die Wirksamkeit einer selbstschneidenden Schraube ergibt sich zu einem grossen Mass durch die Gewindeausbildung in dem Arbeitseintrittsteil. Die Gewindeausbildung auf der betreffenden Schraube muss nicht nur ein Innengewinde für den sich nähernden Schaftteil stauchen, sondern das betreffende Gewinde muss ausserdem das Befestigungsglied in den Aufnahmeteil hineinführen. Solange das Gewinde nicht "Anschnitte" bildet, die tief genug in das Seitenmaterial des Aufnahmeteiles sich "einschneiden", erfolgt durch das Befestigungsglied keine Weiterbewegung und Stauchung des gewünschten Gewindes. Vielmehr wird sich das betreffende Befestigungsglied von dem Aufnahmeteil "herauslösen", wodurch der Aufnahmeteil ohne Gewinde oder mit einem erweiterten Loch zurückbleibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Schwierigkeiten zu beseitigen.
Dies wird ausgehend von einem selbstschneidenden Gewinde-Befestigungsglied der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelost, dass die Überhöhungen den jeweiligen Gewindequerschnitt um den gleichen Betrag überragen und in mehreren gleichmässig um den Umfang des Arbeitseinführungsteiles verteilten Reihen angeordnet sind, und dass sich zumindest eine der Reihen bis zu der Verbindungsstelle zwischen Schaftteil und Arbeitseinführungsteil erstreckt.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht vor, dass die Überhöhungen im Bereich der Verbindungsstelle den verlängert gedachten Hüllzylinder des Schaftgewindes radial überragen.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Überhöhungen im Bereich der Verbindungsstelle von dem verlängert gedachten Hüllzylinder des Schaftgewindes radial begrenzt werden.
Nachstehend wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
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1Fig. 2a eine Stirnansicht des in Fig. 2 dargestellten Befestigungsgliedes, Fig. 3 eine Teilschnittansicht einer andern Ausführungsform des Befestigungsgliedes ähnlich Fig. 2 und Fig. 3a eine Stirnansicht der Fig. 3.
Im folgenden sei insbesondere Fig. 1 näher betrachtet. In dieser Figur ist mit --10-- eine selbstschneidende Schraube dargestellt, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt. Die Schraube - weist einen zylindrischen Schaftteil --12-- mit einem Kopf --14-- an einem Ende und einem konisch zulaufenden Arbeitseinführungsteil --16--, der in einer Spitze --18-- des Schaftteiles ausläuft, am andern Ende auf. Die Spitze --18-- kann in einer scharfen Spitze auslaufen oder, wie dargestellt, abgestumpft sein. Der Kopf --14-- ist zweckmässigerweise z. B. mit einem Querschlitz --20-- versehen, um für ein (nicht dargestelltes) Werkzeug, wie einen herkömmlichen Schraubenzieher, eine antriebsmässige Anlage zu erzielen. Der Kopf --14-- ist nicht notwendigerweise erweitert.
Die Schraube --10-- weist einen Gewindegang --22-- auf, der an der Spitze --18-- beginnt und der sich als spiralförmige Gewinde --24-auf dem konischen Arbeitseinführungsteil --16-- und zumindest über einen Teil des Schaftes --12-- als zylindrisches Schraubengewinde --26-- fortsetzt. Bei Betrachtung in Schnittansicht (Fig. 2a) besitzt das Schaftgewinde --26-- eine zylindrische Form über den gesamten Bereich des Schaftes --12--. Die Gewindeanordnungen enthalten dabei jeweils einen Gewindekern --r--, Flanken --f-- und eine Spitze --c--, die in Verbindung mit dem Gewinde-Bezugszeichen bezeichnet sind, z. B. mit --22r, 24f, 26c--.
Der auf dem Arbeitseinführungsteil-16-befindliche Gewindegang-24- (Fig. l) enthält gewindebildende Überhöhungen --30--, die sich von der Stelle --24r-- aus längs der Flanken --24f-- zu der Spitze --24c-- hin erstrecken und die als dem Gewinde --24-- überlagerte Ausbuchtungen erscheinen. Die Überhöhungen --30-- sind vorzugsweise in Umfangsrichtung längs des Gewindeganges in Abstand voneinander vorgesehen und in axialen Reihen von der Spitze --18-- bis zu dem Arbeitseinführungsteil - angeordnet, jedoch nicht auf dem Schaftteil --12--. Die Überhöhungen --30-- besitzen Vorderseiten und Rückseiten --30a bzw. 30t-- (Fig. 2), welche von den Flanken --24f-- aus allmählich gekrümmt verlaufen und so abgerundete Überhöhungen bilden.
Es dürfte jedoch einzusehen sein, dass die gewindebildenden Überhöhungen eine Form aus einer grossen Vielzahl von Formen neben den gezeigten Formen besitzen können. Dabei existieren jedoch drei prinzipielle Forderungen bezüglich der Form. Die erste Forderung besteht darin, dass das Überhöhungsprofil das Gewindeprofil, auf welchem es vorgesehen ist, überragt, um die Schraube in dem betreffenden Bereich derart zu tragen, dass eine Verminderung der Reibung zwischen der Schraube und dem Aufnahmeteil bewirkt wird, wenn das Innengewinde gestaucht wird. Die zweite Forderung besteht darin, dass die Überhöhungsform allmählich über die Flanken --24f-- und die Spitze --24c-- ansteigt, so dass ein Einschneiden des Materials des Aufnahmeteiles nicht bewirkt wird.
Die dritte Forderung besteht darin, dass aufeinanderfolgende Überhöhungen auf dem Arbeitseinführungsteil zunehmend weiter nach aussen von
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der Schraubenachse abstehen, wobei die letzte in Richtung des Schaftes vorgesehene Überhöhung auf dem Arbeitseinführungsteil liegt.
Die Herstellung eines selbstschneidenden Gewinde-Befestigungsgliedes erfolgt durch Rollen des Schaftgewindes, des Arbeitseinführungsgewindes und der Überhöhungen auf einem herkömmlichen zylindrischen Schraubenrohling. Die Überhöhungen --30a und 30'--können daher anfangs gleichzeitig mit den Rollen des Gewindes --24-- gebildet werden. Eine anfängliche Überhöhung --30 und 30'-wird (Fig. 2, 2a) auf den oberen Abschnitten des Arbeitseinführungsteiles --16-- gebildet, wobei diese Überhöhung radial über den verlängert gedachten Hüllzylinder --27-- des Schaftgewindes --26-- übersteht. Dadurch wird dem selbstschneidenden Gewinde-Befestigungsglied der gewünschte Null-Zwischenraum oder das gesteuerte Laufdrehmoment in Verbindung mit dem Innengewinde-Aufnahmeteil genommen.
Bestimmte Überhöhungen der Überhöhungen --30'--, die über den Hüllzylinder --27-- des Schaftgewindes hinausragen, werden nahezu gleichzeitig mit dem spiralförmigen Gewinde --24-- gebildet.
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--301-- umfassenden Überhöhungen --30a-- sindFerner sei darauf hingewiesen, dass dieses Nachwalzen bzw. Nachrollen gleichzeitig an den Spitzen --30c-- und den Seiten-30s-der Überhöhung-30'-auftritt, so dass die gesamte Querschnitts-Einhüllende der Überhöhung --30-- innerhalb der passenden Abmessungen der Gewindeform --22-- des Schaftes liegt. Da- durch ist bei der Ausführungsform eine Schraube --10-- mit einem gesteuerten Laufdrehmoment geschaffen, wenn das Befestigungsglied oder die Schraube --10-- in den Aufnahmeteil eingeführt ist, u. zw. nach erfolgter Stauchung des Innengewindes.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 1 und 3, bei der sämtliche Reihen (--A, B und C--) der Überhöhungen --30-- nachgewalzt bzw. nachgerollt (Fig. 3) sind, tritt bei den End-Überhöhungen eine sehr genaue Gewindebildung auf. Dies geht zum Teil auf die gesteuerte Messung zurück, die während des
Nachwalzens bei der Bildung dieser End-Überhöhungen ausgeübt wird, und zum Teil auf die geringeren
Press- bzw. Stauchbelastungen, die mit diesen Überhöhungen während des Nachwalzens verbunden sind, da nämlich ihre Funktion nurmehr in der Eigenschaft einer End-Gewindekernberichtigung des zuvor während des anfänglichen Rollens der früheren Überhöhungen gestauchten Gewindes liegt.
Die
Gesamtwirkung bestimmter Überhöhungen der nachgewalzten Überhöhungen während des Gewinde-Stauch- vorganges besteht darin, einen Ausgleich der auf die gewindebildenden Erhöhungen wirkenden
Drehmomentbelastung zu bewirken. Bei auf die Überhöhungen ausgeglichenen Belastungen sind nachteilige
Beanspruchungen in der Schraube vermieden, wenn diese eine Stauchung des Innengewindes vornimmt.
Dies führt seinerseits zu einer erheblichen Vergrösserung des Anzugs-Überdreh-Verhältnisses. Nach herkömmlichen Verfahren hergestellte Befestigungsglieder zeigen in diesem Zusammenhang ein Verhältnis von etwa 3 zu 1, während die Befestigungsglieder gemäss der Erfindung ein Verhältnis bis 10 zu 1 aufweisen.
Ein weiterer bedeutender Vorteil hinsichtlich der Gewinde-Betriebseigenschaften wird durch eine Schraube erzielt. Es ist bekannt, dass eine Vielzahl von Materialien, in die diese selbstschneidenden Schrauben eingeführt werden, gewissermassen "Speichervermögen" besitzen. Dies bedeutet, dass das Material eine gewisse Elastizität besitzt und dass das Innengewinde auf die Stauchung bzw. Verformung durch das Befestigungsglied auf die genaue Form des Schaftgewindes hin eine schwache Neigung zeigt, in seine ursprüngliche oder "ausgefüllte" Form zurückzukehren. Damit existiert ein gewisser Eingriff zwischen dem gestauchten Innengewinde und dem Schaftgewinde-26--, wenn die Schraube in ein Gewindeloch eingeführt ist. Dieses Eingreifen stellt einen "Null-Zwischenraum" sicher, und ferner wird tatsächlich eine Sperrfunktion bzw.
Hemmfunktion erreicht. Der Grad der Hemmung oder das Ausmass des Eingreifens kann unmittelbar durch das Ausmass des Abrollens gesteuert werden. Je stärker die Spitze --30c- und die Seite --30s-- abgerollt bzw. abgewalzt werden, umso kleiner wird das Innengewinde sein
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und umso stärker wird das Eingriffsdrehmoment oder das vorherrschende bzw. wirksame Drehmoment auf die Schraube sein.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist eine selbstschneidende Schraube mit gewindebüdenden Überhöhungen --30--, die alle von gleicher Grösse im Spitzenbereich --18-- des Arbeitseinführungsteiles --16-- sind. In dem der Schaftverbindungsstelle --25-- sich nähernden Bereich besitzt jedoch eine Überhöhungsreihe (das ist die Überhöhungsreihe-C-in den Zeichnungen) eine"Übergrosse". Dies bedeutet, dass Vorsprünge radial über das Gewinde --26-- des Schaftes --12--. überstehen. Damit können die Überhöhungen --30-- der Reihen --A und B-- das Innengewinde des Aufnahmeteiles genau auf das zylindrische Schraubengewinde --26-- pressen bzw.
stauchen, während die übergrossen Überhöhungen --30'-- der Reihe --C-- zur Stauchung eines grösseren Innengewindes führen. Diese Schraube zeigt viele der Forderungen bezüglich der Lieferung eines verminderten Gewindedrehmoments gemäss der ersten Ausführungsform, und ferner erfolgt eine solche Stauchung eines Innengewindes in dem Aufnahmeteil, dass im wesentlichen ein Null-Laufdrehmoment oder ein sehr schwaches, wirksames Drehmoment zwischen dem Auf- nahmeteil und dem Schaftgewinde --24-- erzielt ist. Ausserdem werden sehr genaue Toleranzen und eine gleichmässige Herstellung von Schraube zu Schraube erreicht.
Durch die Erfindung können selbstschneidende Schrauben mit einer Vielzahl von gesteuerten Laufdrehmomenten in Massen und mit einer Gleichmässigkeit erzeugt werden, die bisher in der Industrie nicht bekannt ist. Obwohl im vorliegenden Fall bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, ist ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken noch eine Vielzahl von Abänderungen und Modifikationen möglich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Selbstschneidendes Gewinde-Befestigungsglied mit einem zylindrischen Schaftteil, an dessen einem Ende ein Kopf und an dessen anderem Ende ein konisch zulaufender Arbeitseinführungsteil vorgesehen ist, wobei der Schaftteil und der Arbeitseinführungsteil mit einem vom Schaftteil ausgehenden Schraubengewinde versehen ist, und mehrere gewindebildende Überhöhungen am Arbeitseinführungsteil vorgesehen
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Gewindequerschnitt um den gleichen Betrag überragen und in mehreren gleichmässig um den Umfang des Arbeitseinführungsteiles (16) verteilten Reihen (30A, 30B, 30C ; 30'A, 30'B, 30'C) angeordnet sind, und dass sich zumindest eine der Reihen bis zu der Verbindungsstelle (25) zwischen Schaftteil und Arbeitseinführungsteil (16) erstreckt.