DE102014223905A1

DE102014223905A1 - Installationswerkzeug für einen Drahtgewindeeinsatz mit zurückbiegbarem Einbauzapfen sowie einInstallationsverfahren

Info

Publication number: DE102014223905A1
Application number: DE102014223905.2A
Authority: DE
Inventors: Dennis Henke; Andreas Marxkors; Holger Thommes
Original assignee: Boellhoff Verbindungstechnik GmbH
Current assignee: Boellhoff Verbindungstechnik GmbH
Priority date: 2014-11-24
Filing date: 2014-11-24
Publication date: 2016-05-25
Also published as: CN107872995A; EP3212361B1; US10773365B2; EP3212361A1; DK3212361T3; WO2016083188A1; CN107872995B; US20170361440A1; HUE053771T2

Abstract

Die erfindungsgemäßen Installationswerkzeuge sind an einen Drahtgewindeeinsatz angepasst, der eine zylindrische Wendel mit einer Mehrzahl von schraubenförmig gewickelten Windungen eines Drahts und einen über einen Biegebereich in ein Inneres der Wendel ragenden Mitnehmerzapfen mit Mitnehmerkerbe aufweist. Das Installationswerkzeug weist die folgenden Merkmale auf: eine drehbare Einbauspindel mit einem Antriebsende zum Drehen der Einbauspindel und einem Funktionsende zur Installation des Drahtgewindeeinsatzes, wobei das Funktionsende mindestens einen in Umfangsrichtung längenreduzierten Gewindegang umfasst, der an einem ersten Ende eine Mitnehmerkante zum Eingriff in eine Mitnehmerkerbe des Drahtgewindeeinsatzes und an einem zweiten Ende eine Aufbiegeschulter zum radial-auswärts Biegen des Mitnehmerzapfens des Drahtgewindeeinsatzes aufweist.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Installationswerkzeug für einen Drahtgewindeeinsatz zum Einbau in ein Aufnahmegewinde eines Bauteils sowie ein Installationsverfahren für diesen Drahtgewindeeinsatz in dem Bauteil mit Aufnahmegewinde.
2. Hintergrund der Erfindung
Im Stand der Technik sind verschiedene Drahtgewindeeinsätze zum Einbau in einem Aufnahmegewinde eines Bauteils bekannt. Sie sind beispielsweise in US-A-2,363,789 , EP-A-0 140 812 und EP-A-0 157 715 beschrieben. Regelmäßig muss der Außendurchmesser der zylindrischen Wände des Drahtgewindeeinsatzes etwas größer als der Außendurchmesser des Aufnahmegewindes des Bauteils gewählt werden. Daher muss der Einbau des Drahtgewindeeinsatzes in das Aufnahmegewinde des Bauteils unter einer Durchmesserverringerung des Drahtgewindeeinsatzes erfolgen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass durch die elastische Rückverformung des Drahtgewindeeinsatzes nach Installation im Aufnahmegewinde ein fester Sitz des Drahtgewindeeinsatzes erzielt wird.
Um das Einschrauben des Drahtgewindeeinsatzes in das Aufnahmegewinde zu erleichtern, wird in bekannter Weise ( EP-B1-0 228 981 ) eine halbe Windung am Ende der zylindrischen Wendel des Drahtgewindeeinsatzes radial nach innen eingezogen. Der kleinste Außendurchmesser des eingezogenen Abschnitts des Drahtgewindeeinsatzes soll etwa gleich oder etwas größer als der zugehörige Außendurchmesser des Aufnahmegewindes im Bauteil sein. Ferner ist bei diesem bekannten Drahtgewindeeinsatz der Drahtquerschnitt am Ende verjüngt, um das Einschrauben des Drahtgewindeeinsatzes in das Aufnahmegewinde zu erleichtern und Beschädigungen der Gewindebohrung im Bauteil zu vermeiden.
Verschiedene Ausgestaltungen von Drahtgewindeeinsätzen sind auch in EP-B1-0 983 445 offenbart. Ein Drahtgewindeeinsatz besteht aus einer zylindrischen Wendel mit einer Mehrzahl von schraubenförmig gewickelten Windungen besteht. Eine erste Windung dieser zylindrischen Wendel mündet in einen geradlinig radial in die zylindrische Wendel ragenden Einbauzapfen. Mit Hilfe eines geeigneten Installationswerkzeugs wird dieser Einbauzapfen gegriffen und damit der Drahtgewindeeinsatz in das Aufnahmegewinde des Bauteils eingeschraubt. Nach abgeschlossener Installation wird der Einbauzapfen entfernt, indem er mit Hilfe einer Sollbruchstelle in der ersten Windung abgebrochen wird. Auf diese Weise entsteht ein Aufnahmegewinde mit einem durchgängig verschraubbaren Drahtgewindeeinsatz.
DE 1 016 066 B offenbart eine Sperrschraube, an der ein Drahtgewindeeinsatz befestigbar ist. Zu diesem Zweck weist die Sperrschraube an einer Stirnseite einen Querschlitz auf, in dem ein radial einwärts gebogener Mitnehmerzapfen des Drahtgewindeeinsatzes aufnehmbar ist. Um die Sperrschraube aus dem Drahtgewindeeinsatz entfernen zu können, ist in der Sperrschraube ein innenliegender Kanal vorgesehen, der am Querschlitz endet. Durch diesen Kanal ist ein Stift steckbar, mit dem der Mitnehmerzapfen aus dem Querschlitz gedrückt wird. Dabei wird der Mitnehmerzapfen weder übermäßig abgebogen, abgebrochen oder bleibend verformt. Nachfolgend kann die Sperrschraube aus dem Drahtgewindeeinsatz entfernt werden.
DE 1 201 050 735 beschreibt verschiedene Alternativen eines Drahtgewindeeinsatzes mit zurückbiegbarem, aber nicht entfernbarem Zapfen. Die Zapfen dienen zum Installieren des Drahtgewindeeinsatzes in einer Bauteilöffnung mit Gewinde. Nach der Installation wird der Zapfen in die Umfangsform des Drahtgewindeeinsatzes zurückgebogen, ohne später das Einschrauben eines Gewindebolzens in den Drahtgewindeeinsatz zu behindern. Das Zurückbiegen erfolgt mit einem Installationswerkzeug mit Stauchklinge. Die Stauchklinge übt eine Kraft auf die freie Stirnseite des Zapfens aus und biegt ihn dadurch zurück. Um das Zurückbiegen zu erleichtern, weist ein Biegebereich zwischen Wendel und Zapfen des Drahtgewindeeinsatzes eine verjüngende Kerbe oder eine Mitnehmerkerbe auf. Die Mitnehmerkerbe dient gleichzeitig als Verjüngung im Biegebereich und als Installationshilfe des Drahtgewindeeinsatzes in der Bauteilöffnung.
Ausgehend von den bekannten Drahtgewindeeinsätzen mit zurückbiegbarem und nicht entfernbarem Zapfen ist es die technische Aufgabe vorliegender Erfindung, ein alternatives sowie technisch einfaches und robustes Installationswerkzeug und ein alternatives Installationsverfahren bereitzustellen, mit dem der Drahtgewindeeinsatz in einer Bauteilöffnung mit Gewinde installierbar ist.
3. Zusammenfassung der Erfindung
Die obige Aufgabe wird durch das Installationswerkzeug gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie durch das Installationswerkzeug gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 7 gelöst. Des Weiteren löst die obige Aufgabe das Installationsverfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen vorliegender Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung sowie den begleitenden Zeichnungen hervor.
Die erfindungsgemäßen Installationswerkzeuge sind an einen Drahtgewindeeinsatz angepasst, der eine zylindrische Wendel mit einer Mehrzahl von schraubenförmig gewickelten Windungen eines Drahts aufweist. Eine erste Windung umfasst einen über einen Biegebereich in ein Inneres der Wendel ragenden Mitnehmerzapfen mit Mitnehmerkerbe. Der Mitnehmerzapfen ragt radial einwärts bezogen auf die Wendel und schließt einen Winkel < 90° mit einer sich in der Verlaufsrichtung des Mitnehmerzapfens erstreckenden zweiten Windung der Wendel ein.
Gemäß einer ersten Alternative weist das Installationswerkzeug die folgenden Merkmale auf: eine drehbare Einbauspindel mit einem Antriebsende zum Drehen der Einbauspindel und einem Funktionsende zur Installation des Drahtgewindeeinsatzes, wobei das Funktionsende mindestens einen in Umfangsrichtung längenreduzierten Gewindegang umfasst, der an einem ersten Ende eine Mitnehmerkante zum Eingriff in eine Mitnehmerkerbe des Drahtgewindeeinsatzes und an einem zweiten Ende eine Aufbiegeschulter zum radial-auswärts Biegen des Mitnehmerzapfens des Drahtgewindeeinsatzes aufweist.
Das Installationswerkzeug weist eine an sich bekannte Einbauspindel auf, auf deren Funktionsende der einzubauende Drahtgewindeeinsatz drehfest befestigbar ist, sodass er durch Drehen der Einbauspindel in eine Bauteilöffnung mit Gewinde eingedreht werden kann. Die Drehung der Einbauspindel erfolgt über das Antriebsende, welches manuell oder mithilfe eines motorischen Antriebs bewegt wird. Auf dem Funktionsende der Einbauspindel ist der Drahtgewindeeinsatz in eine Drehrichtung der Einbauspindel drehfest befestigbar. In diesem Zusammenhang ist es einerseits bevorzugt, dass das Funktionsende ein passendes Außengewinde aufweist, sodass der Drahtgewindeeinsatz auf dieses Außengewinde aufschraubbar ist. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausfürungsform weist das Funktionsende einen Außendurchmesser auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Drahtgewindeeinsatzes. Aufgrund dieser Dimensionierung ist es möglich, den Drahtgewindeeinsatz auf das Funktionsende des Installationswerkzeugs aufzustecken.
Am Funktionsende, das dem Antriebsende der Einbauspindel gegenüber angeordnet ist, ist ein in seiner Umfangslänge reduzierter Gewindegang angeordnet. Dies bedeutet, dass an dem dem Antriebsende abgewandten Funktionsende der Einbauspindel gesehen in Längsrichtung der Einbauspindel mindestens ein letzter Gewindegang in seiner Länge derart reduziert ist, dass sich dieser letzte Gewindegang nicht über einen Drehwinkel von 360° um die Längsachse der Einbauspindel erstreckt. Vielmehr erstreckt sich der längenreduzierte Gewindegang in Umfangsrichtung vorzugsweise über eine Länge, die durch einen Drehwinkel von ≤ 270°, vorzugsweise ≤ 180°, um die Längsachse der Einbauspindel definiert ist.
Während der in Umfangsrichtung mindestens eine längenreduzierte Gewindegang eine radiale Außenseite zur Anlage an dem zu installierenden Drahtgewindeeinsatz bildet, sind die beiden gegenüberliegenden Enden des längenreduzierten Gewindegangs als Funktionselemente ausgebildet. An einem Ende befindet sich vorzugsweise die Mitnehmerkante, die durch einen radial inneren und einen radial äußeren Schenkel gebildet ist. Der radial innere und der radial äußere Schenkel schließen vorzugsweise einen Winkel < 90° ein.
An dem anderen Ende des mindestens einen längenreduzierten Gewindegangs ist die Aufbiegeschulter angeordnet. Die Aufbiegeschulter weist einen radial einwärts und entgegen einer Eindrehrichtung der Einbauspindel geneigten Steg auf, der mit einem radialen Außenrand der Einbauspindel bevorzugt einen Winkel < 90° einschließt. Die Mitnehmerkante bildet aufgrund ihrer bevorzugten spitzwinkligen Ausgestaltung eine klingenähnliche Führung in Eindrehrichtung des Drahtgewindeeinsatzes, die aufgrund ihrer Anordnung in die Mitnehmerkerbe des Drahtgewindeeinsatzes formschlüssig eingreift. Dieses formschlüssige Eingreifen gewährleistet eine drehfeste Verbindung zwischen Einbauspindel und Drahtgewindeeinsatz in Einschraubrichtung bzw. Installationsrichtung des Drahtgewindeeinsatzes in der Bauteilöffnung. Die Aufbiegeschulter wirkt hingegen nur bei einem Drehen der Einbauspindel entgegen der Installationsrichtung, also wenn die Einbauspindel drehend aus dem Drahtgewindeeinsatz entfernt wird. Aufgrund ihrer bevorzugten winkligen Ausgestaltung läuft der Mitnehmerzapfen beim Herausdrehen der Einbauspindel in einen Winkel ein, der durch die Aufbiegeschulter und die radial innere Wand der Bauteilöffnung gebildet wird. Die Aufbiegeschulter drückt bei weiterer Drehung den Mitnehmerzapfen gegen die radial innere Bauteilöffnung, sodass der Mitnehmerzapfen in die äußere Kontur des Drahtgewindeeinsatzes bleibend zurückgebogen wird. Dabei gleitet die Aufbiegeschulter entgegen der Eindrehrichtung des Drahtgewindeeinsatzes entlang des Mitnehmerzapfens.
Um dieses Zurückbiegen des Mitnehmerzapfens vorteilhaft zu unterstützen, ist die Aufbiegeschulter gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung krummlinig ausgebildet. Entsprechend weist die Aufbiegeschulter bezogen auf die Installationsspindel in ihrem Verlauf radial einwärts eine zunehmende Krümmung auf. Zudem ist es bevorzugt, dass die Aufbiegeschulter über den mindestens einen längenreduzierten Gewindegang integral mit der Mitnahmekante verbunden ist.
Vorliegende Erfindung umfasst eine weitere Alternative des Installationswerkzeugs für den Drahtgewindeeinsatz. Der Drahtgewindeeinsatz besteht aus einer zylindrischen Wendel mit einer Mehrzahl von schraubenförmig gewickelten Windungen eines Drahts, in der eine erste Windung einen über einen Biegebereich in ein Inneres der Wendel ragenden Mitnehmerzapfen mit Mitnehmerkerbe aufweist. Das Installationswerkzeug umfasst die folgenden Merkmale: eine drehbare Einbauspindel mit einem Antriebsende zum Drehen der Einbauspindel und mit einem Funktionsende zur Installation des Drahtgewindeeinsatzes in einer Bauteilöffnung, in der das Funktionsende einen ersten Gewindebereich mit einem ersten Kerndurchmesser und einen zweiten Gewindebereich mit einem zweiten Kerndurchmesser aufweist, wobei der erste Gewindebereich zwischen dem Antriebsende und dem zweiten Gewindebereich angeordnet ist, wobei der zweite Kerndurchmesser größer als der erste Kerndurchmesser ist und wobei das Funktionsende in einem Gewindegang eine Vertiefung aufweist, die einen Hinterschnitt für den Mitnehmerzapfen des Drahtgewindeeinsatzes in Eindrehrichtung des Drahtgewindeeinsatzes bildet.
Die zweite erfindungsgemäße Alternative des Installationswerkzeugs zeichnet sich durch ein Funktionsende mit zwei zueinander benachbarten Gewindebereichen aus. Der erste Gewindebereich dient im Wesentlichen der Aufnahme des zu installierenden Drahtgewindeeinsatzes. Wenn sich der Drahtgewindeeinsatz in diesem Gewindebereich befindet, wird er vorzugsweise in einer Bauteilöffnung eines Bauteils installiert. Der zweite Gewindebereich, der einen größeren Kerndurchmesser als der erste Gewindebereich aufweist, ist derart angeordnet, dass beim Entfernen der Einbauspindel aus dem installierten Drahtgewindeeinsatz dieser zweite Gewindebereich durch den installierten Drahtgewindeeinsatz geschraubt werden muss. Aufgrund des größeren Kerndurchmessers des zweiten Gewindebereichs, der sich beim Herausschrauben der Einbauspindel aus dem Drahtgewindeeinsatz durch den Drahtgewindeeinsatz zwängt, wird der Mitnehmerzapfen mit Mitnehmerkerbe radial auswärts in die umfängliche äußere Kontur des Drahtgewindeeinsatzes zurückgebogen. Da sich im Biegebereich vorzugsweise verschiedene mechanische Spannungszustände überlagern, wird der Mitnehmerzapfen bleibend in die Umfangskontur des Drahtgewindeeinsatzes zurückgebogen. Vorzugsweise ist nach dem Zurückbiegen der Mitnehmerzapfen maßgenau oder lehrenhaltig in der äußeren Kontur des Drahtgewindeeinsatzes oder im Gewinde der Einbauöffnung des Drahtgewindeeinsatzes angeordnet.
Um den Drahtgewindeeinsatz aufgespindelt oder aufgesteckt auf das Funktionsende beim Einbau drehfest zu halten, ist die oben genannte Vertiefung vorgesehen. Diese Vertiefung ist vorzugsweise im ersten Gewindebereich angeordnet, bevorzugt innerhalb eines Drehwinkels von 270° beginnend am bzw. angrenzend an den zweiten Gewindebereich. Der radial einwärts gebogene Mitnehmerzapfen mit Mitnehmerkerbe schnappt beim Aufspindeln oder auf Aufstecken des Drahtgewindeeinsatzes auf das Funktionsende in diese Vertiefung ein. Mit der Anordnung der Vertiefung beabstandet zum zweiten Gewindebereich wird garantiert, dass erst beim Aufspindeln der Einbauspindel aus dem installierten Drahtgewindeeinsatz der zweite Gewindebereich in Kombination mit der radialen Innenwand der Bauteilöffnung ausreichende mechanische Spannungen im Mitnehmerzapfen erzeugt, die den Mitnehmerzapfen dauerhaft zurückbiegen.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass der zweite Kerndurchmesser mindestens 0,1% größer als der erste Kerndurchmesser ist, vorzugsweise in einem Bereich von 0,1% bis 2% größer als der erste Kerndurchmesser. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Alternative des Installationswerkzeugs erstreckt sich der zweite Gewindebereich über einen Drehwinkel von mindestens 180° um die Längsachse der Einbauspindel.
Vorliegende Erfindung umfasst zudem ein Installationsverfahren des Drahtgewindeeinsatzes mit zurückbiegbarem, nicht entfernbarem Mitnehmerzapfen und einer Mitnehmerkerbe mithilfe eines Installationswerkzeugs in einem Aufnahmegewinde eines Bauteils, vorzugsweise mit einem Installationswerkzeug gemäß Anspruch 1 oder 7, das die folgenden Schritte aufweist: Aufspindeln oder Aufstecken des Drahtgewindeeinsatzes auf ein Funktionsende einer Einbauspindel des Installationswerkzeugs derart, dass die Mitnehmerkerbe formschlüssig an eine Mitnehmerkante oder eine radiale Vertiefung des Installationswerkzeugs koppelt und den Drahtgewindeeinsatz drehfest mit dem Installationswerkzeug verbindet, Einschrauben des Drahtgewindeeinsatzes in das Aufnahmegewinde durch Drehen der Einbauspindel in eine erste Drehrichtung, Zurückbiegen des Mitnehmerzapfens in das Aufnahmegewinde durch Drehen der Einbauspindel in eine zweite Drehrichtung und Ausspindeln oder Entfernen der Einbauspindel aus dem Drahtgewindeeinsatz mit zurückgebogenem Mitnehmerzapfen.
Im Rahmen des Installationsverfahrens ist es weiterhin bevorzugt, dass ein radiales Zurückbiegen des Mitnehmerzapfens durch eine Aufbiegeschulter oder einen zweiten Gewindebereich mit vergrößertem Kerndurchmesser im Vergleich zu einem ersten Gewindebereich am Funktionsende der Einbauspindel erfolgt.
4. Kurze Beschreibung der begleitenden Zeichnungen
Die verschiedenen/bevorzugten Ausführungsformen vorliegender Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine stirnseitige Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Drahtgewindeeinsatzes mit zurückbiegbarem Mitnehmerzapfen und Mitnehmerkerbe,
2 eine stirnseitige Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Drahtgewindeeinsatzes mit zurückbiegbarem Mitnehmerzapfen und Mitnehmerkerbe,
3 eine perspektivische Ansicht eines bevorzugten Drahtgewindeeinsatzes mit zurückgebogenem Mitnehmerzapfen und mit Mitnehmerkerbe,
4 eine stirnseitige Ansicht einer bevorzugten ersten Alternative des erfindungsgemäßen Installationswerkzeugs,
5 eine stirnseitige Ansicht einer weiteren bevorzugten ersten Alternative des Installationswerkzeugs,
6 eine seitliche Schnittansicht der bevorzugten ersten Alternative des Installationswerkzeugs,
7 eine seitliche Schnittansicht einer bevorzugten zweiten Alternative des Installationswerkzeugs,
8 eine schematische Ansicht der beiden Gewindebereiche der bevorzugten zweiten Alternative des Installationswerkzeugs und
9 ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Installationsverfahrens des Drahtgewindeeinsatzes in einem Innengewinde einer Bauteilöffnung eines Bauteils mit einem Installationswerkzeug.
5. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Vorliegende Erfindung betrifft unterschiedliche Alternativen eines Installationswerkzeugs zum Einbau eines Drahtgewindeeinsatzes 1 in einer Bauteilöffnung mit Innengewinde eines Bauteils. Die Verwendung und Dimensionierung von Drahtgewindeeinsätzen 1 ist im Stand der Technik bekannt.
Der erfindungsgemäße Drahtgewindeeinsatz 1 ist aus einem Draht bekannten Materials und bekannter Querschnittsform gewickelt. Bezugnehmend auf die 1–3 umfasst der Drahtgewindeeinsatz 1 eine zylindrische Wendel 20 bestehend aus einer Mehrzahl von schraubenförmig gewickelten Windungen 30. Die Wendel 20 weist ein erstes Ende 22 und ein zweites Ende 24 auf. Am ersten Ende 22 der zylindrischen Wendel 20 ist ein Mitnehmerzapfen 50 mit einer Mitnehmerkerbe 42 angeordnet, der in einer Radialebene der zylindrischen Wendel 20 in das Innere der zylindrischen Wendel 20 ragt.
Der Mitnehmerzapfen 50 ist über einen Biegebereich 40 mit einer ersten Windung 32 der zylindrischen Wendel 20 an ihrem ersten Ende 22 verbunden. Der Mitnehmerzapfen 50 ragt nicht geradlinig radial in das Innere der zylindrischen Wendel 20, wie anhand der 1 und 2 zu erkennen ist. Stattdessen hat der Mitnehmerzapfen 50 annähernd die Form eines Kreisbogens. Der Kreisbogen des Mitnehmerzapfens 50 besitzt vorzugsweise den gleichen oder einen größeren Radius als die zylindrische Wendel 20, so dass der Mitnehmerzapfen 50 aus dem Inneren der zylindrischen Wendel 20 in den Verlauf der ersten Windung 32 bleibend zurückbiegbar ist. Es ist ebenfalls bevorzugt, den Kreisbogen des Mitnehmerzapfens 50 mit einem Radius auszubilden, der sich maximal mit ±1% von dem Radius der zylindrischen Wendel 20 unterscheidet. Zudem schließt der Mitnehmerzapfen 50 mit der Umfangskontur des Drahtgewindeeinsatzes einen Winkel α ein. Bevorzugt ist der Winkel α kleiner als 90° und bildet einen spitzen Winkel. Es hat sich gezeigt, dass sich bei einem Mitnehmerzapfen 50 mit einer Länge von 0,2 U bis 0,4 U dieser aus einem Winkel α von 5° ≤ α ≤ 50°, bevorzugt 1° ≤ α ≤ 35°, vorteilhaft in die Umfangskontur des Drahtgewindeeinsatzes 1 zurückbiegen lässt. Dabei wirkt sich vorteilhaft aus, dass der Mitnehmerzapfen 50 mit seiner Länge am Installationswerkzeug (siehe unten) über Reibschluss anliegt. Dadurch wird mehrachsiger mechanischer Spannungszustand in den Biegebereich 40 übertragen, der das bleibende Zurückbiegen des Mitnehmerzapfens gewährleistet. Im Falle eines Mitnehmerzapfens 50 mit einer bevorzugten Länge L_Z von 0,05 U ≤ L_Z ≤ 0,1 U ist der Mitnehmerzapfen 50 vorzugsweise in einem Winkelbereich von 5° ≤ α ≤ 45°, bevorzugt 5° ≤ α ≤ 30° angeordnet. Die Größe U bezeichnet des Umfang des Drahtgewindeeinsatzes 1, der sich aus dem Radius oder dem Durchmesser des Drahtgewindeeinsatzes 1 berechnen lässt.
Der Biegebereich 40 hat die Funktion, den Mitnehmerzapfen 50 biegbar und zugsteif mit dem Rest des Drahtgewindeeinsatzes 1 zu verbinden. Dadurch ist gewährleistet, dass beim Installieren des Drahtgewindeeinsatzes 1 in einem Aufnahmegewinde A eines Bauteils B ein ausreichend hohes Drehmoment über den Mitnehmerzapfen 50 auf den Drahtgewindeeinsatz 1 aufgebracht werden kann. Basierend auf dieser konstruktiven Grundlage kann der Drahtgewindeeinsatz 1 über den Mitnehmerzapfen 50 in das Aufnahmegewinde A gezogen werden, ohne dass der Mitnehmerzapfen 50 abbricht. Um das erforderliche Drehmoment zum Einschrauben des Drahtgewindeeinsatzes in die Bauteilöffnung auf den Drahtgewindeeinsatz übertragen zu können, weist der Drahtgewindeeinsatz die Mitnehmerkerbe 42 auf. Die Mitnehmerkerbe 42 besteht in Eindrehrichtung R (siehe 1, 2) aus einer radialen Vertiefung an einer radialen Innenseite des Biegebereichs 40. In Eindrehrichtung R weist die Mitnehmerkerbe 42 einen Hinterschnitt 43 auf, der ein drehfestes Ankoppeln (in Eindrehrichtung R) eines Installationswerkzeugs (siehe unten) an die Mitnehmerkerbe 42 und ein Mitdrehen des Drahtgewindeeinsatzes 1 erlaubt. Bevorzugt ist die Mitnehmerkerbe 42 derart positioniert, dass der Hinterschnitt 43 innerhalb der Umfangskontur des Drahtgewindeeinsatzes 1 angeordnet ist. Vorzugsweise ragt der Hinterschnitt 43 radial einwärts über den inneren Rand 25 des Drahtgewindeeinsatzes 1 hinaus. Auf diese Weise wird ein Ankoppeln zwischen Installationswerkzeug und Drahtgewindeeinsatz unterstützt.
Zudem gewährleistet der Biegebereich 40, dass der Mitnehmerzapfen 50 dauerhaft in das Aufnahmegewinde A des Bauteils B oder allgemein in den Verlauf der ersten Windung 32 zurückbiegbar ist. Dazu weist der Biegebereich 40 die gleichen mechanischen, thermischen, chemischen und geometrischen Eigenschaften wie der Draht der zylindrischen Wendel 20 auf. Mit Hilfe eines geeigneten Installationswerkzeugs (siehe unten) wird beim Zurückbiegen der Mitnehmerzapfen 50 in radialer Richtung aus dem Inneren der zylindrischen Wendel 20 heraus gebogen, ohne dass der Mitnehmerzapfen 50 danach elastisch wieder in das Innere der zylindrischen Wendel 20 zurückkehrt. Dieser Zustand ist in 4 veranschaulicht.
Um das Zurückbiegen des Mitnehmerzapfens 50 in das Aufnahmegewinde A oder in den Verlauf der ersten Windung 32 zu unterstützen, ist vorzugsweise der Draht im Biegebereich 40 in seinen Biegeeigenschaften im Vergleich zum Draht der zylindrischen Wendel 20 verändert. Diese Veränderung des Biegebereichs 40 ist gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen vorliegender Erfindung mechanisch, geometrisch, thermisch, chemisch oder auf andere Weise erzeugt.
Gemäß der in den 2 und 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist der Draht des Biegebereichs 40 im Vergleich zum Draht der zylindrischen Wendel 20 in seinem Querschnitt verjüngt. Dies wird über die Mitnehmerkerbe 42 realisiert. Die Verjüngung oder Kerbe 42 ist derart ausgebildet, dass ein geringer Kerbfaktor beim Zurückbiegen des Mitnehmerzapfens 50 entsteht und daher der Mitnehmerzapfen 50 während des Zurückbiegens nicht abbricht. Die Mitnehmerkerbe 42 ist an der radialen Innenseite des Biegebereichs 40 angeordnet. Die Mitnehmerkerbe ist derart geformt und positioniert, dass sie zum Eindrehen des Drahtgewindeeinsatzes 1 in ein Aufnahmegewinde in eine in der Kontur des Eindrehwerkzeugs befindliche Mitnehmerklinge oder -kante einlaufen kann und sich an dieser formschlüssig verhakt. Wie man in den 2 und 3 erkennen kann, bildet die in Eindrehrichtung des Drahtgewindeeinsatzes 1 vorgelagerte Seite der Mitnehmerkerbe 42 einen Hinterschnitt, an der die Mitnehmerklinge formschlüssig anliegt. Der radial einwärts gebogene Mitnehmerzapfen 50 unterstützt das Eingreifen der Mitnehmerklinge oder -kante in die Mitnehmerkerbe 42, weil zumindest die in Eindrehrichtung vorgelagerte Seite der Mitnehmerkerbe 42 über die Umfangskontur radial einwärts in ein Inneres des Drahtgewindeeinsatzes 1 ragt. Somit realisiert die Mitnehmerkerbe 42 gleichzeitig zwei Funktionen. Einerseits ermöglicht sie das Eingreifen und Verriegeln der Mitnehmerklinge oder -kante eines Installationswerkzeugs für den Drahtgewindeeinsatz 1. Andererseits stellt sie eine Verjüngung des Biegebereichs 40 dar, der ein Zurückbiegen des Mitnehmerzapfens 50 in das Aufnahmegewinde des Bauteils unterstützt.
Um das mechanische Widerstandsmoment oder das elastische Rückstellmoment des Drahts im Biegebereich 40 zu reduzieren, beispielsweise von bis zu 2000 MPa auf ca. 400 MPa, wird dazu der Biegebereich mechanisch bearbeitet. Geeignete Verfahren umfassen das Kerben, Fräsen, Stanzen, Schmieden, Schleifen, Polieren, Kaltschlagen, Beizen, Läppen, um den Querschnitt des Biegebereichs 40 zu verringern. Gleichzeitig muss gewährleistet sein, dass die Korrosionseigenschaften im Biegebereich 40 nach der Bearbeitung wiederhergestellt werden.
Der bevorzugte Drahtgewindeeinsatz 1 lässt sich daher zusammenfassend folgendermaßen charakterisieren: Drahtgewindeeinsatz 1 zum Einbau in einem Aufnahmegewinde eines Bauteils, der die folgenden Merkmale aufweist: eine zylindrische Wendel 20 bestehend aus einer Mehrzahl von schraubenförmig gewickelten Windungen 30 eines Drahts, die ein erstes 22 und ein zweites Ende 24 umfasst, wobei eine an dem ersten Ende 22 vorgesehene erste Windung 32 einen über einen Biegebereich 40 in ein Inneres 26 der Wendel 20 ragenden Mitnehmerzapfen 50 mit einer Mitnehmerkerbe 42 aufweist und wobei der Mitnehmerzapfen 50 untrennbar mit der ersten Windung 32 verbunden, über den Biegebereich 40 aus dem Inneren 26 der Wendel 20 zurückbiegbar und der Drahtgewindeeinsatz 1 über die Mitnehmerkerbe 42 und den Mitnehmerzapfen 50 installierbar ist. Weiter bevorzugt ist der Mitnehmerzapfen 50 des Drahtgewindeeinsatzes 1 dauerhaft in das Aufnahmegewinde A des Bauteils B zurückbiegbar. Zudem bevorzugt ist der Mitnehmerzapfen 50 ein Kreisbogen, dessen Zapfenradius annähernd gleich einem Radius der ersten Windung 32 der zylindrischen Wendel 20 ist. Für weitere konstruktive Details des Drahtgewindeeinsatzes wird auf DE 1 2010 050 735 verwiesen, die hiermit als Referenz aufgenommen ist.
Basierend auf den oben beschriebenen Ausgestaltungen des Biegebereichs 40 und der Form des Mitnehmerzapfens 50 kann der Mitnehmerzapfen 50 eines im Aufnahmegewinde A des Bauteils B installierten Drahtgewindeeinsatzes 1 aus dem Inneren der zylindrischen Wendel 20 herausgebogen werden, so dass das Aufnahmegewinde A mit dem Drahtgewindeeinsatz 1 lehrenhaltig ist. Das bedeutet, dass eine Schraube oder ein Gewindelehrdorn mit einem vernachlässigbar geringen zusätzlichen Drehmoment bzw. Reibmoment aufgrund des zurückgebogenen Mitnehmerzapfens 50 in das Aufnahmegewinde A mit dem Drahtgewindeeinsatz 1 einschraubbar ist. Die Lehrenhaltigkeit des Aufnahmegewindes A mit dem Drahtgewindeeinsatz 1 ist dadurch nachweisbar, dass ein manuelles Eindrehen des Gewindelehrdorns gemäß der Toleranzklasse 6 H, vorzugsweise der Toleranzklasse 5 H, gewährleistet ist.
Gemäß unterschiedlicher Ausgestaltungen vorliegender Erfindung ist der Mitnehmerzapfen 50 unterschiedlich lang ausgebildet (siehe oben). Im zurückgebogenen Zustand gemäß 3 erstreckt sich der Mitnehmerzapfen 50 über einen Kreisbogen A_RZ mit einer Länge L_Z von 0,05 U ≤ L_Z ≤ 0,4 U, bevorzugt 0,2 U ≤ L_Z ≤ 0,4 U oder 0,05 U ≤ L_Z ≤ 0,1 U. Dabei bezeichnet U den äußeren Umfang des Drahtgewindeeinsatzes. Die Länge L_Z des Mitnehmerzapfens wird jeweils beginnend im Biegebereich 40 bis zum freien Ende des Mitnehmerzapfens 50 gemessen.
Die 1 und 2 zeigen zwei bevorzugte Ausführungsformen eines Drahtgewindeeinsatzes 1, die mithilfe der unten näher beschriebenen Installationswerkzeuge in einer Bauteilöffnung installiert werden. 3 zeigt schematisch einen Drahtgewindeeinsatz 1 mit zurückgebogenem Mitnehmerzapfen 50, wie er installiert in einer Bauteilöffnung angeordnet wäre.
Der Drahtgewindeeinsatz 1 wird mithilfe eines Installationswerkzeugs 60; 60' in die Bauteilöffnung mit Gewinde (nicht gezeigt) eingebaut. Zwei alternative bevorzugte Konstruktionen des Installationswerkzeugs 60; 60' sind in den 4–6 und 7–8 schematisch veranschaulicht. Bei der Beschreibung der alternativen Installationswerkzeuge 60; 60' sind gleiche konstruktive Details mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Zudem gelten Beschreibungen dieser gleichen konstruktiven Details gleichermaßen für beide Alternativen des Installationswerkzeugs 60; 60', selbst wenn sie nur im Zusammenhang mit einer Alternative diskutiert worden sind.
Die Installationswerkzeuge 60; 60' umfassen jeweils eine drehbare Einbauspindel 62 mit einem Antriebsende 64 und einem Funktionsende 70; 70'. Die Einbauspindel 62 ist über das Antriebsende 64 manuell oder maschinell mit einem entsprechenden, bspw. elektromotorischen, Antrieb (nicht gezeigt) drehbar. Zunächst wird der Drahtgewindeeinsatz 1 auf dem Funktionsende 70; 70' befestigt bzw. angeordnet (Schritt S1). Hierzu nimmt man den Drahtgewindeeinsatz 1 bspw. zwischen Daumen und Zeigefinger und schraubt das Funktionsende 70; 70' der Einbauspindel 62 in den Drahtgewindeeinsatz 1 ein. Das Funktionsende 70; 70' läuft dabei an der Stirnseite des Drahtgewindeeinsatzes 1 ein, die der Stirnseite des Drahtgewindeeinsatzes 1 mit Mitnehmerzapfen 50 gegenüberliegt. In Abhängigkeit davon, ob der Drahtgewindeeinsatz 1 ein Rechts- oder ein Linksgewinde aufweist, wird die Einbauspindel 62 rechts- oder linksherum gedreht.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung wird das Funktionsende 70; 70' der Einbauspindel 62 im Durchmesser kleiner bereitzustellt als ein Innendurchmesser des Drahtgewindeeinsatzes 1. In diesem Fall wird der Drahtgewindeeinsatz 1 auf das Funktionsende 70; 70' aufgesteckt, um ihn auf bzw. an der Einbauspindel 62 anzuordnen bzw. zu befestigen. Obwohl in diesem Fall die Lehrenhaltigkeit des eingebauten Drahtgewindeeinsatzes beeinträchtigt ist, ist das Einschrauben einer Schraube in den installierten Drahtgewindeeinsatzes möglich.
Eine bevorzugte Ausführungsform der ersten Alternative des Installationswerkzeugs 60 ist in den 4–6 dargestellt. Das Funktionsende 70 der Einbauspindel 62 weist einen passend zum Drahtgewindeeinsatz 1 ausgebildeten Gewindeabschnitt 72 auf. Der Gewindeabschnitt 72 erstreckt sich beginnend am freien Ende der Einbauspindel 62 bevorzugt über zumindest eine Teillänge des Funktionsendes 70. Diese Teillänge entspricht gemäß einer Ausführungsform vorliegender Erfindung mindestens einer axialen Länge des Drahtgewindeeinsatzes 1, sodass dieser in seiner vollen Länge auf das Funktionsende 70 aufgespindelt werden kann. Es ist ebenfalls bevorzugt, den Gewindeabschnitt 72 kürzer auszubilden. In diesem Fall schließt sich in Befestigungsrichtung B des Drahtgewindeeinsatzes 1 auf dem Funktionsende 70 an den Gewindeabschnitt 72 ein Aufnahmebereich 74 geringeren Durchmessers im Vergleich zum Gewindeabschnitt 72 an. Dieser Aufnahmebereich 74 erlaubt ein Auflaufen und späteres Unterstützen und Führen des Drahtgewindeeinsatzes 1, ohne dass die Funktion des Gewindeabschnitts 72 eingeschränkt ist.
Der Gewindeabschnitt 72 umfasst einen umlaufenden Gewindegang, der sich wendelartig um die Einbauspindel 62 am Funktionsende 70 erstreckt. Der Gewindegang wird durch zwei radial auswärts ragende einander gegenüberliegende Flanken gebildet, zwischen denen der wendelförmig gebogene Draht des Drahtgewindeeinsatzes 1 geführt wird. Nahe dem freien Ende des Funktionsendes 70, das dem Antriebsende 64 abgewandt ist, ist der Gewindegang 72 durchbrochen (Durchbruch 73). Innerhalb des Durchbruchs 73 ist der Draht des Drahtgewindeeinsatzes 1 über den Längenbereich eines Drehwinkels γ von vorzugsweise mindestens 360° nicht beidseitig von Flanken des Gewindegangs unterstützt oder geführt. Aufgrund dieses Durchbruchs 73 oder des zumindest einseitig flankenlosen Längenbereichs definiert durch den Winkel γ und den Durchmesser des Funktionsendes 70 umfasst das Funktionsende 70 einen längenreduzierten ersten Gewindegang 72a und einen zweiten Gewindegang 72b.
Der Durchbruch 73 wird durch einen stirnseitigen axialen Fortsatz 80 des Funktionsendes 70 gebildet, der entgegen der Befestigungsrichtung B des Drahtgewindeeinsatzes 1 von der Stirnseite des Funktionsendes 70 vorsteht. Der Fortsatz 80 erstreckt sich nur über einen Teil der Stirnseite, wie man in den 4 und 5 erkennen kann. Dadurch springt ein Teil der stirnseitigen Fläche des Funktionsendes 70 hinter der Fortsatz 80 zurück, wodurch der Durchbruch 73 entsteht.
Der Fortsatz 80 ist entlang einer Umfangsstrecke durch den längenreduzierten ersten Gewindegang 72a definiert. Bevorzugt erstreckt sich der längenreduzierte erste Gewindegang 72a und somit die eine Seite des Fortsatzes 80 über eine durch einen Winkel β definierte Bogenlänge S. Der Winkel β hat eine bevorzugte Größe von 150° ≤ β ≤ 240°.
In Eindrehrichtung R des Funktionsendes 70 in den Drahtgewindeeinsatz 1 weist das vordere Ende des längenreduzierten ersten Gewindegangs 72 und somit auch das vordere Ende des Fortsatzes 80 eine Mitnehmerkante 82 auf. Die Mitnehmerkante 82 erstreckt sich vorzugsweise parallel zur Längsachse der Einbauspindel 62. Der Verlauf der Mitnehmerkante 82 kann aber auch von dieser Orientierung abweichen, solange das funktionelle Zusammenwirken zwischen Mitnehmerkerbe 42 und Mitnehmerkante 82 gewährleistet ist. Wird nämlich das Funktionsende 70 in Eindrehrichtung R in den Drahtgewindeeinsatz 1 mit Mitnehmerkerbe 42 eingeschraubt (Schritt S1), läuft die Mitnehmerkante 82 selbstständig in die Mitnehmerkerbe 42 ein (Schritt S2). Dabei greift die Mitnehmerkante 82 in den Hinterschnitt 43 ein, sodass in Eindrehrichtung R eine drehfeste Verbindung zwischen Einbauspindel 62 und Drahtgewindeeinsatz 1 entsteht. Die drehfeste Verbindung gewährleistet, dass über eine Drehung der Einbauspindel 62 der Drahtgewindeeinsatz 1 mitgedreht wird und auf diese Weise in einem Innengewinde einer Bauteilöffnung eines Bauteils installiert werden kann. Bevorzugt ist die Mitnehmerkante 82 bezogen auf einen Kernradius r_K des längenreduzierten ersten Gewindegangs 72a radial einwärts versetzt angeordnet. Der Kernradius r_K ist in den 4 und 5 gezeigt. Er ist durch den Abstand zwischen der Mittelachse der Einbauspindel 62 und dem radial äußeren Rand des Gewindekerns bzw. dem Boden des Gewindegangs 72a, 72b definiert. Vorzugsweise ist die Mitnehmerkante 82 um die Länge l_MK von der Mittelachse der Installationsspindel 62 beabstandet. Die Länge l_MK umfasst bevorzugt einen Bereich von r_K > l_MK ≥ 1,4 r_K, um ein optimales Zusammenwirken der Mitnehmerkerbe 42 und der Mitnehmerkante 82 zu gewährleisten.
Sobald die Mitnehmerkante 82 in die Mitnehmerkerbe 42 des Drahtgewindeeinsatzes 1 eingreift, dreht die Einbauspindel 62 den Drahtgewindeeinsatz 1 mit. Während des Einschraubens des Drahtgewindeeinsatzes 1 in eine Bauteilöffnung (Schritt S3) zieht die Mitnehmerkante 82 durch den drehfesten Eingriff am Hinterschnitt 43 den Drahtgewindeeinsatz 1 in Eindrehrichtung R. Dabei legt sich die erste Windung 32, die sich an den Mitnehmerzapfen 50 anschließt, an den längenreduzierten erste Gewindegang 72a an und bildet mit ihm eine zusätzliche reibschlüssige Verbindung. Diese reibschlüssige Verbindung unterstützt die Übertragung des installierenden Drehmoments von der Einbauspindel 62 auf den Drahtgewindeeinsatz 1. Denn das installierende und auf den Drahtgewindeeinsatz 1 zu übertragende Drehmoment wird dadurch auf die Mitnehmerkante 82 und den längenreduzierten ersten Gewindegang 72a verteilt. Daher ist es bevorzugt, die Länge des längenreduzierten ersten Gewindegangs 72a (siehe Winkel β, oben) in Abhängigkeit von dem zu übertragenden Drehmoment einzustellen. Daraus folgt, dass bei einem größeren zu übertragenden Drehmoment zwischen Installationsspindel 62 und Drahtgewindeeinsatz 1 der längenreduzierte erste Gewindegang 72a länger ausgebildet wird als bei einem kleineren zu übertragenden Drehmoment.
Vorzugsweise wird die Mitnehmerkante 82 durch einen radial inneren und einen radial äußeren Schenkel gebildet. Diese beiden Schenkel schließen einen Winkel von < 90°, bevorzugt < 50° und weitere bevorzugt < 40°, ein. Es ist ebenfalls bevorzugt, dass der längenreduzierte erste Gewindegang 72a in einem axialen Steg ausläuft, der durch seine Breite die Mitnehmerkante 82 bildet.
Der längenreduzierte erste Gewindegang 72a läuft an seinem der Eindrehrichtung R abgewandten Ende in einer Aufbiegeschulter aus. Die Aufbiegeschulter 84 besteht aus einer bezogen auf den Kernradius r_K geraden winklig ausgerichteten Fläche (nicht gezeigt) oder aus einer krummlinigen Fläche. Die Aufbiegeschulter 84 bildet eine axiale Begrenzungsfläche 85 des Fortsatzes 80. Vorzugsweise schließt die Aufbiegeschulter 84 mit dem Außenrand der Einbauspindel 62 einen Winkel δ < 90°, bevorzugt 90° > δ > 30°, ein. Besteht die Aufbiegeschulter 84 aus einer krummlinigen Fläche, wird der Winkel δ zwischen der Tangente T_δ an der Fläche 85 im Schnittpunkt mit dem Außenrand der Einbauspindel 62 und dem Außenrand der Einbauspindel 62 gemessen (siehe 4 und 5). Weiterhin bevorzugt ist die Aufbiegeschulter 84 krummlinig ausgebildet. Die krummlinig geformte Aufbiegeschulter 84 weist bezogen auf die Installationsspindel 62 im Verlauf radial einwärts eine zunehmende Krümmung auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Aufbiegeschulter 84 über den längenreduzierten Gewindegang 72a und direkt mit der Mitnahmekante 82 integral verbunden. Auf diese Weise ist der Fortsatz 85 stabil ausgebildet und bildet eine ergänzende radiale Stütze für den längenreduzierten ersten Gewindegang 72a.
Nachdem der Drahtgewindeeinsatz 1 ausreichend tief in die Bauteilöffnung mit Gewinde eingedreht worden ist, wird die Einbauspindel 62 entgegen der Eindrehrichtung R gedreht (Schritt S4). Dabei löst sich der Eingriff der Mitnahmekante 82 aus der Mitnehmerkerbe 42. Bei weiterer Drehung der Einbauspindel 62 und somit des Funktionsendes 70 gelangt die Aufbiegeschulter 84 in Anlage mit dem Mitnehmerzapfen 50. Über die weitere Drehung des Funktionsendes 70 entgegen der Eindrehrichtung R drückt die Aufbiegeschulter 84 den Mitnehmerzapfen 50 radial auswärts in die Umfangskontur des Drahtgewindeeinsatzes 1. Dabei gleitet der Mitnehmerzapfen 50 auf der axialen Fläche 85 der Aufbiegeschulter 84. Während des Zurückbiegens des Mitnehmerzapfens 50 (Schritt S5) wird der Biegebereich 40 derart mechanisch belastet, dass der Mitnehmerzapfen 50 bleibend in die Umfangskontur des Drahtgewindeeinsatz 1 zurückgebogen wird. Somit biegt beim Ausspindeln bzw. Ausdrehen der Einbauspindel 62 aus dem Drahtgewindeeinsatz 1 die Aufbiegeschulter 84 den durch die Mitnehmerkerbe 42 geschwächten Mitnehmerzapfen 50 radial in das Innengewinde der Bauteilöffnung zurück. Der Mitnehmerzapfen 50 ist dadurch bleibend und über die Hüllkontur einer Schraube und eines Gewindelehrdorns hinaus radial nach außen gebogen. Das Eindrehmoment einer Schraube in den Drahtgewindeeinsatz 1 mit zurückgebogenem Mitnehmerzapfen 50 ist annähernd Null. Die auf diese Weise erzielte Lehrenhaltigkeit des Drahtgewindeeinsatzes 1 mit zurückgebogenem Zapfen 50 bedeutet, dass der zurückgebogene Zapfen 50 das durch den Drahtgewindeeinsatz 1 vorgegebene Gewinde nicht stört. Der Nachweis einer derartigen Lehrenhaltigkeit erfolgt gemäß Toleranzklasse 6 H, nach der der Lehrdorn manuell in den installierten Drahtgewindeeinsatz 1 mit zurückgebogenem Zapfen 50 eingedreht wird. (Siehe auch ISO-Norm 965-1)
Eine bevorzugte Ausführungsform der zweiten Alternative des Installationswerkzeugs ist schematisch in 6 gezeigt. Im Unterschied zur ersten Alternative des Installationswerkzeugs weist es ein anderes Funktionsende 70' auf. Das bevorzugte Funktionsende 70' umfasst einen ersten 90 und einen zweiten Gewindebereich 92, die benachbart zum freien Ende des Funktionsendes 70' gegenüber dem Antriebsende 64 angeordnet sind. Vorzugsweise grenzen beide Gewindebereiche 90, 92 unmittelbar aneinander an, um einen reibungslosen Übergang des Drahtgewindeeinsatzes 1 zwischen den Gewindebereichen 90, 92 beim Aufschrauben und Abschrauben vom Funktionsende 70' zu gewährleisten. Es ist ebenfalls bevorzugt, die beiden Gewindebereiche 90, 92 axial beabstandet zueinander auf dem Funktionsende 70' anzuordnen.
Im zweiten Gewindebereich 92 ist ein Gewinde passend zur Form der Drahtwendel des Drahtgewindeeinsatzes 1 vorgesehen. Dieses Gewinde des zweiten Gewindebereichs 92 hat die gleichen Eigenschaften wie der Gewindegang 72b des Funktionsendes 70 (siehe oben). Durch die an den Drahtgewindeeinsatz 1 angepasste Form und Größe des Gewindes kann der Drahtgewindeeinsatz 1 ohne weiteres in den zweiten Gewindebereich 92 einlaufen. Der zweite Gewindebereich 92 lässt sich durch einen Kernradius r_K2 charakterisieren, wie es in 7 gezeigt ist. Der Kernradius r_K2 definiert den Abstand zwischen der Längsachse des Funktionsendes 70' und der radialen Außenseite des Gewindekerns des zweiten Gewindebereichs 92.
Wie man anhand der 7 und 8 erkennen kann, ist ein Gewindekern des ersten Gewindebereichs 90 größer als der Gewindekern des zweiten Gewindebereichs 92. Im Speziellen ist der Kernradius r_K1 des ersten Gewindebereichs 90 größer als der Kernradius r_K2 des zweiten Gewindebereichs 92. Vorzugsweise ist der Kernradius r_K1 um den Faktor F größer als der Kernradius r_K2, sodass gilt r_K1 = F r_K2. Der Faktor F variiert vorzugsweise im Bereich von 1/1000 ≤ F ≤ 5/100, weiter bevorzugt im Bereich 1/100 ≤ F ≤ 3/100 und am meisten bevorzugt im Bereich von 2/1000 ≤ F ≤ 2/100. Entsprechend ergibt sich, dass der erste Kerndurchmesser 2_rK1 mindestens 0,1% größer als der zweite Kerndurchmesser 2_rK2 ist, vorzugsweise in einem Bereich von 0,1% bis 2% größer als der erste Kerndurchmesser 2_rK1.
Der erste Gewindebereich 90 bzw. der Gewindegang des ersten Gewindebereichs 90 erstreckt sich mindestens über einen Drehwinkel ω ≥ 180° um die Längsachse der Einbauspindel 62. Entsprechend der Drehrichtung des ersten Gewindebereichs 90 wird dieser Winkel ω links- oder rechtsdrehend gemessen. Vorzugsweise erstreckt sich der erste Gewindebereich 90 über einen Drehwinkel im Bereich von 180° ≤ ω ≤ 720°.
Der zweite Gewindebereich 92 weist eine radiale Vertiefung 94 auf, in die die Mitnehmerkerbe 42 mit Hinterschnitt 43 eingreift. Da der Mitnehmerzapfen 50 radial einwärts gebogen ist, rastet die Mitnehmerkerbe 42 beim Aufspindeln des Drahtgewindeeinsatzes 1 auf das Funktionsende 70' aufgrund ihrer inhärenten Federspannung in die Vertiefung 94 ein. Da die Vertiefung 94 vorzugsweise abgekantet ist, entsteht eine drehfeste Verbindung in Eindrehrichtung R zwischen dem Funktionsende 70' und dem Drahtgewindeeinsatz 1.
Die radiale Vertiefung 94 ist bevorzugt als Bohrung, Fräsung oder Senkrodierung ausgebildet. Zudem ist es bevorzugt, die Vertiefung 94 entlang des Gewindegangs des zweiten Gewindebereichs 92 über eine gewisse Länge zu erstrecken. Diese Länge entspricht gemäß einer Ausführungsform vorliegender Erfindung der Länge des Mitnehmerzapfens 50, sodass dieser einfacher in der Vertiefung 94 drehfest gehalten wird.
Während die Vertiefung 94 bevorzugt im zweiten Gewindebereich 92 angeordnet ist, könnte man sie ebenfalls im ersten Gewindebereich 90 anordnen.
Zur Installation des Drahtgewindeeinsatzes 1 in einer Bauteilöffnung mit Innengewinde wird der Drahtgewindeeinsatz 1 auf das Funktionsende 70' aufgespindelt oder aufgeschraubt. Dies erfolgt manuell oder automatisch. Da sich beim Aufspindeln der Drahtgewindeeinsatz 1 radial ausdehnen kann, weil er nicht durch eine Bauteilwand eingeschränkt ist, wird der Drahtgewindeeinsatz 1 ohne besonderen mechanischen Aufwand auf den ersten 90 und den zweiten Gewindebereich 92 aufgespindelt (Schritt S1). Am Ende des Aufspindelns verbindet sich der Mitnahmezapfen 50 und/oder die Mitnahmekerbe 42 drehfest mit der Vertiefung 94 und daher mit dem Funktionsende 70' (Schritt S2).
Nachfolgend wird der Drahtgewindeeinsatz mithilfe der Einbauspindel 62 in die gewünschte Tiefe des Innengewindes der Bauteilöffnung eingedreht (Schritt S3). Zum Abspindeln des Drahtgewindeeinsatzes 1 von der Einbauspindel 62 wird die Einbauspindel 62 entgegen der Eindrehrichtung R gedreht (Schritt S3). Dabei schraubt man zunächst den zweiten Gewindebereich 92 und dann den ersten Gewindebereich 90 aus dem Drahtgewindeeinsatz 1 heraus, wobei der erste Gewindebereich 90 den gesamten Drahtgewindeeinsatz 1 durchläuft.
Während des Herausschraubens oder Abspindelns (Schritt S4) wird zunächst die Mitnahmekerbe 42 radial aus der Vertiefung 94 gedrückt. Sobald der erste Gewindebereich 90 den Mitnehmerzapfen 50 erreicht, zwängt der größere Kernradius r_K1 den Mitnahmezapfen 50 derart radial nach außen, dass er bleibend in das Innengewinde der Bauteilöffnung bzw. die Umfangskontur des Drahtgewindeeinsatzes 1 zurückgebogen wird (Schritt S5). Da vorzugsweise die Mitnehmerkerbe 42 eine Schwächung des Biegebereichs 40 des Drahtgewindeeinsatzes 1 darstellt, unterstützt dies das Zurückbiegen des Mitnahmezapfens 50.
Aufgrund des vergrößerten Kerndurchmessers bzw. Kernradius r_K1 des ersten Gewindebereichs 90 erfährt der Mitnahmezapfen 50 neben der radial auswärts gerichteten Biegekraft über die Reibung des Mitnahmezapfens 50 an der radialen Außenseite der beiden Gewindebereiche 90, 92, insbesondere durch den Gewindebereich 90, eine zusätzliche tangentiale Krafteinleitung. Aufgrund dieser reibungsbedingten zusätzlichen Krafteinleitung stellt sich vorzugsweise im Biegebereich 40 ein mehrachsiger mechanischer Spannungszustand ein.
Dieser bewirkt eine Überschreitung der Werkstoffstreckgrenze im Biegebereich 40, sodass ein bleibendes radiales Zurückbiegen des Mitnehmerzapfens 50 realisierbar ist. Daher kann der Mitnehmerzapfen 50 bleibend über die Hüllkontur einer Schraube und eines Gewindelehrdorns hinaus radial nach außen gebogen und dort kalibriert werden. Das Eindrehmoment für einen derart zurückgebogenen Mitnehmerzapfen 50 und den dadurch in der Bauteilöffnung angeordneten Drahtgewindeeinsatz 1 ist nahezu Null. Der Nachweis dieser Lehrenhaltigkeit erfolgt vorzugsweise durch Eindrehen eines Lehrdorns mit manueller Kraft gemäß der Toleranzklasse 6 H (siehe auch ISO-Norm 965-1).
Die einzelnen Schritte des Installationsverfahrens für den Drahtgewindeeinsatz 1 in der Bauteilöffnung sind schematisch gemäß einer bevorzugten Ausführungsform im Flussdiagramm der 9 zusammengefasst.
Bezugszeichenliste

1: Drahtgewindeeinsatz
20: Wendel
22: erstes Ende
23: zweites Ende
30: Windung
40: Biegebereich
42: Mitnehmerkerbe
43: Hinterschnitt
50: Mitnehmerzapfen
60; 60': Installationswerkzeug
62: Einbauspindel
70; 70': Funktionsende
72: Gewindeabschnitt
72a: erster längenreduzierter Gewindegang
72: zweiter Gewindegang
73: Durchbruch
74: Aufnahmebereich
80: stirnseitiger Fortsatz
82: Mitnehmerkante
84: Aufbiegeschulter
85: axiale Begrenzungsfläche der Aufbiegeschulter
90: erster Gewindebereich
92: zweiter Gewindebereich
94: Vertiefung
r_K1, r_K2: Kernradius
R: Eindrehrichtung der Einbauspindel in den Drahtgewindeeinsatz
B: Befestigungsrichtung des Drahtgewindeeinsatzes auf dem Funktionsende
S: Bogenlänge
r_K: Kernradius
α: Winkel im Drahtgewindeeinsatz
β: Winkel des längenreduzierten ersten Gewindebereichs 72a
γ: Winkel des Durchbruchs 73

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2363789 A [0002]
EP 0140812 A [0002]
EP 0157715 A [0002]
EP 0228981 B1 [0003]
EP 0983445 B1 [0004]
DE 1016066 B [0005]
DE 1201050735 [0006]
DE 12010050735 [0040]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO-Norm 965-1 [0056]
ISO-Norm 965-1 [0068]

Claims

Ein Installationswerkzeug (60) für einen Drahtgewindeeinsatz, der eine zylindrische Wendel mit einer Mehrzahl von schraubenförmig gewickelten Windungen eines Drahts aufweist, in der eine erste Windung einen über einen Biegebereich in ein Inneres der Wendel ragenden Mitnehmerzapfen mit Mitnehmerkerbe umfasst, wobei das Installationswerkzeug die folgenden Merkmale aufweist: a. eine drehbare Einbauspindel (62) mit einem Antriebsende (64) zum Drehen der Einbauspindel (62) und einem Funktionsende (70; 70') zur Installation des Drahtgewindeeinsatzes (1), wobei b. das Funktionsende (70) mindestens einen in Umfangsrichtung längenreduzierten Gewindegang (72a) umfasst, der an einem ersten Ende eine Mitnehmerkante zum Eingriff in eine Mitnehmerkerbe des Drahtgewindeeinsatzes und an einem zweiten Ende eine Aufbiegeschulter zum radial-auswärts Biegen des Mitnehmerzapfens des Drahtgewindeeinsatzes aufweist.
Installationswerkzeug (60) gemäß Anspruch 1, wobei der mindestens eine längenreduzierte Gewindegang eine Länge in Umfangsrichtung aufweist, die sich über einen Drehwinkel von ≤ 270°, vorzugsweise ≤ 180°, um eine Längsachse der Einbauspindel erstreckt.
Installationswerkzeug (60) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem die Mitnehmerkante durch einen radial inneren und einen radial äußeren Schenkel gebildet ist, die einen Winkel von < 90° einschließen.
Installationswerkzeug (60) gemäß Anspruch 3, in dem die Aufbiegeschulter einen radial einwärts und entgegen einer Eindrehrichtung R der Einbauspindel geneigten Steg aufweist, der mit einem radialen Außenrand der Einbauspindel einen Winkel δ < 90° einschließt.
Installationswerkzeug (60) gemäß Anspruch 4, in dem die Aufbiegeschulter krummlinig ausgebildet ist, die bezogen auf die Installationsspindel im Verlauf radial einwärts eine zunehmende Krümmung aufweist.
Installationswerkzeug (60) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem Aufbiegeschulter über den längenreduzierten Gewindegang integral mit der Mitnahmekante verbunden ist.
Ein Installationswerkzeug (60') für einen Drahtgewindeeinsatz, der eine zylindrische Wendel mit einer Mehrzahl von schraubenförmig gewickelten Windungen eines Drahts aufweist, in der eine erste Windung einen über einen Biegebereich in ein Inneres der Wendel ragenden Mitnehmerzapfen mit Mitnehmerkerbe umfasst, wobei das Installationswerkzeug die folgenden Merkmale aufweist: a. eine drehbare Einbauspindel mit einem Antriebsende zum Drehen der Einbauspindel und einem Funktionsende zur Installation des Drahtgewindeeinsatzes, in der b. das Funktionsende einen ersten Gewindebereich mit einem ersten Kerndurchmesser und einen zweiten Gewindebereich mit einem zweiten Kerndurchmesser aufweist, wobei der erste Gewindebereich zwischen dem Antriebsende und dem zweiten Gewindebereich angeordnet ist, wobei der zweite Kerndurchmesser größer als der erste Kerndurchmesser ist, und wobei c. das Funktionsende in einem Gewindegang eine Vertiefung aufweist, die einen Hinterschnitt für den Mitnehmerzapfen des Drahtgewindeeinsatzes in Eindrehrichtung bildet.
Installationswerkzeug (60') gemäß Anspruch 7, in dem die Vertiefung im ersten Gewindebereich angeordnet ist, vorzugsweise in einem Drehwinkel von 270° angrenzend an den zweiten Gewindebereich.
Installationswerkzeug (60') gemäß einem der Ansprüche 7 und 8, in dem der zweite Kerndurchmesser mindestens 0,1% > als der erste Kerndurchmesser ist, vorzugsweise in einem Bereich von 0,1% bis 2% größer als der erste Kerndurchmesser.
Installationswerkzeug (60') gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, in dem sich der zweite Gewindebereich über einen Drehwinkel von mindestens 180° um die Längsachse der Einbauspindel erstreckt.
Installationsverfahren eines Drahtgewindeeinsatzes mit zurückbiegbarem, nicht entfernbarem Mitnehmerzapfen und einer Mitnehmerkerbe mit Hilfe eines Installationswerkzeugs in einem Aufnahmegewinde eines Bauteils, das die folgenden Schritte aufweist: a. Aufspindeln oder Aufstrecken des Drahtgewindeeinsatzes auf ein Funktionsende einer Einbauspindel des Installationswerkzeugs derart, dass die Mitnehmerkerbe formschlüssig an eine Mitnehmerkante oder eine radiale Vertiefung des Installationswerkzeugs koppelt und den Drahtgewindeeinsatz drehfest mit dem Installationswerkzeug verbindet, b. Einschrauben des Drahtgewindeeinssatzes in das Aufnahmegewinde durch Drehen der Einbauspindel in eine erste Drehrichtung, c. Zurückbiegen des Mitnehmerzapfens in das Aufnahmegewinde durch Drehen der Einbauspindel in eine zweite Drehrichtung und d. Aufspindeln oder Entfernen der Einbauspindel aus dem Drahtgewindeeinsatz mit zurückgebogenem Mitnehmerzapfen.
Installationsverfahren gemäß Anspruch 11, das weiterhin aufweist: radiales Zurückbiegen des Mitnehmerzapfens durch eine Aufbiegeschulter oder einen zweiten Gewindebereich mit vergrößertem Kerndurchmesser im Vergleich zu einem ersten Gewindebereich am Funktionsende der Einbauspindel.