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Die
Erfindung betrifft einen Gewindebolzen mit einem Schaft von zylindrischer
Grundform, der mit einem schraubenlinienförmigen Außengewinde versehen
ist, das wenigstens einen Hauptgewindegang und einen Einführgewindegang
mit einer Einführoberfläche aufweist.
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Ein
Gewindebolzen der angegebenen Art ist aus
EP 0 840 859 bekannt. Die bekannte
Gestaltung der Gewindebolzen hat zum Ziel, Gewindebeschädigungen
zu verhindern, wenn der Gewindebolzen mit seinem Außengewinde
in eine Gewindebohrung mit passendem Innengewinde eingeschraubt
wird. Eine Beschädigung des Gewindes kann bei Gewindeelementen
ohne Einführgewindegang auftreten, wenn die Mittelachsen
eines Bolzens und einer Mutter derart fehl ausgerichtet sind, dass
ihre Gewinde um zumindest eine halbe Ganghöhe gegeneinander
versetzt sind, wenn die Gewinde beim Zusammenschrauben versuchen,
ineinanderzugreifen. Werden beide Teile dann gegeneinander verdreht,
so kann dies zum Verkeilen und Beschädigen der Gewinde führen,
wobei sich die Gewindegänge von Außen- und Innengewinde überkreuzen.
Durch die Ausbildung eines oder mehrerer Einführgewindegänge
wird das richtige Einfädeln der Gewindegänge von
Innen- und Außengewinde selbst bei ungünstiger
Ausrichtung gewährleistet und eine Beschädigung
der Gewinde beim Einschrauben verhindert.
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Es
ist weiterhin aus
DE
10 2005 017 379 A1 bekannt, Gewindebolzen mit sich in Längsrichtung erstreckenden
Nuten zu versehen, die die Gewindegänge unterbrechen und
Freiräume zur Aufnahme von Lack, Lackresten oder Schmutz
bilden. Eine solche Ausbildung ist zweckmäßig,
wenn vor dem Zusammenschrauben das Muttern- oder Bolzengewinde mit
einem Lacküberzug versehen worden ist. Beim Lackieren entziehen
die Nuten den Gewindegängen Lack und beim Einschrauben
eines Gewindebolzens in eine Gewindebohrung können abgetrennten
Lackpartikel sich in den Nuten ablagern, sodass sie nicht zwischen
den Gewindegängen eingeklemmt werden und dadurch das Ineinanderschrauben
der Teile behindern.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gewindebolzen der eingangs
genannten Art zur Verfügung zu stellen, der sich ohne die
Gefahr einer Gewindebeschädigung einschrauben lässt,
bei lackierter Oberfläche nicht zum Klemmen neigt und der besonders
kostengünstig hergestellt werden kann.
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Zur
Lösung der genannten Aufgabe ist nach der Erfindung ein
Gewindebolzen mit einem Schaft von zylindrischer Grundform vorgesehen,
der ein Fußende und ein Kopfende hat und der mit einem schraubenlinienförmigen
Außengewinde versehen ist, das wenigstens einen Hauptgewindegang
und in der Nähe des Fußendes wenigstens einen
Einführgewindegang aufweist, an den sich der Hauptgewindegang
anschließt, wobei der Einführgewindegang eine
Einführoberfläche hat, die von dem Hauptgewindegang
abweicht, einen kleineren Außendurchmesser als dieser hat
und geformt ist, um mit Gewindegängen eines komplementären
Innengewindes eines Elements in kreuzungsfreien Eingriff zu gelangen, und
wobei nur der Hauptgewindegang oder der Einführgewindegang
und der Hauptgewindegang durch wenigstens eine Nut unterbrochen
sind, die sich in Längsrichtung des Schaftes erstreckt,
um einen Freiraum zur Aufnahme von Lackresten zu bilden. Die Gewindegänge
und die Nuten sind hierbei durch Walzen urgeformt.
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Überraschenderweise
hat sich gezeigt, dass die Ausbildung von Einführgewindegängen
und von diese unterbrechenden Nuten so aufeinander abgestimmt werden
kann, dass Gewindebolzen geschaffen werden können, die
ein kreuzungsfreies Eingreifen der Gewindegänge beim Einschrauben
der Bolzen in eine Gewindebohrung und damit das Auftreten von Beschädigung
des Gewindes zuverlässig vermeiden. Dies war für
den Fachmann deswegen überraschend, weil durch die Unterbrechung
der Gewindegänge an den Nuten die Möglichkeit eines
Fehleingriffs der Gewindegänge bei falscher Ausrichtung des
Gewindebolzens wesentlich größer ist als bei Gewindebolzen
ohne Nuten. In ungünstigen Fällen, beispielsweise
bei kleinen Durchmessern oder einer größeren Zahl
von Nuten, kann nach einem Vorschlag der Erfindung vorgesehen sein,
dass die Nut bzw. Nuten nur den Hauptgewindegang unterbricht, so
dass die Ausbildung und Wirkung des Einführgewindegangs
nicht durch eine Nut beeinträchtigt ist.
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Nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung sind vorzugsweise mehrere,
sich in Längsrichtung des Schaftes erstreckende Nuten im
gleichen Abstand voneinander vorgesehen, wobei vorzugsweise jede
Nut längs einer Schraubenlinie verläuft, deren
Steigungswinkel am Außenumfang des Außengewindes
etwa 70° bis 85°, insbesondere 80°, beträgt.
Durch den schraubenlinienförmigen Verlauf der Nuten wird
das kontinuierliche Abrollen des Gewindebolzens beim Walzen gewährleistet.
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Die
Tiefe der Nuten kann im Wesentlichen gleich der Tiefe des Gewindes
sein, bei ausreichend großem Bolzendurchmesser kann die
Tiefe der Nuten auch größer als die Tiefe des
Gewindes sein.
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Üblicherweise
hat ein Gewindebolzen mehrere Hauptgewindegänge und auch
mehrere Einführgewindegänge, wobei die Einführgewindegänge
einen kleineren Außendurchmesser haben als die Hauptgewindegänge.
Für das zuverlässige Einführen der Gewindebolzen
in eine Gewindebohrung und die Vermeidung einer Gewindebeschädigung
hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn der Außendurchmesser
der Einführgewindegänge in Richtung der Hauptgewindegänge überproportional
zunimmt, d. h. die Durchmesseränderung von Einführgewindegang
zur Einführgewindegang wächst.
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Die
Einführgewindegänge können eine im Profil
konvex gewölbte Oberfläche oder eine von Gewindeflankenabschnitten
seitlich begrenzte und im Profil flache Einführoberfläche
aufweisen. Vorzugsweise sind Einführgewindegänge
beider Ausführungen miteinander kombiniert, wobei die im
Profil konvex gewölbte Einführoberfläche
einen kleineren Außendurchmesser als die im Profil flache
Einführoberfläche hat.
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Um
das Ausmaß der Fehlausrichtung beim Einschrauben eines
erfindungsgemäßen Gewindebolzens einzuschränken,
ist nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung vorgesehen, dass
zwischen dem Fußende und dem diesem benachbarten Einführgewindegang
ein gewindeloser Bolzenabschnitt vorgesehen ist, dessen Außendurchmesser
im Wesentlichen dem Kerndurchmesser des Gewindes entspricht.
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Zur
Herstellung des Gewindebolzens sieht die vorliegende Erfindung ein
Verfahren vor, bei dem ein zylindrischer Bolzenrohling aus Metall
mit einem Fußende und einem Kopfende geformt wird, ein
an das Fußende angrenzender Abschnitt des Bolzenrohlings
bis in einen zur Ausbildung eines Einführgewindegangs bestimmten
Bereich im Durchmesser reduziert wird und dann in einer Gewindewalzmaschine in
einem Durchgang mittels Flachbacken Hauptgewindegänge und
Einführgewindegänge in einer ersten Walzphase
teilweise und in einer zweiten Walzphase vollständig urgeformt
werden und zusätzlich in der zweiten Walzphase Nuten in
die Mantelfläche des Bolzenrohlings urgeformt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass
die endgültige Form des Gewindebolzens in einem einzigen,
kontinuierlichen Walzprozess, der aus zwei unterschiedlichen Walzphasen besteht,
aus einem vorgeformten Rohling hergestellt werden kann. Das Verfahren
ist daher besonders schnell und kostengünstig durchführbar.
Es hat sich weiterhin gezeigt, dass eine genügend präzise
Ausformung der Einführgewindegänge mit diesem
Verfahren erreicht wird, sodass ein kreuzungsfreies Eingreifen der
Gewindegänge beim Einschrauben zuverlässig gewährleistet
ist.
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Nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung können zum Walzen
der Gewindebolzen zwei verschiedene Flachbacken verwendet werden,
nämlich ein erster Flachbacken mit einem Walzprofil zur Ausbildung
der Hauptgewindegänge und der Einführgewindegänge
und ein zweiter Flachbacken, der einen Anfangsabschnitt mit einem
Walzprofil zur teilweisen Ausbildung der Hauptgewindegänge
und der Einführgewindegänge und einen Endabschnitt
mit Rippen zur Ausbildung der Nuten aufweist, wobei zwischen den
Rippen profilfreie Backenabschnitte vorgesehen sind. Diese Ausgestaltung
des Verfahrens hat den Vorteil, dass sich die Werkstücke
an den Flachbacken störungsfrei abwälzen und die
Maßhaltigkeit der geformten Gewindebolzen sehr groß ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt
ist. Es zeigen
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1 eine
Ansicht eines Gewindebolzens nach der Erfindung,
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2 einen
vergrößerten Längsschnitt eines das Fußende
umfassenden Abschnitts eines Gewindebolzens nach der Erfindung,
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3 eine
schematische Darstellung des Verfahrens zum Walzen eines Gewindebolzens
nach der Erfindung,
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4 eine
schematische Darstellung des Flachbackens für die Ausbildung
der Nuten beim Walzen eines Gewindebolzens nach der Erfindung und
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5 eine
Ansicht eines weiteren Gewindebolzens nach der Erfindung.
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Der
in 1 dargestellte Gewindebolzen 1 hat einen
Schaft 2 von zylindrischer Grundform mit einem Fußende 3 und
einem Kopfende 4. An das Kopfende 4 angeformt
ist ein Flansch 5, der auf seiner dem Schaft 2 entgegengesetzten
Seite einen Anschweißabschnitt 6 mit einer kegeligen
Stirnfläche 7 zur Bildung einer Zündspitze 8 trägt.
An dem Fußende 3 ist der Schaft mit einer kegelförmigen
Fase 9 und einem sich daran anschließenden zylindrischen Abschnitt 10 versehen.
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Zwischen
dem Abschnitt 10 und dem Flansch 5 weist der Schaft 2 ein
metrisches Außengewinde 11 mit Hauptgewindegängen 12 und
Einführgewindegängen 13 auf. Die Einführgewindegänge 13 sind
dem Abschnitt 10 benachbart. Sie gehen etwa bei 14 in
die sich anschließenden Hauptgewindegänge 12 über.
Die Hauptgewindegänge 12 entsprechen in ihrer
Ausgestaltung der Norm für metrisches Gewinde mit einem
Flankenwinkel von 60°.
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Die
Einführgewindegänge 13 weichen in ihrer
Form von den Hauptgewindegängen 12 ab. Der erste
Einführgewindegang 13.1 hat den kleinsten Außendurchmesser
und eine Einführoberfläche mit konvex gewölbtem
Profil. Der nachfolgende Einführgewindegang 13.2 hat
einen etwas größeren Außendurchmesser.
Das Profil seiner Einführoberfläche ist ebenfalls
nach außen konvex gewölbt, wobei die Krümmung
etwas größer sein kann. Der Einführgewindegang 13.2 geht
in einen Einführgewindegang 13.3 über,
der einen noch größeren Außendurchmesser
hat, dessen Außendurchmesser aber noch immer deutlich kleiner
ist als der Außendurchmesser der Hauptgewindegänge 12.
Der Einführgewindegang 13.3 weist bereits Gewindeflankenabschnitte
auf, zwischen denen sich eine im Profil flache Einführoberfläche
befindet.
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Im
Bereich des Außengewindes 11 weist der Schaft 2 weiterhin
mehrere Nuten 15 auf, die sich in Längsrichtung
erstrecken und längs einer Schraubenlinie um die Längsachse
des Schaftes 2 verlaufen. Der Steigungswinkel der Schraubenlinie
der Nuten 15, das ist der Winkel, den bei einer Abwicklung die
Schraubenlinie einer Umfangslinie bildet, beträgt ca. 80°,
kann aber auch kleiner oder größer sein. Die Tiefe
der Nuten 15 entspricht im Wesentlichen der Tiefe des Außengewindes 11.
Die Hauptgewindegänge 12 und die Einführgewindegänge 13 werden
daher von den Nuten 15 unterbrochen und in Einzelgangabschnitte
unterteilt. Die Nuten 15 haben die Aufgabe, beim Einschrauben
des Gewindebolzens 1 in eine Gewindebohrung Lackreste aufzunehmen, die
sich beim Ein schrauben von den zuvor lackierten Oberflächen
des Gewindebolzens und/oder der Gewindebohrung lösen.
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2 zeigt
einen Querschnitt durch das vordere Ende des Gewindebolzens 1.
Deutlich zu erkennen ist hier die unterschiedliche Form der Einführgewindegänge 13.1, 13.2 und 13.3,
wobei die Einführoberfläche des ersten Einführgewindegangs 13.1 beim
Walzen nicht vollständig ausgeformt worden ist und daher
nicht die vorgesehene konvexe Wölbung hat. Dies ist für
das Einschrauben jedoch nicht von Nachteil, denn der dadurch noch
flachere Einführgewindegang 13.1 kann das selbsttätige
Ausrichten des Gewindebolzens 1 eher fördern als
behindern. Auch der erste Hauptgewindegang 12.1 ist in
seinem Spitzenbereich im Gegensatz zu den nachfolgenden Hauptgewindegängen 12 nicht
vollständig ausgeformt. Solche geringen Abweichungen von
der angestrebten Form können sich jedoch bedingt durch
geringe Maßabweichungen und Inhomogenitäten des Rohlings
beim anschließenden Umformen des Gewindebolzens ergeben.
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Das
Prinzip des nach der Erfindung angewendeten Walzverfahrens mit Flachbacken
ist in 3 veranschaulicht. Ein unterer Flachbacken 20 ist
feststehend angeordnet und weist auf seiner Oberseite eine Abwicklung
des Gewindeprofils auf. Über dem Flachbacken 20 ist
in Längsrichtung bewegbar ein oberer Flachbacken 21 gelagert,
der auf seiner Unterseite eine Abwinklung des Gewindeprofils aufweist.
Die bewegliche Lagerung des oberen Flachbackens 21 ist
so ausgebildet, dass in der Anfangsstellung des Flachbackens 21 ein
zylindrischer Rohling zwischen die Flachbacken eingesetzt werden
kann. Mit fortschreitender Bewegung des Flachbackens 21 in
Richtung des Pfeils 22 verringert sich der Abstand zwischen
den Flachbacken 20, 21, sodass das Gewindeprofil
der Flachbacken in die Mantelfläche des Rohlings eindringt
und während sich der Rohling an den Flachbacken abwälzt,
das Gewinde immer stärker bis zu seiner endgültigen
Ausprägung ausgeformt wird. Die Zeichnung zeigt das Ende
des Gewindewalzprozesses mit zum Gewindebolzen 23 umgeformten
Rohling.
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4 veranschaulicht
die Ausbildung eines Flachbackens 25, der zur Herstellung
eines erfindungsgemäßen Gewindebolzens ausgebildet
ist. Der Flachbacken 25 hat einen Anfangsabschnitt 26 mit einem
Gewindewalzprofil, wobei das Gewindewalzprofil einen Bereich 26.1 zur
Ausbildung von Hauptgewindegängen und einen Bereich 26.2 zur
Ausbildung von Einführgewindegängen aufweist.
An den Anfangsabschnitt 26 schließt sich ein Endabschnitt 27 an,
der mit Rippen 28 zur Ausbildung von Nuten versehen ist.
Zwischen den Rippen 28 befinden sich tiefere, profilfreie
Abschnitte 29, in die die ausgeformten Abschnitte der Gewindegänge
eindringen können, die sich zwischen den Nuten befinden.
Der Flachbacken 25 wird zusammen mit einem zweiten Flachbacken
verwendet, der auf seiner gesamten Länge ein zur Ausbildung
von Hauptgewindegängen und Einführgewindegängen
geeignetes Gewindewalzprofil hat.
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5 zeigt
einen Gewindebolzen 31, der bis auf die Ausbildung der
Nuten dem Gewindebolzen 1 gleicht. Der Gewindebolzen 31 hat
einen Schaft 32 mit einem Fußende 33 und
einem Kopfende 34, das mit einem Flansch 35 und
einem Anschweißabschnitt 36 versehen ist. Der
Schaft trägt ein metrisches Außengewinde 37 mit
Hauptgewindegängen 38 und zwischen den Hauptgewindegängen 38 und
dem Fußende 33 Einführgewindegänge 39.
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Bei
dem Gewindebolzen 31 sind nur die Hauptgewindegänge 38 von
mehreren Nuten 40 unterbrochen. Die Nuten 40 erstrecken
sich längs einer Schraubenlinie mit gleichem Steigungswinkel
und haben gleichen Abstand voneinander. An den Einführgewindegängen 39 enden
die Nuten 40, so dass die Einführgewindegänge 39 voll
ausgebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass bei ungünstigen
Verhältnissen von Gewinde zu Schaftdurchmesser und bei
ungünstiger Nutenzahl bezogen auf den Schaftdurchmesser
eine präzisere Gestaltung und bessere Wirkung der Einführgewindegänge 39 erreicht
werden kann. Da die Einführgewindegänge 39 keine
voll ausgebildeten Gewindegänge sind, ist das Fehlen der Nuten 40 in
diesem Bereich nicht von Nachteil.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0840859 [0002]
- - DE 102005017379 A1 [0003]