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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Schraube mit einem zylindrischen mit Gewinde versehenen Schaft, der aus einem Kopfteil und einem Frontteil besteht, bei der das Kopfteil mit einem Dorn in eine Bohrung des hülsenförmigen Frontteils eingesetzt ist und die beiden Teile in formschlüssiger Steckverbindung miteinander verpresst werden. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die durch dieses Verfahren hergestellte Schraube.
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Eine einen zylindrischen Schaft bildende Schraube, die auf einem Dorn ein hülsenförmiges Frontteil trägt, ist in der
DE 44 17 921 offenbart. Das Kopfteil, das den wesentlichen Teil der Schraube bildet, besteht aus einem zähen korrosionsbeständigen Werkstoff. Das Frontteil besteht aus gehärtetem Stahl, wodurch das direkte Bohren eines Aufnahmeloches für die Schraube ermöglicht wird. Die Verbindung zwischen diesen beiden Teilen der Schraube wird dadurch hergestellt, dass der Dorn (in der Druckschrift als Zapfen bezeichnet) mit einer Rändelung versehen wird, so dass ein gerändelter Zapfen entsteht. Hierauf wird dann das hülsenförmige Frontteil aufgeschoben, dessen Bohrung derart bemessen ist, dass sich beide Teile im Bereich des Zapfens miteinander verpressen lassen. Danach wird dann der so gebildete gesamte Schaft der Schraube mit einem Gewinde versehen, wobei die üblichen Maschinen zum Einsatz kommen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraube zu schaffen, die, wie in obiger Einleitung dargelegt, aus einem Kopfteil und einem Frontteil besteht, wobei diese beiden Teile zu einem zylindrischen Schaft zusammengefasst sind. Die Herstellung der fertigen Schraube soll so erfolgen, dass dabei eine besonders sichere, hoch belastbare Verbindung der beiden Teile entsteht, ohne dass es hierzu eines besonders aufwendigen Gestaltungsverfahrens bedarf. Gelöst wird das Problem dadurch, dass beim Aufwalzen eines Gewindes auf das Kopfteil der mit axial verlaufenden Längsnuten und zwischen den Längsnuten liegenden Längsrippen versehene Dorn sich durch Verpressen mit der Wandung des Frontteils durch gegenseitige Verformung drehfest und axialfest verbindet.
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Die bekannte Methode des Aufwalzens eines Gewindes auf einen Schaft wird also hier dazu benutzt, die drehfeste und axialfeste Verbindung zwischen den beiden Teilen der Schraube herzustellen, also das hülsenförmige Frontteil mit dem Dorn des Kopfteils so zu verbinden, dass die Schraube eine hohe Belastung verträgt und für die Herstellung der Verbindung kein besonders aufwendiges Verfahren herangezogen werden muss. Dieses Verfahren besteht nämlich aus dem bekannten Aufwalzen eines Gewindes auf einen Schaft anstelle des sonst üblichen Gewindeschneidens, wobei einerseits ein gut geformtes Gewinde entsteht und andererseits die dabei aufzuwendenden Drücke außer zur Herstellung des Gewindes dazu benutzt werden, eine besonders feste Verbindung zwischen dem Dorn und dem hülsenförmigen Frontteil herbeizuführen, ohne dass es hierzu noch eines besonderen Verfahrens bedarf, da nämlich der Verfahrensschritt des Aufwalzens des Gewindes auf den zylindrischen Schaft dazu benutzt wird, die Steckverbindung aus Dorn und hülsenförmigem Frontteil unter Ausnutzung der besonderen Gestaltung des Dorns miteinander zu verpressen, wobei diese besondere Gestaltung darin besteht, dass der Dorn mit axial verlaufenden Längsnuten und zwischen den Längsnuten liegenden Längsrippen versehen ist, wodurch sich die Wandung des Frontteils zwischen die Längsrippen eindrückt oder die Längsrippen sich in die Wandung des Frontteils eindrücken oder in gewissem Umfang beide Eindrückvorgänge sich einander ergänzen, womit eine besonders hohe Drehfestigkeit und Axialfestigkeit entsteht.
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Zur Sicherung des hülsenförmigen Frontteils auf dem Dorn vor dem Aufwalzen des Gewindes kann man Frontteil und Dorn zur Sicherung deren gegenseitiger Lage mit einer Schweißverbindung versehen, die jedoch nicht dazu dient, eine sichere, hochbelastbare Verbindung der beiden Teile herzustellen sondern lediglich dazu, den Fertigungsvorgang des Gewindeaufwalzens in der richtigen Lage der beiden Teile zu sichern.
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Zweckmäßig wird der Dorn so dimensioniert, dass die auf ihm axial verlaufenden Längsnuten eine Breite und Tiefe aufweisen, die mindestens gleich oder größer als die Wanddicke des Frontteils ist, wobei die zwischen den Längsnuten liegenden Längsrippen des Dornes in die Wandung des Frontteils eingedrückt sind.
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Aufgrund dieser Dimensionierung ergibt sich eine besonders dichte Verbindung zwischen Dorn und Frontteil und damit eine entsprechende innere Stabilität der Verbindung von Frontteil und Dorn.
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Die Längsnuten des Dorns gestaltet man zweckmäßig so, dass diese entweder parallel zur Achse des Schaftes oder gewindeartig mit großer Steigung entlang des Dorns verlaufen. Diese Gestaltung erleichtert das Aufschieben des hülsenförmigen Frontteils auf den Dorn.
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Die Längsrippen gestaltet man zweckmäßig so, dass diese abgerundete Kanten aufweisen. Dies erleichtert das Verpressen der Längsrippen mit der Wandung des Frontteils.
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Das anfängliche Zusammenfügen von Frontteil und Dorn wird dadurch erleichtert, dass das Frontteil vor Einsetzen des Dorns eine Gestaltung besitzt, bei der das Frontteil auf seiner Innen- und Außenseite durchgehend rund verläuft.
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Für ein späteres Verpressen ist es von Vorteil, das Frontteil innen mit Längsrippen zu versehen. Das Frontteil kann auch außen mit Längsrippen versehen werden, was einer Verankerung der endgültig hergestellten Schraube in einem Gegenstück hilft. Zweckmäßig gestaltet man dann das Frontteil so, dass dieses innen und außen mit Längsrippen versehen ist.
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Für eine spätere Verwendung der Schraube kann es vorteilhaft sein, das Frontteil von vornherein außen unrund auszubilden. Dabei ist es auch möglich, das Frontteil innen zylindrisch und außen konisch verlaufen zu lassen. Darüber hinaus ist es auch möglich, dem Frontteil eine Gestaltung zu geben, bei der dieses innen und außen konisch verläuft.
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Für die spätere Verwendung der endgültig hergestellten Schraube ist es sinnvoll, dass das Frontteil gegenüber dem Kopfteil einen Boden aufweist. Damit wird jedenfalls der betreffenden Schraube ein eindeutiger Abschluss gegeben. Man kann aber das Frontteil auch so gestalten, dass dieses gegenüber dem Kopfteil eine Bohrspitze aufweist.
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Um die Besonderheiten dieser Konstruktion optimal auszunutzen, verwendet man für das Frontteil oder das Kopfteil jeweils unterschiedliche Werkstoffe. Dabei kann man sich mit dem Werkstoff sinnvoll daran ausrichten, wie das betreffende Teil der Schraube bei späterer Verwendung beansprucht wird. Insbesondere sei daher darauf hingewiesen, dass bei einer späteren Verwendung als Bohrspitze für das Frontteil ein besonders harter oder härtbarer Werkstoff gewählt wird.
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In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1a die Schraube, bestehend aus Kopfteil mit Schraubenkopf und Schlitz für den Eingriff eines Schraubenziehers sowie dem hülsenförmigen Frontteil, aufgeschoben auf das Kopfteil im Fabrikationszustand zunächst ohne aufgewalztes Gewinde,
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1b einen Schnitt längs der Linie I-I aus 1a,
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1c die in 1a dargestellte Schraube mit gewalztem Gewinde und mit Walzbacken zum Aufwalzen des Gewindes auf dem Schaft und damit verpresstem Dorn und hülsenförmigem Frontteil,
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1d einen Schnitt längs der Linie I-I aus 1c,
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2a den Dorn des Kopfteils mit axial verlaufenden Längsrippen,
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2b die Stirnseite des Dorns gemäß 2a,
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3 eine Abwandlung gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 2a mit gewindeartig verlaufenden Längsrippen großer Steigung,
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4 eine Ansicht des Dorns entsprechend 2b mit abgerundeten Rippen,
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5a das hülsenförmige Frontteil vor dem Aufschieben auf den Dorn,
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5b eine Ansicht der Stirnseite des hülsenförmigen Frontteils gemäß 5a,
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6 die Stirnseite des hülsenseitigen Frontteils mit Längsrippen an der Innenseite,
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7 die Stirnseite des hülsenförmigen Frontteils mit an seiner Außenfläche angeordneten Längsrippen,
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8 die stirnseitige Ansicht eines hülsenförmigen Frontteils mit an der Innen- und Außenfläche angeordneten Längsrippen,
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9 ein hülsenförmiges Frontteil mit einem dieses verschließenden Boden,
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10 ein hülsenförmiges Frontteil mit einer Bohrspitze,
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11 und
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12 ein hülsenförmiges Frontteil mit konischer Gestaltung,
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13a ein hülsenförmiges Frontteil mit unrunder Wandung,
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13b eine stirnseitige Ansicht des hülsenförmigen Frontteils gemäß 13a.
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In der 1a ist der Rohling einer erfindungsgemäßen Schraube 1 dargestellt, und zwar mit dem das Kopfteil 2 bildenden Schaft, an dem der Schraubenkopf 3 mit einem Schlitz 4 für das Eingreifen eines Schraubenziehers ansetzt. Das Kopfteil 2 geht auf seiner dem Schraubenkopf 3 gegenüberliegenden Seite in den Dorn 5 über, der gegenüber dem am Schraubenkopf 3 ansetzenden Teil des Kopfteils 2 einen reduzierten Durchmesser besitzt, so dass auf den Dorn 5 das hülsenförmige Frontteil 6 aufgeschoben werden kann, das mit seinem Außendurchmesser etwa in den Außendurchmesser des Kopfteils 2 übergeht.
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Die Gestaltung des hülsenförmigen Frontteils 6 geht mit seinen Einzelheiten aus der 1b hervor, die einen Schnitt längs der Linie Ι-Ι aus 1a zeigt. Aus dieser Schnittzeichnung ist ersichtlich, dass das hülsenförmige Frontteil 6 den Dorn 5 satt umgibt, wobei der Innendurchmesser des Frontteils 6 an Außenflächen von Längsrippen 7 anliegt (auf die weiter unten näher eingegangen wird), wobei die Längsrippen 7 die Längsnuten 8 zwischen sich offen lässt, die durch einen späteren Teil des Herstellungsverfahrens für eine feste Verbindung von hülsenförmigem Frontteil 6 und Dorn 5 sorgen.
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Der in den 1a und 1b dargestellte Rohling einer Schraube 1 wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Schraube einem Verfahrensschritt ausgesetzt, dargestellt in den 1c und 1d, und zwar einem Walzvorgang, wie ein solcher in bekannter Weise bei der Herstellung eines Gewindes auf einem Schraubenschaft verwendet wird. Dieses Aufwalzen eines Gewindes geschieht hier durch zwei gegenüberliegende Walzwerkzeuge 9 und 10, die in bekannter Weise gegen den Rohling gemäß den 1a und 1b gedrückt werden und der Rohling sich gegenüber den Walzwerkzeugen abrollt, wodurch auf das Kopfteil 2 mit dem hülsenförmigen Frontteil 6 das Gewinde 11 aufgewalzt wird, das sich durchgehend vom Bereich neben dem Schraubenkopf 3 bis über das Ende des Dornes 5 erstreckt, also vom Bereich unmittelbar hinter dem Schraubenkopf 3 bis zum Ende des Frontteils 6 reicht.
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Der bei dem Aufwalzen des Gewindes 11 sich ergebende erhebliche Druck auf das Kopfteil 2 und das hülsenförmige Frontteil 6 führt zu einer Verformung des hülsenförmigen Frontteils in seinem inneren Bereich (siehe 1d), dass durch die von den Walzwerkzeuge 9 und 10 ausgeübten Druck Material aus dem hülsenförmigen Frontteil 6 in die Längsnuten 8 zwischen den Längsrippen 7 eingepresst wird, wobei sich die in 1d ergebende Gestaltung ergibt, gemäß der zwischen die Längsrippen 7 aus dem hülsenförmigen Frontteil 6 Material 12 gedrückt ist, womit aufgrund des Aufwalzens des Gewindes 11 das Kopfteil 2 (bzw. Schaft der Schraube 1) mit dem hülsenförmigen Frontteil 6 verpresst ist und somit eine mit einem durchgehenden Gewinde versehene Schraube hergestellt ist, die in ihrem dem Schraubenkopf abgewandten vorderen Teil mit einer als hülsenförmiges Frontteil dienenden Hülse 6 versehen ist. Damit ist die Möglichkeit geschaffen, dem hülsenförmigen Frontteil 6 durch die Wahl eines besonderen harten oder härtbaren Werkstoffes eine besondere Härte und die erforderliche Eigenschaft zu geben, womit eine Schraube hergestellt ist, die sich hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften grundsätzlich in ihren zwei Bereichen unterscheidet und damit für besondere Anwendungsfälle, insbesondere solche, bei denen die Vorderteile einer Schraube eine besondere Härte aufweisen sollen, unter Einbeziehung und sinnvoller Ausnutzung des Verfahrens des Aufrollens eines Gewindes hergestellt ist.
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In den 2a und 2b ist der Dorn 5 allein dargestellt, und zwar in 2a in Seitensicht und in 2b in axialer Sicht. Die Längsrippen 7 verlaufen bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 2a und 2b parallel zur Achse des Dorns 5.
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Eine Abwandlung der Gestaltung gemäß den 2a und 2b ist in 3 dargestellt. Hier handelt sich allein darum, dass die Längsrippen 7 als Längsrippen 7a gewindeartig gestaltet sind, und zwar mit einer sehr großen Steigung des Gewindes.
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Welche Art der Lage der Längsrippen 7 bzw. 7a im praktischen Fall verwendet wird, hängt von den dabei gegebenen äußeren Umständen ab. Durch die gewindeartige Gestaltung gemäß 3 wird das Aufschieben des hülsenförmigen Frontteils 6 gegebenenfalls erleichtert, indem es dabei etwas in Drehung versetzt wird, womit dann aufgrund der Schräglage der Längsrippen 7a sich das hülsenförmige Frontteil 6 gewissermaßen selbst in seine in der 1a dargestellte endgültige Position hineinschiebt.
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In den 1, 2 und 3 sind die Längsrippen 7 mit im Wesentlichen scharfen Kanten dargestellt. Es ist andererseits auch möglich, die Längsrippen außen mit abgerundeten Kanten zu gestalten, wie dies die 4 mit den dort dargestellten Längsrippen 13 mit abgerundeten äußeren Kanten zeigt. Die Abrundung der Längsrippen 13 erleichtert das Verpressen vom hülsenförmigen Frontteil 6 und Dorn 5.
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In den 5a und 5b ist das hülsenförmige Frontteil 6 in einer Lage vor dem Aufschieben auf einen Dorn dargestellt und zwar in zwei Ansichten (siehe oben), so dass das hülsenförmige Frontteil hier ohne irgendeine innere Verformung dargestellt ist.
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In der 6 ist das hülsenförmige Frontteil 6 dargestellt und zwar mit Blick auf den von ihm umgebenen inneren Hohlraum. Es handelt sich dabei um ein hülsenförmiges Frontteil, das mit Längsrippen 14 auf seiner Innenseite versehen ist. 7 zeigt eine gegenüber dem Ausführungsbeispiel aus 6 abgewandelte Gestaltung des hülsenförmigen Frontteils 6 mit Längsrippen 15.
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Bei der Darstellung gemäß 8 handelt es sich um die stirnseitige Ansicht eines hülsenförmigen Frontteils mit an seiner Außenfläche angeordneten Längsrippen 15, denen an der Innenseite des hülsenförmigen Frontteils angebrachte Längsrippen 14 gegenüber stehen.
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9 zeigt das hülsenförmige Frontteil 6 allein und vor dem Verpressen, ausgestattet mit einem Boden 16, was bei besonderen Anwendungsfällen vorteilhaft ist. In der 10 ist ein hülsenförmiges Frontteil 6 unverpresst mit einer Bohrspitze 17 dargestellt. Eine solche Gestaltung eignet sich besonders dann, wenn es sich darum handelt, mit der erfindungsgemäßen Schraube zunächst ein Loch in einem Halteteil (nicht dargestellt) zu bohren, wie dies bei selbstbohrenden Schrauben üblich ist.
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In den 11 bis 13 sind schließlich noch Abwandlungen der Gestaltung des hülsenförmigen Frontteils dargestellt. Gemäß 11 handelt es sich um ein hülsenförmiges Frontteil 18 mit konischer Gestaltung und dabei sich verengendem Mantelquerschnitt. Gemäß 12 handelt es sich um ein hülsenförmiges Frontteil 19, das ebenfalls konisch ausgebildet ist, allerdings mit im Bereich seines äußeren Teils gleichbleibendem Querschnitt.
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Schließlich ist in 13a und 13b ein hülsenförmiges Frontteil 20 mit unrunder Gestaltung dargestellt, die sich insbesondere aus 13b ergibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schraube
- 2
- Kopfteil
- 3
- Schraubenkopf
- 4
- Schlitz
- 5
- Dorn
- 6
- Frontteil
- 7
- Längsrippen
- 8
- Längsnuten
- 9
- Walzwerkzeug
- 10
- Walzwerkzeug
- 11
- Gewinde
- 12
- Material
- 13
- Längsrippen
- 14
- Längsrippen
- 15
- Längsrippen
- 16
- Boden
- 17
- Bohrspitze
- 18
- Frontteil
- 19
- Frontteil
- 20
- Frontteil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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