CN108350921B - 尤其用于使用在轻金属中的成形螺纹的或自攻螺纹的螺钉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种螺钉(1)，具有设有螺纹(2)的杆部(3)，该螺纹具有至少一个不对称的螺纹线(4)，该螺纹线具有多个圈数，其中，螺纹具有外直径(Da)、内直径(Dk)和螺距(P)，其中，螺纹线(4)具有螺纹侧面(7、8)，该螺纹侧面带有侧面角(phi)，其中，螺纹侧面(7、8)具有负载侧面(7)和相对侧面(8)，它们在螺纹根部(9)中和在螺纹顶部(10)处直接或间接彼此毗连，并且其中，负载侧面(7)的侧面角(phiL)小于相对侧面(8)的侧面角(phiG)。负载侧面的侧面角(phiL)至少为25°，优选地为25°至35°，尤其为30°，并且相对侧面的侧面角(phiG)至少为40°，优选地为40°至60°，尤其为50°，其中，侧面角(phi)为至少65°至最高95°。这种螺钉尤其用于在轻金属铸件构件中的直接螺纹连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于成形螺纹的或自攻螺纹的螺钉，尤其用于在轻金属或它们的合金中以及在黄铜中或在其他非铁金属中的直接螺纹连接，具有设有螺纹的杆部，该螺纹具有至少一个不对称的螺纹线(或螺纹道，即Gewindegang)，该螺纹线具有多个圈数。如在螺纹中常见的那样，成形螺纹或自攻螺纹地构造的螺纹具有外直径、内直径和螺距。
螺纹线具有螺纹侧面，其具有侧面角(或螺纹断面角、牙型角，即Flankenwinkel)phi，其中，螺纹侧面具有负载侧面和相对侧面，它们在螺纹根部中和在螺纹顶部处直接或间接彼此毗连，并且其中，负载侧面的侧面角phiL小于相对侧面的侧面角phiG。
这种螺钉尤其用于所谓的直接螺纹连接，在其中螺钉自己形成螺纹到母体构件中，该母体构件为了容纳螺钉通常具有相应的通孔或盲孔。
背景技术
由DE 10 2010 028 344 A1已知一种用于装入到轻金属材料中的自攻螺纹的螺钉，其具有不对称的螺纹，该螺纹具有的侧面角为27°至36°，其中，螺纹可具有公制导程。
由DE 10 2010 000 702 A1已知一种螺钉，其具有塑料螺纹，在其中在各螺钉圈之间存在间距，并且在其中对称的螺纹的顶角为约40°，并且没有形成尖的螺纹边缘，而是具有削平部。原则上，在此公开的发明还可为不对称的螺纹或自切螺纹。
由DE 199 60 287 Cl已知一种用于旋入轻金属中的自攻螺钉，在其中，对于由钢制成的螺钉，在负载侧面和背侧侧面之间的32°至42°的侧面角看作是适宜的，而针对由硬的铝合金制成的螺钉则为58°至68°。各螺纹线具有指离螺钉头部的倾斜方位。负载侧面的目的详尽地进行了说明，其中，螺距关于螺纹外直径之比例小于0.25，从而得到具有彼此紧挨的螺纹线的螺纹，并且相对大的数量的螺纹线锚定在构件中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于直接螺纹连接的螺钉，其具有足够的强度并且具有在待拧紧的构件中的有利的材料流动。
根据本发明的成形螺纹的或自攻螺纹的螺钉具有杆部，其具有不对称的螺纹线，该螺纹线具有多个圈数，其中，螺纹具有外直径、内直径和螺距。螺纹线具有螺纹侧面，该螺纹侧面具有侧面角phi，其中，螺纹侧面具有负载侧面和相对侧面，它们在螺纹根部中并且在螺纹顶部处直接或间接彼此毗连，并且其中，负载侧面的侧面角phiL小于相对侧面的侧面角phiG。负载侧面的侧面角phiL至少为25°，优选地为25°至35°，尤其为30°，并且相对侧面的侧面角phiG至少为40°，优选地为40°至60°，尤其50°，其中，侧面角phi为至少65°至最高95°。
相对侧面朝顶部的方向取向，并且负载侧面朝背离顶部的方向取向，即，朝螺钉的头部取向。在这种情况下，直接毗连意指仅仅存在制造引起的过渡区域，尤其过渡半径。
已经证实的是，在上述角度的情况下，螺纹侧面在侵入母体构件中时使母体构件的材料有利地流动，并且因此产生大的侧面覆盖，从而这种螺钉特别适合于在轻金属或它们的合金中并且尤其在轻金属压铸件中的直接螺纹连接，因为实现了较高的抗拒力矩(或失效力矩，即Versagungsmoment)。
有利地，外直径(Da)关于螺距(P)之比例Ql=P/Da可为3.0至3.6，优选地为3.3至3.4，并且内直径(Dk)关于螺距(P)之比例Q2=Dk/P可为2.0至2.5，优选地为2.2至2.4。
因此，相比于公制系统提供螺纹的更大的轮廓面，由此实现更大的面积覆盖，就在拧入深度很小时，这也允许更大的预紧力。如果螺纹具有小于公称直径的l.5倍的实际上起承载作用的长度，便是这种情况。
有利地，负载侧面和相对侧面可在螺纹根部中间接地在构造有过渡区域的情况下彼此毗连，过渡区域具有的纵向伸展至少为导程P的0.01倍，并且最高为导程P的0.2倍。
有利地，在螺纹顶部处的过渡区域可呈尖棱状，并且具有最高0.15mm的顶部半径Rs。由此使得螺纹顶部成形到母体构件中变得容易。此时，尤其有利的是，在具有铸造的芯孔的母体构件中存在铸件层(或铸件砂皮，即Gusshaut)，其物理上视情况而定地具有比母体构件的基体材料更高的强度。
有利地，在螺纹根部中的过渡区域可具有倒圆部。
有利地，在螺纹根部中过渡至负载侧面和相对侧面的过渡区域可具有不同的半径RgL和RgG，它们优选地小于1mm，其中，负载侧面在螺纹根部中的半径RgL为相对侧面的半径RgG的至少l.5倍并且最高为3倍，优选地半径RgL是半径RgG的两倍。
有利地，负载侧面的轮廓和相对侧面的轮廓可以是笔直的。由此有利于力传递和螺纹成形到母体构件的材料中。
有利地，负载侧面的侧面角phiL关于相对侧面的侧面角phiG之比例可至少为0.4，并且最高为0.85，优选地为0.55至0.7，尤其为0.6。此外，有利地，侧面角phi的角平分线可与螺钉的中轴线上的垂线围成朝头部方向在2.5°至17.5°的范围中的正角。
在螺纹的不对称的设计方案的该界限内能预期螺旋连接的好的性能，因为存在负载侧面的鲁棒的支撑。
有利地，螺纹可具有圆形的几何结构。圆形的螺纹几何结构由于在整个周向上伸延的面积覆盖引起高的预紧力传递，这对于螺纹几何结构的例如三叶形(trilobularen)的设计不是这种情况。
有利地，杆部可具有带有螺纹的始端的拧入端部并且可在拧入端部处在螺纹的始端之前构造有凸尖头，其长度La至少为螺距P的0.3倍，并且其直径DAS最高为内直径的0.95倍。
在此，不携带螺纹线的凸尖头可柱状或锥状通向地构造并且在顶部处倒圆或倒角。
通过使用凸尖头可在螺钉引入固定孔中时确保螺钉在拧入时的径向引导，并且避免歪斜或倾斜的拧入。
有利地，该螺距可至少为相同公称直径的公制螺纹的导程的1.5倍，优选地至少为1.82倍并且最高为2.5倍。由此可实现顺畅地拧入直至实现头部支承。
有利地，该内直径可为相同公称直径的公制螺纹的内直径的0.8倍至0.95倍，优选地为约0.9倍。由此得到相对于公制螺纹更大的可有效使用的轮廓高度。
有利地，杆部可具有带有螺纹的始端的拧入端部并且可在拧入端部处在螺纹的始端在0.5至2圈上、优选地在0.6至0.95圈上存在攻区，其具有关于螺纹顶部和负载侧面完整构造的螺纹轮廓。
设置具有连续增大的螺纹轮廓的攻区减小了在旋入螺钉时攻入螺纹所用的转矩。
有利地，攻区中的螺纹轮廓可从零上升至完整的高度。该增大可尤其连续进行并且引起在母体构件中构造配合螺纹。
有利地，螺纹可具有朝头部方向外直径的锥形增大。锥度可在0.5°至3°的范围中。在此，区分了收敛角(即，在在螺钉的二维投影的上缘和下缘处的两条直线之间的角度)和锥角(其为与螺钉的二维投影的中心线平行的平行线和在边缘处的直线之间的角度)。还被称为锥顶角的锥角为收敛角的一半。
锥度引起如下情况，在拧入时还在母体构件中的锥形的芯孔的情况下在超过攻丝区域的情况下实现在母体构件中继续成形螺纹。芯孔的设计取决于母体构件的制造方法，不同的材料可同样引起芯孔的不同的几何结构。通过螺纹的锥度实现通常在锥形的芯孔的情况下朝螺纹的头部方向随着拧入深度的增大而变小的侧面覆盖的补偿。
附图说明
借助附图阐述根据本发明的螺钉。其中：
图1以侧视图示出了具有头部和螺钉顶部和螺纹的根据本发明的螺钉；
图2示出了图1的螺钉的朝螺钉顶部看的俯视图；
图3详细地示出了图1的螺钉的螺纹在螺纹顶部的区域中的形式；
图4详细地示出了图1的螺钉的螺纹在螺纹根部的区域中的形式；
图5详细地示出了在螺钉顶部处的螺纹的形式；
图6a-6c示出了螺纹的不同的实施方案，其中，带有外直径朝头部方向的锥形增大。
具体实施方式
在图1中以侧视图示出的用于拧入尤其轻金属铸件中的根据本发明的螺钉1具有沿着纵轴线1'延伸的至少部分地设有螺纹2的杆部3，该杆部具有外直径Da和内直径Dk。同样示出了、但对本发明不重要的是螺钉的布置在螺钉1的端部处的头部4，其具有未示出的内置的力作用面。杆部3的与头部4对置的拧入端部构造为螺钉顶部5。
为了生成螺纹2，杆部3设有不对称的螺纹线6，其具有多个圈数，螺纹线以完全呈现的螺纹轮廓至少沿着杆部3的一部分延伸。
螺纹线6具有螺纹侧面7、8，该螺纹侧面具有侧面角phi，螺纹侧面在螺纹根部9中并且在螺纹顶部10处在相应构造有在图3和4中可识别出的过渡区域11、12的情况下彼此毗连。
螺纹2具有外直径Da、内直径Dk和螺距P。
螺纹侧面7为负载侧面，因为它承受在螺钉头部4和在母体构件中的螺纹之间由螺钉引起的预紧力。
螺纹侧面8为相对侧面，其靠着螺钉的芯部支撑负载侧面7。
螺纹2具有约80°的侧面角phi并且不对称地构造，其中，负载侧面7的具有约30°的侧面角phiL小于相对侧面8的具有约50°的侧面角phiG，在图3中示出。负载侧面的侧面角phiL关于相对侧面的侧面角phiG之比例为0.6。因为负载侧面的侧面角phiL小于相对侧面的侧面角phiG，显示出螺纹2朝头部4倾斜，对此参见图5。
在公称直径为5mm时具有1.5mm的螺距P为相同公称直径的公制标准螺纹的导程的1.9倍，标准螺纹的导程在该公称直径的情况下是0.8mm。
具有3.5mm的内直径在公称直径为5时为相同公称直径的公制螺纹的内直径的0.87倍，该公制螺纹的内直径在该公称直径的情况下在公差类别为6g时为3.995mm。
螺钉1在拧入端部处在螺纹的始端之前具有没有螺纹的凸尖头13，其具有约为螺距P的0.3倍的长度La。凸尖头13具有约为内直径Dk的0.95倍的直径DAS。
此外，杆部3在拧入端部处具有螺纹的始端，其如图2中示出的那样在约320°内、即在约0.9圈内延伸，并且形成攻区14，该攻区具有关于螺纹顶部和负载侧面完整构造的螺纹轮廓10'。在攻区14中存在螺纹线的轮廓，其具有外直径的或多或少地均匀上升的外廓，这引起螺纹继续的成形到母体构件中。
然而，在攻区14中不重要的是，相对侧面是否已经完全形成。与攻丝区域14紧接的螺纹2有利于继续形成借助于攻丝区域14引入到母体件中的母体螺纹，并且因此同样构造成成形螺纹的或自攻螺纹的，即使通过攻丝区域14来实现主要的变形并且紧接着发生整平和校准。
在螺纹的外直径朝头部方向变大时，如例如可通过锥度(图6a-6c)提供的那样，在攻丝区域之后还在螺钉继续侵入母体构件中的情况下使母体构件的材料进一步变形。
图2示出了图1的螺钉的朝螺钉顶部5看的俯视图。可识别出的是，螺纹2和头部4一样具有圆形的几何结构，其具有螺纹顶部10和螺纹根部9，这在此对本发明不重要。
在攻丝区域14中，螺纹轮廓10'始于具有内直径Dk(图1)的螺纹根部9(以为零的螺纹顶部高度)直至在外直径Da(图1)上的螺纹顶部10的完整高度。
外直径Da关于螺距P之比例Ql=Da/P在外直径Da为5并且螺距P为1.5时约为3.3并且3.5的内直径Dk关于该螺距P之比例Q2=Dk/P约为2.3。
在图3中可看出，负载侧面7的轮廓和相对侧面8的轮廓是笔直的，并且负载侧面7和相对侧面8在螺纹根部9中并且在螺纹顶部10处间接地在构造有过渡区域11、12的情况下彼此毗连，过渡区域具有的纵向伸展约为在螺纹顶部10的导程P的0.01倍，并且最高为在螺纹根部9中的导程P的0.2倍。
在此，在螺纹顶部10处的过渡区域12应尽可能呈尖棱状，这通过最高0.15mm的顶部半径Rs得到。
如已经阐述的那样，侧面角phi不对称地分配，其中，负载侧面7的侧面角phiL是相对于螺钉1的纵向轴线1'的垂线15得到，并且小于相对侧面8的侧面角phiG，侧面角phiG也相对于螺钉1的纵向轴线l'的垂线15得到，然而沿另一方向。
在图4中以图3的细节图Z示出的在螺纹根部9中的过渡区域11具有倒圆部，其中，朝负载侧面7和相对侧面8存在不同的半径RgL和RgG，它们在此分别为0.05和0.1mm。因此，在负载侧面7的螺纹根部中的半径RgL为相对侧面8的半径RgG的两倍大。
在图5中详细地示出了图1的螺钉1的拧入端部。在螺纹2的始端之前是没有构造螺纹的凸尖头13，其具有约为螺距P的0.4倍的长度La。凸尖头13具有直径DAS，其约为内直径Dk的0.9倍。
此外，杆部3在拧入端部处具有螺纹的始端，其具有螺纹线6'，该螺纹线具有从零升至轮廓高度PH的螺纹轮廓，并且如在图2中示出的那样在约320°上、即在约0.9圈内延伸并且形成攻区14。螺纹线6'的螺纹轮廓关于螺纹顶部10'和负载侧面7完整构造，但在攻区14中，负载侧面7'没有直接和后续螺纹线6的相对侧面8联接，而是存在间距，从而攻区14同样具有导程Ρ。
在螺纹的与攻区14紧接的承载区域中，轮廓高度PH相对于公制螺纹上升了1.05倍至1.5倍，例如在DN5的情况下上升了1.1倍。这由此实现，即，内直径DK小于公制螺纹的内直径。
在攻区14和凸尖头13之间存在过渡区域15，其在该情况下锥形地构造。在攻区14中，直径从直径DAS上升到内直径Dk。凸尖头本身倒圆，但还可设置倒角。
基于负载侧面7的30°的角度phiL和相对侧面8的50°的角度phiG得到80°的侧面角phi，并且侧面角phi的角平分线21与螺钉的中轴线20的垂线22朝头部方向围成10°的正角epsilon(即ε)。
图6A-6C示出了螺纹的三种不同的实施方案，其中，带有外直径DA朝头部方向的锥形增大。图6A示出了在导程和轮廓高度PH相同时以锥角beta(即β)增大的内直径DK和的外直径DA。
图6b示出了在内直径DK保持相同时外直径DA的以锥角beta(即β)增大的轮廓高度PH。图6c示出了轮廓高度PH和内直径DK的增大，其中，内直径DK的锥角beta'(即β')小于外直径DA的锥角beta(即β)。
作为螺钉材料，尤其考虑经过调质的钢、不锈钢或高度耐腐蚀的奥氏体材料，其中，该列举仅仅是示例性的，并且不是最后的。
Claims (16)
1.一种由调质的钢、不锈钢或高度耐腐蚀的奥氏体材料构成的成形螺纹的或自攻螺纹的螺钉(1)，用于在轻金属或它们的合金中以及在黄铜中或在其他非铁金属中的直接螺纹连接，具有设有螺纹(2)的杆部(5)，该螺纹具有至少一个不对称的螺纹线(6)，该螺纹线具有多个圈数，其中，所述螺纹(2)具有外直径Da、内直径Dk和螺距P，其中，所述螺纹线(6)具有螺纹侧面(7、8)，该螺纹侧面具有侧面角phi，其中，所述螺纹侧面(7、8)具有负载侧面(7)和相对侧面(8)，它们在螺纹根部(9)中和在螺纹顶部(10)处直接或间接彼此毗连，并且其中，所述负载侧面(7)的侧面角phiL小于所述相对侧面(8)的侧面角phiG，其中所述的负载侧面(7)的侧面角phiL至少为25°，并且所述相对侧面(8)的侧面角phiG至少为40°，其中，所述侧面角phi为至少65°至最高95°，其中所述螺距P为相同公称直径的公制螺纹的螺距的至少1.5倍且最高为2.5倍，并且其中所述内直径DK为相同的公称直径的公制螺纹的内直径的0.8倍至0.95倍。
2.根据权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述外直径Da关于所述螺距P之比例Ql=Da/P为3.0至3.6，且所述内直径Dk关于所述螺距P之比例Q2=Dk/P为2.0至2.5。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的螺钉，其特征在于，所述负载侧面(7)和所述相对侧面(8)在螺纹根部(6)中和/或在螺纹顶部(10)处间接地在构造有过渡区域(11、12)的情况下彼此毗连，该过渡区域带有至少为所述螺距P的0.01倍并且最高为所述螺距P的0.2倍的纵向伸展。
4.根据权利要求3所述的螺钉，其特征在于，在所述螺纹顶部(7)处的过渡区域(12)呈尖棱状，并且具有最高0.15mm的顶部半径Rs。
5.根据权利要求3所述的螺钉，其特征在于，在所述螺纹根部(9)中的过渡区域(11)具有倒圆部。
6.根据权利要求5所述的螺钉，其特征在于，在所述螺纹根部(9)中过渡至所述负载侧面(7)和过渡至所述相对侧面(8)的过渡区域(11)具有不同的半径RgL和RgG，其中，在所述螺纹根部(9)中所述负载侧面(7)的半径RgL为所述相对侧面(8)的半径RgG的至少1.5倍，并且最高为3倍。
7.根据权利要求1至2中任一项所述的螺钉，其特征在于，所述负载侧面(7)的轮廓和所述相对侧面(8)的轮廓是笔直的。
8.根据权利要求1至2中任一项所述的螺钉，其特征在于，所述负载侧面(7)的侧面角phiL相对所述相对侧面(8)的侧面角phiG之比例至少为0.4，并且最高为0.85。
9.根据权利要求1至2中任一项所述的螺钉，其特征在于，所述侧面角phi的角平分线(21)与所述螺钉的中轴线(20)上的垂线(22)朝头部方向围成在2.5°至17.5°的范围中的正角epsilon。
10.根据权利要求1至2中任一项所述的螺钉，其特征在于，设有螺纹(2)的杆部(3)具有圆形的几何结构。
11.根据权利要求1至2中任一项所述的螺钉，其特征在于，所述杆部(1)具有拧入端部，该拧入端部具有所述螺纹(2)的始端，并且在所述拧入端部处在所述螺纹(2)的始端之前构造有凸尖头(13)，所述凸尖头(13)的长度La至少是所述螺距P的0.3倍，并且所述凸尖头(13)的直径DAS最高为所述内直径Dk的0.95倍。
12.根据权利要求1至2中任一项所述的螺钉，其特征在于，所述杆部(1)具有拧入端部，该拧入端部具有所述螺纹(2)的始端，并且在所述拧入端部处在所述螺纹(2)的始端处在0.5至2圈上存在攻区(14)，该攻区具有在所述螺纹顶部(10')和所述负载侧面(7')方面完整构造的螺纹轮廓。
13.根据权利要求12所述的螺钉，其特征在于，在所述攻区(14)中的螺纹轮廓从零上升至完整的轮廓高度Ph。
14.根据权利要求1至2中任一项所述的螺钉，其特征在于，所述螺纹(2)具有朝头部方向的所述外直径的锥形增大。
15.由根据权利要求1至14中任一项所述的螺钉和由母体构件构成的组件，其特征在于，所述母体构件由轻金属或它们的合金或由黄铜或由其他非铁金属构成。
16.根据权利要求15所述的组件，其特征在于，所述螺钉根据权利要求4构造并且所述母体构件具有带有铸件层的芯孔，其中所述铸件层具有比母体构件的基体材料更高的强度。
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