CH665152A5

CH665152A5 - Verfahren zum herstellen eines konischen aussengewindes.

Info

Publication number: CH665152A5
Application number: CH103/85A
Authority: CH
Inventors: Urs Kellner
Original assignee: Urs Kellner
Priority date: 1985-01-10
Filing date: 1985-01-10
Publication date: 1988-04-29
Also published as: AU579218B2; ATE42920T1; JPS61206538A; ZA86102B; DE3570055D1; JPH0724912B2; US4689984A; AU5215886A; EP0187623B1; EP0187623A1

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines konischen Aussengewindes, insbesondere an einem Armierungsstahl, sowie eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.

Konische Gewinde ermöglichen es, mit einer oder nur wenigen Umdrehungen eine Vielzahl Gewindegänge in Eingriff zu bringen. Sie eignen sich darum insbesondere als Befestigungsgewinde, wenn der Gewindebolzen und/oder die -mutter beim Anziehen nur mit grossem Aufwand gedreht werden können oder nur wenig in axialer Richtung verschoben werden sollen. Eine bekannte Verwendung konischer Gewinde ist die mechanische Verbindung der stumpf anein-anderstossenden Enden von Armierungsstählen für Beton. Dabei werden die mit konischen Aussengewinden versehenen Enden der Armierungsstähle mit Hilfe eines Mutterstücks, das zwei konische Innengewinde aufweist, zusammengeschraubt. Solche Mutterstücke sind beispielsweise in den US-Patentschriften 3 415 552 und 3 850 535 beschrieben und werden von der Firma FOX-HOWLETT INDUSTRIES in Berkeley, Kalifornien vertrieben. Die konischen Gewinde an den Enden der Armierungsstähle werden gewöhnlich mit einer Vorrichtung geschnitten, die zwei einander gegenüberliegende und in radialer Richtung verschiebbare Strehler aufweist. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in der EP-Offenlegungsschrift 0 097 745 (ERICO Products Inc.) beschrieben und gezeigt.

Es ist bekannt, dass beim Schneiden eines Gewindes der Faserverlauf im Werkstück unterbrochen und damit dessen Festigkeit verringert wird. Weiter wird beim Schneiden eines Gewindes durch die Kerbwirkung im Bereich des Gewinderillenkerns der tragfähige Querschnitt des Gewindes verkleinert. Das Schneiden eines Gewindes und insbesondere eines konischen Gewindes kann nur von einem Fachmann ausgeführt werden und ist zudem relativ zeitaufwendig.

Um die beschriebenen Nachteile geschnittener Gewinde zu beheben, sind Verfahren und Vorrichtungen entwickelt worden, die es möglichen, Aussengewinde spanlos zu walzen. Dazu werden mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordnete Rollen mit einem den Kennwerten des herzustellenden Gewindes entsprechenden Profil an die vorbereitete zylindrische Fläche eines Werkstücks angedrückt und die Rollen gleichzeitig um das unbewegte Werkstück oder das Werkstück zwischen den Rollen gedreht. Das spanlose Einwalzen von Gewinden ermöglicht es, nicht nur die aufgezeigten Nachteile von geschnittenen Gewinden zu vermeiden, sondern bewirkt darüber hinaus eine Oberflächenbefestigung von 40 bis 60%, was die Herstellung höher belastbarer, verschleissfesterer und korrosionsbeständigerer Gewinde ermöglicht (W. Erdmann, «TZ für praktische Metallbearbeitung», 1976, Seiten 217 bis 219, und D. Schmoeckel, «Werkstatt und Betrieb», 1982, Seiten 675 bis 679). Um mit einem vertretbaren Aufwand an Kraft den zum Walzen eines Gewindes erforderlichen Druck zu erzeugen, werden relativ schmale Rollen verwendet, die zum Walzen längerer Gewinde in Übereinstimmung mit der Gewindesteigung in axialer Richtung verschoben werden.

Das Walzen von längeren konischen Gewinden ist wegen der dafür erforderlichen, konstruktiv sehr aufwendigen Vorrichtung bisher nicht in Betracht gezogen worden.

Der vorliegenden Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines konischen Aussengewindes anzugeben, das die Vorteile der spanlosen Anformverfahren aufweist, und den zum Walzen eines konischen Gewindes erforderlichen konstruktiven Aufwand vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einem Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass an das Werkstück ein den äusseren Abmessungen des Gewindes entsprechender Konus angeformt und danach in diesen Konus das Gewinde eingepresst wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, konische Aussengewinde herzustellen, bei denen infolge der spanlosen Bearbeitung der Faserverlauf im Werkstück nicht unterbrochen ist, sondern die durch die Verformung des Materials bewirkte teilweise Faserverdichtung eine vorteilhafte Oberflächenverfestigung bewirkt. Die nach diesem Verfahren hergestellten konischen Aussengewinde zeichnen sich darum durch eine höhere Belastbarkeit und geringere Korrosionsanfälligkeit sowie durch eine erhöhte Dauerfestigkeit aus. Das erfindungsgemässe Verfahren ist darum sehr gut geeignet, um konische Aussengewinde in Armierungsstähle zu pressen und insbesondere in solche Armierungsstähle, die für ermüdungsbeanspruchte Bauwerke, wie beispielsweise Brücken, vorgesehen sind.

Eine bevorzugt Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsge-mässen Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Führungshülse mit einem konischen Innenraum und mehreren, in diesem Innenraum angeordneten und in dessen axialer Richtung verschiebbaren Pressbacken, die der Längsachse des Innenraums zugewandte Innenflächen aufweisen, deren Profil Segmenten eines Mutterstücks für das zu pressende konische Gewinde entsprechen, sowie durch einen vom Verschieben der Pressbacken in Richtung des kleineren Durchmessers der konischen Ausnehmung vorgesehenen Druckstempel.

Die Vorrichtung ermöglicht es auch, relativ lange konische Aussengewinde in guter Qualität herzustellen. Der dafür erforderliche hohe Druck in radialer Richtung auf das Werkstück kann mittels eines wesentlich geringeren Drucks, der in axialer Richtung auf den Druckstempel wirkt, erzeugt werden. Die Vorrichtung enthält keine Rollen, die um ihre Achse drehbar und in der Längs- und in der Querrichtung des Werkstücks verschiebbar gelagert sind. Der einfache Aufbau und der relativ niedrige Anschlussdruck ermöglichen es, die Vorrichtung auch auf einer Hoch- oder Tiefbaustelle zu verwenden

Nachfolgend werden das erfindungsgemässe Verfahren und eine zur Ausführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung mit Hilfe der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Einpressen eines konischen Aussengewindes in ein konisch vorgeformtes Werkstück, und

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Fig. 2 den Querschnitt längs der Linie A-A durch die Vorrichtung gemäss der Fig. 1.

Die einzelnen Teile der Vorrichtung sind in den Figuren der deutlicheren Darstellung wegen nicht massstäblich gezeichnet.

Die in den Figuren 1 und 2 im Längs- bzw. Querschnitt gezeigte Vorrichtung enthält eine hydraulische Presse 10, die mit einem Gewindepresskopf 11 zusammenwirkt. Die hydraulische Presse besteht aus einem Hydraulikzylinder 12, in dem ein Kolben 13 in axialer Richtung verschiebbar eingepasst ist. Der Zylinderboden 14 weist eine Bohrung 16 auf, die für den Anschluss einer Hydraulikleitung vorgesehen ist, welche den Innenraum 17 des Zylinders mit einer Hydraulikpumpe verbindet. Die Hydraulikpumpe und -leitung sind jedem Fachmann bekannt, weshalb diese weder gezeigt nocht beschrieben werden. An der der Arbeitsfläche des Kolbens 13 abgewandten Fläche ist eine Kolbenstange 18 angeformt, deren freies Ende durch die zentrale Öffnung eines ringförmigen Zylinderdeckels 19 aus dem Zylinder herausragt. Am freien Ende der Kolbenstange ist ein Druckstempel 21 befestigt, dessen Durchmesser grösser als der Durchmesser der Kolbenstange ist. Um den im Zylinder liegenden Teil der Kolbenstange ist eine Druckfeder 22 gelegt, deren Enden an der rückwärtigen Fläche des Kolbens bzw. an der Innenfläche des Zylinderdeckels anliegen.

Der Gewindepresskopf 11 enthält eine Führungshülse 26, die im Bereich des Zylinderdeckels 19 an die hydraulische Presse 10 angeschraubt ist. Die Führungshülse weist einen konischen Innenraum 27 auf, dessen grösserer Durchmesser oder Grundkreis dem Druckstempel 21 benachbart ist und dessen kleinster Durchmesser oder Deckkreis eine Öffnung 28 in der dem Hydraulikzylinder abgewandten Deckfläche des Gewindepresskopfs bildet. In die Wand des konischen Innenraums 27 sind vier um 90° versetzte und im Querschnitt T-förmige Nuten 30, 31, 32, 33 eingearbeitet. Die Nuten verlaufen parallel zu den Mantellinien des konischen Innenraums und sind darum gegenüber der Längsachse 45 des Gewindepresskopfs um einen Winkel a geneigt.

In den konischen Innenraum sind vier in der Seitenansicht trapezförmige Gewindepressbacken 35, 36, 37, 38 angeordnet. Die Pressbacken weisen einen T-förmigen Querschnitt auf mit einem zweiarmigen Führungsbalken und einem davon abragenden Pressstempel. Jeder Pressbacken ist mit seinem Führungsbalken in einer zugeordneten Nut in der Führungshülse in der Längsrichtung des Presskopfs verschiebbar gelagert und mittels einer Schraube 40, 41 mit dem Druckstempel 21 verbunden. Die Schrauben sind im Druckstempel in radialen Schlitzen 42,43 geführt, um die jeder Verschiebung der Pressbacken in axialer Richtung überlagerte Verschiebung in radialer Richtung nicht zu blockieren. Die der Mitte des konischen Innenraums 27 zugewandten Innenflächen der Pressbacken sind gegenüber der Längsachse 45 um einen Winkel ß geneigt. Die Neigungsrichtung dieses Winkels ß ist der Neigungsrichtung des Winkels a entgegengesetzt und der Winkel ß ist kleiner als der Winkel a. Die Innenflächen der Pressbacken sind im Querschnitt kreisbogenförmig und weisen ein Oberflächenprofil auf, das einem entsprechenden Teil eines Mutterstücks für das zu pressende konische Aussengewinde entspricht.

Bei der Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird das Ende eines Werkstücks, das mit einem konischen Aussengewinde versehen werden soll, zuerst konisch angeformt. Dabei versteht sich, dass diese konische Anformung möglichst den gleichen Winkel ß wie das herzustellende konische Aussengewinde aufweisen sollte. Die konische Anformung kann durch spanabhebende Bearbeitung, beispielsweise durch Drehen oder Schleifen, oder auch durch eine spanlose Bearbeitung wie Pressen oder Hämmern gebildet werden. Zu beachten ist jedoch, dass durch diese Bearbeitung die Materialeigenschaften und insbesondere die Zug- und Biegefestigkeit nicht wesentlich verändert werden, und dass in der Oberfläche keine Haarrisse entstehen, die sich bei der späteren Belastung des Gewindes zu einer Bruchstelle vergrössern können.

Vor jeder Verwendung der beschriebenen Vorrichtung wird die hydraulische Presse 10 druckentlastet, so dass die Feder 22 den

Kolben 13 so weit in seine Ruhestellung zurückschiebt, bis der Druckstempel 21 am Zylinderdeckel 19 anliegt und die Pressbacken 35, 36, 37, 38 so weit wie möglich in den konischen Innenraum 27 hineingezogen und wegen der geneigten Führungsnuten 30, 31, 32, 33 den grösstmöglichen Abstand zwischen ihren Innenflächen aufweisen. Dann wird das konisch angeformte Ende eines Werkstücks und beispielsweise eines Armierungsstahls 46 durch die Öffnung 28 der Führungshülse 26 so weit in Richtung des Druckstempels 21 geführt, bis die konische Anformung auf ihrer ganzen Länge an den Innenflächen der Pressbacken anliegt. Danach wird Druckfluid in den Innenraum 17 des Zylinders 12 eingeleitet, das den Kolben 13 in Richtung des Zylinderdeckels 19 verschiebt. Mit dem Kolben und der dazugehörigen Kolbenstange 18 wird auch der Druckstempel 21 und von diesem werden die Pressbacken 35, 36, 37, 38 in Richtung der Öffnung 28 der Führungshülse 26 verschoben. Weil die Führungsnuten 30, 31, 32, 33 für die Pressbacken gegenüber der Achse 45 des Presskopfs geneigt sind, werden die Pressbacken während dieser axialen Verschiebung zugleich in radialer Richtung gegeneinander geschoben. Dabei bewirkt die von den Führungsnuten gebildete schiefe Ebene, dass die an den Druckbacken in radialer Richtung wirksame Kraft um ein Mehrfaches grösser ist als die in axialer Richtung einwirkende Kraft des Druckstempels 21. Bei dieser Verschiebung in radialer Richtung werden die Innenflächen der Druckstempel in das konisch angeformte Ende des Armierungsstahls hineingepresst, bis alle Teilflächen der reliefartig ausgebildeten Innenfläche dieser Backen am Armierungsstahl anliegen bzw. die seitlichen Kanten der Innenflächen benachbarter Pressbacken anein-anderliegen.

Sobald das.weitere Zusammenpressen der Pressbacken in radialer Richtung nicht mehr möglich ist (und damit auch die Verschiebung in axialer Richtung zum Stillstand kommt), wird der Druck des Hydraulikfluids im Innenraum 17 des Zylinders 12 so weit gesenkt, dass die Feder 22 den Kolben 13 und mit ihm den Druckstempel 21 etwas zurückschieben kann. Bei dieser Rückverschiebung werden auch die mit dem Druckstempel verbundenen Pressbacken zurückgezogen, wobei das Zurückziehen der Backen in axialer Richtung zugleich das Auseinanderziehen der Backen in radialer Richtung bewirkt. Dann wird das konische Ende des Armierungsstahls mit dem eingepressten Gewinde zwischen den gelösten Pressbacken gedreht, um einen beim Einpressen der Backen in den Stahl möglicherweise aufgeworfenen Grat an den seitlichen Rändern der Innenflächen der Pressbacken abzuschneiden. Schliesslich wird das Hydraulikfluid aus dem Innenraum des Zylinders entlassen, so dass die Feder den Kolben mit dem Druckstempel und den damit verbundenen Pressbacken in die Ruhestellung zurückdrücken kann. Der Armierungsstahl kann dann mit dem fertig eingepressten konischen Aussengewinde aus der Vorrichtung herausgezogen werden.

Bei einer praktisch erprobten Ausführungsform der beschriebenen Vorrichtung hatte der Kolben 13 einen Durchmesser von 140 mm und einen Hub von 25 mm. Die Vorrichtung war an eine Hydraulikpumpe angeschlossen, die einen Druck von etwa 700 bar erzeugt, was einer flächenbezogenen Kraft am Kolben von 900 kN entspricht. Der Winkel a der Mantellinien des konischen Innenraums 27 war 10°. Wenn für die Umlenkung der von der hydraulischen Presse erzeugten Kraft aus der axialen in die radiale Richtung die Nuten im Innenkonus einfacherweise als schiefe Ebenen mit einer Neigung von 5:1 angesehen werden, dann beträgt die in radialer Richtung wirkende Kraft der Pressbacken etwa 5000 kN.

Bei der erprobten Ausführungsform waren im Gewindepresskopf vier Pressbacken angeordnet. Die Innenflächen dieser in axialer Richtung 105 mm langen Pressbacken waren um einen Winkel ß = 7° gegen die Achse 45 des Presskopfs geneigt und ihr Profil entsprach den Gängen eines ausgerundeten Spitzgewindes mit einer Steigung von 2 mm und einer Tiefe von 1,5 min.

Die Vorrichtung wurde verwendet, um in einen Armierungsstahl von 40 mm Durchmesser aus Stahl IIIA mit einer Streckgrenze von 5000 kg/cm2 innert 5 Sek. ein konisches Gewinde einzupressen. Das Gewinde zeigte nur einen geringen Grat, der nicht geputzt werden

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musste und das Aufschrauben eines Mutterstücks nicht behindert. Im geschliffenen Längsschnitt durch den Stahl konnten im Bereich des Gewindes keine Haarrisse aufgefunden werden. Die beschriebene Ausführungsform der Vorrichtung ist relativ leicht. Das Gewicht von Presse und Presskopf beträgt etwa 35 kg, was den Transport 5 und das Installieren der Vorrichtung zum bzw. am Arbeitsort ganz wesentlich erleichtert.

Es versteht sich, dass die beschriebene Vorrichtung auf vielerlei Arten abgewandelt und an spezielle Anforderungen angepasst werden kann. Beispielsweise ist es vorteilhaft, zum Pressen von koni- 10 sehen Gewinden mit unterschiedlichen Durchmessern austauschbare Gewindepressköpfe zu verwenden, bei denen die Abmessungen der

Pressbacken an die Abmessungen des zu pressenden Gewindes bzw. an den Durchmesser eines Armierungsstahls angepasst sind. Weiter kann es vorteilhaft sein, andere als die beschriebenen Winkel sowohl für die Führungsnuten in der Hülse als auch für die Innenflächen der Pressbacken zu verwenden. Es ist auch möglich, z.B. in Abhängigkeit vom Durchmesser des zu pressenden Gewindes mehr oder weniger als die beschriebenen vier Pressbacken zu verwenden.

Es versteht sich auch, dass die beschriebene Vorrichtung nicht nur wie beispielsweise angegeben zum Einpressen konischer Gewinde in Armierungsstähle, sondern zum Einpressen solcher Gewinde in irgendwelche, in geeigneter Weise vorbereitete Werkstücke verwendet werden kann.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

665 152 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Herstellen eines konischen Aussengewindes, insbesondere an einem Armierungsstahl, dadurch gekennzeichnet, dass an das Werkstück ein den äusseren Abmessungen des Gewindes entsprechender Konus angeformt und danach in diesen Konus das Gewinde eingepresst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Konus spanabhebend angedreht oder ansgeschliffen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Konus spanlos angepresst oder angehämmert wird.

4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Führungshülse (26) mit einem konischen Innenraum (27) und mehreren, in diesem Innenraum angeordneten und in dessen axialer Richtung verschiebbaren Pressbak-, ken (35, 36, 37, 38), die der Längsachse (25) des Innenraums zugewandte Innenflächen aufweisen, deren Profil einzelnen Segmenten eines Mutterstücks für das zu pressende konische Gewinde entsprechen, sowie durch einen zum Verschieben der Pressbacken in Richtung des kleineren Durchmessers der konischen Ausnehmungen vorgesehenen Druckstempel (21).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressbacken (35, 36, 37, 38) in radialer Richtung verschiebbar an dem Druckstempel (21) gehaltert sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressbacken im Querschnitt T-förmig ausgebildet sind und die Führungshülse (26) in der Längsrichtung verlaufende Nuten (30, 31, 32, 33) aufweist, die gegenüber der Achse (45) der Führungshülse im einen Winkel (a) geneigt sind, in welchen Nuten die Pressbacken verschiebbar geführt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung des Neigungswinkels (a) der Führungsnuten (30, 31, 32, 33) für die Pressbacken (35, 36, 37, 38) der Richtung des Neigungswinkels (ß) der Innenflächen der Pressbacken entgegengesetzt ist.