Die vorliegende Erfindung betrifft ein gewindeformendes Befestigungselement, insbesondere eine Schraube mit einem Kopf mit Angriff, einer Schraubenspitze und einem Schaft, wobei ein ein- oder mehrgängiges Gewinde von der Schraubenspitze zumindest teilweise über den Schraubenschaft verläuft. Das Gewinde weist hierbei eine spezifische Geometrie auf.The present invention relates to a thread-forming fastener, in particular a screw with a head with attack, a screw tip and a shank, wherein a single or multi-start thread from the screw tip extends at least partially over the screw shaft. The thread here has a specific geometry.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Grundsätzlich müssen Befestigungs- oder Verbindungselemente eine Vielzahl von Handhabungseigenschaften aufweisen, die technisch teilweise nicht widerspruchsfrei zu realisieren sind. Es ist vorteilhaft, wenn auf ein Vorbohren des Untergrundes verzichtet werden kann; ein niedriges Anzugsmoment bei gleichzeitig hohem Lösemoment ist wünschenswert. Eine fertigungssichere und kostengünstige Herstellung soll dabei gewährleistet bleiben.Basically, fasteners or fasteners must have a variety of handling properties that are technically not partially consistent to implement. It is advantageous if it is possible to dispense with pre-drilling of the substrate; a low torque with high release torque is desirable. A production-safe and cost-effective production should be ensured.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Für das vorgenannte technische Gebiet sind im Stand der Technik eine Reihe von Lösungsansätzen beschrieben. Im deutschen Gebrauchsmuster DE 297 05 916 U1 wird eine Schraube offenbart, die zumindest in ihrem Spitzenbereich einen polygonalen Querschnitt des Kerns aufweist. Beim Einschrauben wird durch den polygonalen Querschnitt des Kerns eine an- und abschwellende Krafteinwirkung auf das Material erzielt, was die radiale Verdrängungswirkung erleichtert. In einer Ausführungsform wird die Gewindekante im Bereich der Schraubenspitze wellenförmig ausgebildet, dergestalt dass in radialer Richtung betrachtet eine Folge von Wellentälern und Wellenbergen ausgebildet wird.For the aforementioned technical field, a number of approaches are described in the prior art. In German utility model DE 297 05 916 U1 discloses a screw having a polygonal cross-section of the core at least in its tip region. When screwing in, the polygonal cross section of the core achieves a swelling and declining force on the material, which facilitates the radial displacement effect. In one embodiment, the thread edge is formed wave-shaped in the region of the screw tip, such that in the radial direction a series of wave troughs and wave crests is formed.
In der US 2004/0101381 A1 wird ein Befestiger mit einem Gewinde gezeigt, dessen helixförmiges Gewinde abschnittsweise eine Reihe von Zahnstrukturen aufweist. Diese werden durch Kerben gebildet, die quer zur Gewindekante angebracht werden. Die nicht gekerbten Abschnitte der Gewindespitze bilden somit die Zahnspitzen.In the US 2004/0101381 A1 a fastener is shown with a thread whose helical thread has sections of a number of tooth structures. These are formed by notches, which are mounted transversely to the thread edge. The non-notched portions of the thread crest thus form the tooth tips.
Das deutsche Gebrauchsmuster DE 20 2004 002 877 U1 beschreibt eine Schraube, deren Gewinde im Bereich der Flanken Einbuchtungen aufweist, die die Oberfläche der Flanken unterbrechen. Die Oberflächen dieser Einbuchtungen verlaufen in radialer Richtung gesehen im Wesentlichen geradlinig oder konkav gekrümmt. Durch diese Ausführung des Gewindes erhält die äussere Gewindekante also eine wellenförmige Struktur mit Tälern. Im Bereich zwischen zwei benachbarten Einbuchtungen befindet sich jeweils ein Gewindeabschnitt mit vollständigen Gewindeflanken.The German utility model DE 20 2004 002 877 U1 describes a screw whose thread has indentations in the region of the flanks, which interrupt the surface of the flanks. The surfaces of these recesses extend in the radial direction substantially rectilinear or concave curved. By this execution of the thread, the outer thread edge thus receives a wavy structure with valleys. In the area between two adjacent indentations is in each case a threaded portion with complete thread flanks.
Die US-Publikation US 2008/0232925 zeigt eine Schraube mit einem wellenförmigen Gewinde. Der Gewindeverlauf erfolgt nicht mit konstanter Steigung, sondern variiert, so dass sich ein um eine Helix oszillierender Gewindeverlauf ergibt. Gleichzeitig ist die äussere Gewindekante gekerbt und die Gewindespitzen bzw. Gewindespitzenabschnitte folgen nicht dem wellenförmigen Grundmuster des Gewindeverlaufs. Ein nicht-kreisförmiger Kernquerschnitt wird ebenfalls beschrieben.The US publication US 2008/0232925 shows a screw with a wave-shaped thread. The course of the thread does not take place with a constant pitch, but varies, so that there is a thread trajectory oscillating around a helix. At the same time, the outer thread edge is notched and the thread crests or crest portions do not follow the undulating ground pattern of the thread pitch. A non-circular core cross section will also be described.
Zuletzt erwähnt sei die US 4,637,767 , die eine Schraube beschreibt mit einem spiralförmigen Grundgewinde mit konstanter Steigung und gleichförmiger Gewindehöhe. Über das Gewinde verteilt sind eine Vielzahl von Vorsprüngen angeordnet, mit ähnlicher Querschnittsform, aber vergrösserter Querschnittsfläche. Die Ausdehnung des Vorsprungs beträgt weniger als die Hälfte eines Schaftumfangs. Die Vorsprünge führen zu einer bogenförmigen Ausweitung des Aussengewindedurchmessers.Last mentioned is the US 4,637,767 , which describes a screw with a spiral basic thread with constant pitch and uniform thread height. Distributed over the thread a plurality of projections are arranged, with a similar cross-sectional shape, but increased cross-sectional area. The extension of the projection is less than half of a shaft circumference. The projections lead to an arcuate expansion of the external thread diameter.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, ein wellenförmiges Gewinde mit verbesserten Eigenschaften und vereinfachter Herstellung zu beschreiben.The present invention aims to describe a wave-shaped thread with improved properties and simplified production.
Um die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung präzise beschreiben zu können, sind einige geometrische Definition notwendig, die mit Hilfe der 1 bis 3 sowie 23 und 24 erläutert werden.In order to be able to describe the properties of the present invention precisely, some geometrical definitions are necessary which can be determined with the aid of 1 to 3 as well as 23 and 24 are explained.
1 zeigt schematisch ein Befestigungselement 1 mit einem Kopf 2 und einem Schaft 4. Der Schaft geht über in einen konischen Spitzenbereich 10, der mit der Spitze 3 des Befestigungselementes abschliesst. Der Schaft weist zumindest auf Teilen seiner Schaftlänge ein Gewinde 6 auf und definiert die Längsachse bzw. Zentralachse 5 des Befestigers. 1 schematically shows a fastener 1 with a head 2 and a shaft 4 , The stem merges into a conical tip area 10 who with the tip 3 concludes the fastener. The shaft has a thread at least on parts of its shaft length 6 on and defines the longitudinal axis or central axis 5 of the fastener.
2 zeigt einen Ausriss aus 1 mit Gewindeprofilen 11, 12, 13. Für das Gewindeprofil 12 ist der Gewindegrund 8, 9 und die Gewindespitze 7 bezeichnet. Das Profil weist ferner zwei Flanken 14, 15 auf. Der Kernradius des Gewindes ist mit Rk, der Radius zum Aussen- oder Nenndurchmesser des Gewindes mit Ra bezeichnet. Zum Verständnis und zur Veranschaulichung der erfinderischen Gewindegeometrie wird ein einzelnes Gewindeprofil 12 herausgegriffen und geometrisch als idealisiertes Dreieck präzisiert. Die kopf- bzw. spitzenseitigen Flanken 14 und 15 werden als Dreiecksseiten a und b bezeichnet, die Dreiecksbasis als c. Die Seiten a und b sind an die Flanken angelehnt und weisen somit bis auf Fertigungstoleranzen dieselbe Neigung auf. Die Seite c wird begrenzt von den Fusspunkten A und B, die als Punkte am Gewindegrund 8 und 9 bezeichnet sind. A und B werden so gewählt, dass die Seite c die kürzeste Verbindung zwischen zwei benachbarten Gewindegründen bildet. Die Spitze des Dreiecks C wird durch den Schnittpunkt der Seiten a und b gebildet. Um die räumliche Orientierung des Dreiecks ABC zu fixieren, ist noch die Lage von C zu bestimmen. C ist definiert als der Schnittpunkt von a und b, dessen Lot k auf die Zentralachse 5 die Basis c schneidet. Ein Dreieck ABC repräsentiert somit eine Querschnittsfläche durch ein Gewindeprofils 7 am gegebenen Ort. 2 shows a breakout 1 with thread profiles 11 . 12 . 13 , For the thread profile 12 is the thread reason 8th . 9 and the thread crest 7 designated. The profile also has two flanks 14 . 15 on. The core radius of the thread is denoted by R k , the radius to the outer or nominal diameter of the thread with R a . To understand and illustrate the inventive thread geometry is a single thread profile 12 singled out and geometrically specified as an idealized triangle. The head or tip side flanks 14 and 15 are called triangle sides a and b denotes the triangle base as c. The pages a and b are ajar against the flanks and thus have the same inclination except for manufacturing tolerances. The page c is limited by the foot points A and B , as points on the thread 8th and 9 are designated. A and B are chosen so that the page c the forms the shortest connection between two adjacent threads. The top of the triangle C gets through the intersection of the pages a and b educated. In order to fix the spatial orientation of the triangle ABC, the position of C has to be determined. C is defined as the intersection of a and b, whose perpendicular k is on the central axis 5 the base c cuts. A triangle ABC thus represents a cross-sectional area through a thread profile 7 at the given place.
In einer anderen Betrachtungsweise definieren die drei Punkte A, B, und C eine Schnittebene durch das Gewindeprofil. Die Schnittlinien des Gewindes mit dieser Ebene entsprechen dem technischen Gewindeprofil, die Verbindungslinien von A, B und C dem Umriss des technischen Gewindeprofils.In another way of thinking, the three points define A . B , and C a cutting plane through the thread profile. The cutting lines of the thread with this plane correspond to the technical thread profile, the connecting lines of A, B and C to the outline of the technical thread profile.
Auch wenn 2 exemplarisch ein idealisiertes Gewinde mit identischen Flankenwinkeln zeigt (das Dreieck ABC ist somit gleichseitig bzw. gleichschenklig) ist diese geometrische Beschreibung auch für unsymmetrische Gewinde gültig, also mit kopf- und spitzenseitig unterschiedlichen Flankenwinkeln.Even if 2 By way of example, an idealized thread with identical flank angles shows (the triangle ABC is thus equilateral or isosceles), this geometric description is also valid for asymmetrical threads, ie with different flank angles on the top and on the tip side.
Das in 2 gezeigten Gewindeprofil weist - bis auf den Spitzenbereich - gerade Flankenabschnitte auf, sowohl bei der realen technischen Ausführung wie in der geometrischen Beschreibung. Von der Erfindung mitumfasst sind aber auch konkave oder konvexe Flankenabschnitte, wie in 23 gezeigt. Für die Anwendung der geometrischen Charakterisierung der Gewindeprofile der vorliegenden Erfindung spielt es keine wesentliche Rolle, ob die Definition der Dreiecke auf die Aussenkontur des Gewindeprofils bezogen wird oder sich an der Gewindespitze orientiert. Wichtig ist, dass die Festlegung einheitlich über die betrachteten Gewindeabschnitte erfolgt. Daher ist auch in 23 das reguläre Gewindeprofil 30 als Dreieck mit Innenkontur 34 gezeigt, wo die reale Gewindespitze mit der Dreiecksspitze C im Wesentlichen zusammenfällt. Als Variante von der Darstellung in 2 bleibt der Grundgedanke der Abstrahierung jedoch derselbe, ebenso wie die dort gegebene geometrische Definition für die Orientierung des Dreiecks. Die Gewindeabschnitte sind in jedem Falle charakterisiert als eine Abfolge von Dreiecken nach obiger Lehre, wobei jedes beliebige Dreieck des Abschnitts lokal das Gewindeprofil charakterisiert und die Abfolge von Dreiecken folglich die Gewindeprofiländerungen zu verfolgen bzw. zu beschreiben erlaubt.This in 2 shown thread profile has - except for the tip area - straight edge sections, both in the real technical design as in the geometric description. However, the invention also encompasses concave or convex flank sections, as in FIG 23 shown. For the application of the geometric characterization of the thread profiles of the present invention, it does not matter whether the definition of the triangles is related to the outer contour of the thread profile or oriented on the thread crest. It is important that the determination is carried out uniformly over the considered threaded sections. Therefore, also in 23 the regular thread profile 30 as a triangle with inner contour 34 shown where the real crest with the triangle tip C essentially coincides. As a variant of the representation in 2 However, the basic idea of abstraction remains the same, as does the geometric definition given there for the orientation of the triangle. The threaded sections are in each case characterized as a sequence of triangles according to the above teaching, wherein any triangle of the section locally characterizes the thread profile and thus allows the sequence of triangles to track or describe the thread profile changes.
23 zeigt ein reguläres Gewindeprofil 30, das dem Gewindeprofil 12 von 2 entspricht. Jedoch sind die Flanken a, b nicht mehr an die geraden (technischen) Gewindeflanken angelehnt, weil die Gewindespitze 7 mit der Spitze des Dreiecks zusammenfällt. Die Flanken a, b und liegen folglich innerhalb des technischen Gewindeprofils. Für so ein reguläres Gewindeprofil (12 in 2, 30 in 23) sind dies sicher die bevorzugten geometrischen Definitionsvarianten (Dreieck 34 in 23 und Dreieck ABC in 2). Je nach technischer Auslegung kann es vorteilhaft sein, eine konvexe, also ausgebauchte Gewindeflanke herzustellen wie es das Profil 31 in 24 überspitzt zeigt. Eine der Innenkontur folgende Abbildung als Dreieck zeigt Merkmal 31 in 23. Umgekehrt können auch konkave, also eingebauchte Gewindeflanken Vorteile bieten, wie sie das Gewindeprofil 32 in 23 exemplarisch zeigt. Grundsätzlich gilt, dass die Darstellung(en) in den 2 und 23 als schematisch zu verstehen sind. Die Figuren stellen die Geometrie idealisiert und nicht massstäblich dar. 23 shows a regular thread profile 30 that the thread profile 12 from 2 equivalent. However, the flanks are a . b no longer based on the straight (technical) thread flanks, because the thread crest 7 coincides with the top of the triangle. The flanks a . b and are therefore within the technical thread profile. For such a regular thread profile ( 12 in 2 . 30 in 23 ) these are certainly the preferred geometric definition variants (triangle 34 in 23 and triangle ABC in 2 ). Depending on the technical design, it may be advantageous to produce a convex, so bulged thread flank as the profile 31 in 24 pointed shows. A figure following the inner contour as a triangle shows the characteristic 31 in 23 , Conversely, concave, ie embedded thread flanks can offer advantages, such as the thread profile 32 in 23 exemplarily shows. Basically, the representation (s) in the 2 and 23 are to be understood as schematic. The figures represent the geometry idealized and not to scale.
Eine Kombination konvexer oder konkaver Flanken (kopfseitig konvex, spitzenseitig konkav oder umgekehrt) ist ebenfalls mitumfasst, soweit sie den oben genannten Merkmalen der Erfindung folgen.A combination of convex or concave flanks (convex on the head side, concave on the tip side or vice versa) is also included as far as they follow the above features of the invention.
Wichtig ist bei allen Flankenformen, dass die realen (technischen) Flanken, angenähert oder umrissen durch die Geometrie der beschriebenen Dreiecke bzw. gezeigt als Schnittlinien einer durch die Punkte ABC definierten Ebene, keine Knicke in ihrem Linienverlauf zeigen, auf jeweils dem gesamten betrachteten Gewindeabschnitt.It is important in all edge shapes that the real (technical) flanks, approximated or outlined by the geometry of the described triangles or shown as intersecting lines of a plane defined by the points ABC, show no kinks in their line progression, on each of the entire considered threaded section.
Ein Befestigungselement gemäss der vorliegenden Erfindung weist demnach ein Gewinde auf, dessen Gewindeprofil 12 zumindest in einem Gewindeabschnitt von einer Steigungslänge, sprich einem Winkelbereich von 360° als reine Abfolge von Dreiecken gemäss obiger Festlegung angenähert werden kann. Die äussere Gewindekante 7 als Verbindungslinie aller Dreiecksspitzen C dieser Abfolge von Dreiecken bildet dabei eine kontinuierliche, stetige Linie. Die technischen Flanken 14, 15 in so einem Gewindeabschnitt sind gerade oder konkav bzw. konvex und durch die die Dreiecksflanken a, b, nachgezeichnet bzw. umrissen. Die Flankenlinien bzw. Dreiecksseiten weisen keine technisch vorgegebenen oder notwendigen Knicke auf.A fastener according to the present invention therefore has a thread whose thread profile 12 at least in a threaded portion of a pitch length, that is an angular range of 360 ° can be approximated as a pure sequence of triangles according to the above definition. The outer thread edge 7 as connecting line of all triangle vertices C this sequence of triangles forms a continuous, continuous line. The technical flanks 14 . 15 in such a threaded portion are straight or concave or convex and through which the triangular flanks a . b , traced or outlined. The flank lines or triangle sides have no technically predetermined or necessary kinks.
3 zeigt den Blick auf einen Querschnitt durch einen Befestiger gemäss vorliegender Erfindung und die relative Lage zweier beliebig herausgegriffener Dreiecke ABC bzw. A'B'C' auf dem Umfang. Die Lote k und k' zu den Dreiecken ABC und A'B'C' sind durch einen Winkel β am Umfang beabstandet. Unter Beachtung der oben angegebene Merkmale befinden sich also bei einem Befestiger gemäss der Erfindung nur Dreiecksprofile zwischen ABC und A'B'C. In diesem Bereich existieren mindestens zwei Dreiecke ABC und A'B'C' mit den Flanken a, a', b, b', den Basen c, c', für die gilt, dass die Länge mindestens einer der Dreiecksseiten a, b, c im Vergleich zu a', b', c' verändert wird. Mit Veränderung wird dabei eine bewusste, konstruktive Veränderung dieses Wertes gemeint und keine Fertigungsschwankung. Der Fall einer periodischen Wiederholung dieser Veränderung ist ebenfalls in 3 eingezeichnet. Ein (bevorzugt wie ABC ausgebildetes) Gewindequerprofil A"B"C" folgt dem Profil A'B'C' in einem Winkelabstand β', der Winkelabstand zwischen zwei gleichen Profilen beträgt somit (β + β'). Sind (β + β') ganzzahlige Teiler von 360°, wird die Abfolge ABC-A'B'C'-A"B"C" synchron mit dem Umfang sein, mit anderen Worten für 0° ≤ (β+ β') ≤ 360°.. Die Fälle β = β', β > β' wie auch β < β' sind von dieser Prinzipskizze mitumfasst. Eine Ansicht eines solchen Profils wird ebenfalls in 21 und 22 gezeigt. Der Winkel β wird, wenn man das Profil vom Schaft abwickelt, zu einer Länge X1 übersetzt, der Winkel β' zu einer Länge X2. Die 21 und 22 zeigen somit den Fall β < β' (21) sowie β > β' (22). Auch für die 21 und 22 gilt, dass A"B"C" die Dimensionen von ABC aufweisen kann. Wenn im nachfolgenden von einer Dreiecksfolge ABC-A'B'C'-ABC gesprochen wird, sind damit die oben für den allgemeinen Fall ABC-A'B'C-A"B"C" Merkmale bzw. Regeln gemeint, wenn A"B"C" dem Dreieck ABC entspricht. 3 shows the view of a cross section through a fastener according to the present invention and the relative position of two arbitrarily selected triangles ABC and A'B'C 'on the circumference. The solders k and k 'to the triangles ABC and ABC' are spaced by an angle β on the circumference. Taking into account the above-mentioned features are thus in a fastener according to the invention, only triangular profiles between ABC and A'B'C. There are at least two triangles in this area ABC and ABC' with the flanks a . a ' . b . b ' , the bases c . c ' , for which applies that the length of at least one of the triangle sides a . b . c is changed compared to a ', b', c '. Change means a conscious, constructive change of this value and none Manufacturing variation. The case of a periodic repetition of this change is also in 3 located. A (preferably ABC trained) thread cross profile ABC" follows the profile ABC' at an angular distance β ', the angular distance between two equal profiles is thus (β + β'). If (β + β ') are integer divisors of 360 °, the sequence becomes ABC - ABC' - ABC" be synchronous with the circumference, in other words for 0 ° ≤ (β + β ') ≤ 360 ° .. The cases β = β', β> β 'as well as β <β' are included in this schematic diagram. A view of such a profile is also available in 21 and 22 shown. The angle β, when unrolling the profile from the shaft, translates to a length X 1 , the angle β 'to a length X 2 . The 21 and 22 thus show the case β <β '( 21 ) as well as β> β '( 22 ). Also for them 21 and 22 It is true that A "B" C "can have the dimensions of ABC, and in the following, when we speak of a triangle ABC-A'B'C'-ABC, they are ABC-A'B'CA for the general case above "B" C "means" rules "when A" B "C" corresponds to the triangle ABC.
Ein Befestiger gemäss der vorliegenden Erfindung weist keine trapezoidale oder polygonale (technische) Gewindeprofil-Querschnitte auf, also keine Kerben oder Ausschnitte. Zur Veranschaulichung sind diese Ausführungen gemäss Stand der Technik in den 4 und 5 dargestellt. 4 zeigt ein abgewickeltes Gewindeprofil 21 mit Fussbreite c in Draufsicht und Seitenansicht. Eine Kerbe 23 quer zum Gewindeprofil 21 reicht bis auf den Gewindegrund. In 5 betrifft die Kerbe 24 nur einen Teil des Gewindeprofils 22, es reicht nicht bis auf den Grund. Im Ergebnis erhält der verbleibende Rest des Gewindeprofils im Abschnitt der Kerbe ein trapezförmiges Gewindeprofil. Im Gegensatz hierzu ist ein exemplarischer, erfindungsgemässer Gewindeprofilverlauf 25 in 6 gezeigt. Gezeigt wird eine kontinuierliche Variation der Basisbreite / Dreiecksbasis c zwischen zwei Werten c und c' sowie eine Variation der Gewindehöhe, beschrieben durch δh, bewirkt durch eine Verringerung der Flankenlängen. In jedem Fall bleibt der dreiecksförmige Querschnitt des Gewindeprofils erhalten und die Flankenflächen in 25 weisen an keiner Stelle des betrachteten Gewindeabschnittes Knicke auf.A fastener according to the present invention has no trapezoidal or polygonal (technical) thread profile cross-sections, so no notches or cutouts. By way of illustration, these embodiments according to the prior art in the 4 and 5 shown. 4 shows a unwound thread profile 21 with foot width c in plan view and side view. A score 23 transverse to the thread profile 21 extends to the bottom of the thread. In 5 concerns the notch 24 only part of the thread profile 22 it's not enough to the bottom. As a result, the remainder of the thread profile in the section of the notch receives a trapezoidal thread profile. In contrast to this, an exemplary thread profile profile according to the invention is shown 25 in 6 shown. Shown is a continuous variation of the base width / triangle basis c between two values c and c 'and a variation of the thread height described by δh caused by a reduction in the edge lengths. In any case, the triangular cross-section of the thread profile is maintained and the flank surfaces in 25 have no kinks at any point of the considered threaded section.
Ferner ist der Schaft des Befestigers, insbesondere also der Kern um den das Gewinde spiralig verläuft, stets kreisförmig.Furthermore, the shaft of the fastener, in particular the core around which the thread runs spirally, is always circular.
Der Spitzenbereich 10 gemäss 1 kann ebenfalls eine Gewindestruktur aufweisen, wie hier beschrieben. Dabei ist es möglich, dass die Gesamtgewindehöhe in Richtung auf die Spitze insgesamt abnimmt. Der Gewindeverlauf läuft also, unbeschadet der von der Erfindung beschriebenen Variationen des Gewindeprofils, über den Gewindeverlauf zu Null aus. The top section 10 according to 1 may also have a threaded structure as described herein. It is possible that the total thread height in the direction of the tip decreases overall. The thread running thus, without prejudice to the variations of the thread profile described by the invention over the thread path to zero.
Ebenso ist es möglich, dass ein Befestiger 1 eine Spitze 3 aufweist, die die Merkmale einer Bohrspitze oder einer Verdrängerspitze aufweist.Likewise, it is possible for a fastener 1 a peak 3 having the features of a drill bit or a Verdrängerspitze.
Zusammengefasst umfasst ein erfindungsgemässes Befestigungselement 1 einen Kopf 2, eine Spitze 3 und einen dazwischen angeordneten Schaft 4, wobei die Längsausdehnung des Schafts die Zentralachse 5 des Befestigungselementes definiert. Der Schaft trägt mindestens in einem Teilbereich einen Gewindeabschnitt 6 mit einem Gewindeprofil 7, welches um einen im Querschnitt stets kreisförmigen Kern spiralig umläuft. Das Gewindeprofil in jenem Gewindeabschnitt 6 weist einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt ABC mit einer kopfseitigen Flanke a, einer spitzenseitigen Flanke b und einer Basis c auf, wobei die Basis c jeweils als kürzeste Verbindung zwischen zwei benachbarten Gewindegründen 8, 9 definiert ist. Ein Lot k das von der Dreiecksspitze C auf die Zentralachse 5 gefällt wird, schneidet die Basis c, das Lot liegt also in der Ebene des Dreiecks A B C. Dabei soll für mindestens einen Gewindeabschnitt gelten, dass der besagte Gewindeabschnitt auf einer Steigungslänge bzw. über einen Winkelbereich von 360° ein Gewindeprofil 12 mit einer reinen Abfolge von solchen Dreiecken aufweist. Dabei gibt es mindestens drei Dreiecke ABC, A'B'C' und ABC mit den Flanken a, a', b, b', den Basen c, c' bei denen die Länge mindestens einer der Dreiecksseiten a, b, c im Vergleich zu a', b', c' verändert wird. Die technischen Flanken, angenähert oder umrissen durch die Geometrie der beschriebenen Dreiecke bzw. Flanken a, a' b, b' weisen keine Knicke auf. Die Länge jeder der Dreiecksseiten a, b, c, a', b', c' bzw. der technischen Flanken ist dabei jeweils grösser 0.In summary, a fastener according to the invention comprises 1 a head 2 , a peak 3 and a shaft disposed therebetween 4 , wherein the longitudinal extent of the shaft is the central axis 5 defined the fastener. The shaft carries at least in a portion of a threaded portion 6 with a thread profile 7 which spirals around a core which is always circular in cross-section. The thread profile in that threaded section 6 has a substantially triangular cross-section ABC with a head-side flank a , a tip-side flank b and a base c on, being the base c each as the shortest connection between two adjacent threads 8th . 9 is defined. A lot k that from the triangle top C on the central axis 5 like, cuts the base c So the Lot is in the plane of the triangle A B C , It should be true for at least one threaded portion, that said threaded portion on a pitch length or over an angular range of 360 °, a thread profile 12 having a pure sequence of such triangles. There are at least three triangles ABC . ABC' and ABC with the flanks a . a ' . b . b ' , the bases c . c ' where the length of at least one of the triangle sides a . b . c is changed compared to a ', b', c '. The technical edges, approximated or outlined by the geometry of the triangles or flanks described a . a ' b . b ' have no kinks. The length of each of the triangle sides a . b . c . a ' . b ' . c ' or the technical edges is in each case greater 0.
BESCHREIBUNG DER FIGURENDESCRIPTION OF THE FIGURES
Im Nachfolgenden werden die Ausführungsformen der Erfindung gemäss 7 - 20 beschrieben. Diese können, soweit technisch sinnvoll bzw. möglich, auch gemeinsam angewendet werden, genauer, es können Wellenzüge gemäss 7 - 20 auf einem Befestiger an verschiedenen Positionen am Schaft 4 eingesetzt werden um so die unterschiedlichen Eigenschaften gezielt einsetzen zu können.In the following, the embodiments of the invention according to 7 - 20 described. These can, as far as technically reasonable or possible, also be used together, more precisely, wave trains can be used according to 7 - 20 on a fastener at different positions on the shaft 4 can be used to selectively use the different properties.
Wenn im Folgenden und den Ansprüchen von einer Variation der Flanken a, b, c, a', b', c' die Rede ist, dann ist damit eine Variation der Länge gemeint. Die Winkelbeziehungen der geschlossenen Dreiecksseiten zueinander ergeben sich, sofern nicht explizit erwähnt, aus den Seitenbeziehungen. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen schematisch die Verläufe, die technische Ausführung wird auch abhängig von der Verformbarkeit des Materials ausgelegt werden, jedoch ohne den erfinderischen Gedanken zu verlassen.If in the following and the claims of a variation of the edges a . b . c . a ' . b ' . c ' the speech is meant by a variation of the length. The angular relationships of the closed sides of the triangle result, if not explicitly mentioned, from the side relationships. The accompanying drawings show schematically the courses, the technical design will also be interpreted depending on the deformability of the material, but without departing from the inventive idea.
Die Erfindung bzw. ihre Ausführungsformen erlauben es, das Eindrehmoment wie auch die Haltekräfte von Schrauben je nach Einsatzzweck anzupassen. Der Durchmesser der Schrauben kann hierbei zwischen wenigen Millimetern bis in den Zentimeterbereich liegen. Die Ausführungsform gemäss 7 zeigt ein Dreieck A'B'C', dessen Flanken a', b' wie auch die Basis c' kürzer sind als die entsprechenden Werte des Dreiecks ABC. Sind die Quotienten a'/a, b'/b, c'/c gleich, bleiben die Proportionen entsprechend erhalten (gleichwinklige Dreiecke). Die Ausführung als gleichwinklige Dreiecke ist bevorzugt, in einer besonders bevorzugten Realisierungsform soll gelten a' = v · a bzw. b' = v · b mit v = 0.1 .... 0.9, insbesondere v = 0.3 ... 0.6. The invention or its embodiments make it possible to adjust the insertion torque as well as the holding forces of screws depending on the purpose. The diameter of the screws can be between a few millimeters to the centimeter range. The embodiment according to 7 shows a triangle ABC' whose flanks a ' . b ' as well as the base c ' shorter than the corresponding values of the triangle ABC. If the quotients a '/ a, b' / b, c '/ c are the same, the proportions are retained accordingly (equiangular triangles). The embodiment as equiangular triangles is preferred; in a particularly preferred embodiment, a '= v * a or b' = v * b with v = 0.1... 0.9, in particular v = 0.3.
Die Übergänge zwischen ABC und A'B'C', also die Verbindungslinien zwischen A und A', B und B' sowie C und C' sind als Geraden eingezeichnet, sodass bei Erreichen von ABC bzw. A'B'C' die Verbindungslinien A-A', B-B', C-C' jeweils einen Knick aufweisen. Für alle Querschnitts-Gewindeprofile zwischen ABC und A'B'C bedeutet das eine lineare inkrementale Veränderung. Dennoch weist keine der technischen Flanken, die den Dreiecksseiten a, b, a', c' der Dreiecksfolge zwischen ABC und A'B'C' zugrunde liegen, selbst einen Knick auf. Die Dreiecke / Gewindeprofilquerschnitte ABC und A'B'C' stellen im gezeigten Fall also lokale Umkehrpunkte für jeweils einen der angegebenen Längenwerte dar. Wiederholt sich die Abfolge von ABC und A'B'C' periodisch wie oben mit den Winkeln β und β' beschrieben, so bilden die Dreiecke ABC und A'B'C' ein Muster. Die Flankenflächen weisen damit an den bezeichneten Orten Knicke auf, jedoch nicht die Flankenlinien.The transitions between ABC and A'B'C ', ie the connecting lines between A and A', B and B 'as well as C and C' are shown as straight lines, so that when reaching ABC or A'B'C 'the connecting lines A - A ' . B - B ' . C - C ' each have a kink. For all cross-sectional thread profiles between ABC and A'B'C this means a linear incremental change. Nevertheless, none of the technical flanks that the triangle sides a . b . a ' . c ' the triangle sequence between ABC and A'B'C 'are based, even a kink on. The triangles / thread profile cross sections ABC and ABC' in the case shown represent local reversal points for one of the given length values. If the sequence of ABC and A'B'C 'repeats periodically as described above with the angles β and β', then the triangles form ABC and ABC' a pattern. The flank surfaces thus show kinks at the designated locations, but not the flank lines.
In der Ausführungsform gemäss 8 ist die Ausführung nach 7 dahingehend modifiziert, dass die Punkte A, A' bzw. B, B' sowie C, C' mittels Kurven statt Geraden verbunden sind. Die Verbindungslinien, z.B. die Gewindekante, verläuft glatt. In dem Fall weisen die Flankenflächen keine Knicke an den Orten auf, wo ABC und A'B'C' definiert wurden. Somit entspricht 8 einer möglichen Variante von 6.In the embodiment according to 8th is the execution after 7 modified so that the points A . A ' respectively. B . B ' such as C . C ' connected by curves instead of straight lines. The connecting lines, eg the thread edge, runs smoothly. In that case, the flank surfaces do not have kinks at the locations where ABC and A'B'C 'have been defined. Thus corresponds 8th a possible variant of 6 ,
In 9 ist ein Gewindeprofil als Dreiecksfolge beschrieben, bei dem die Flanke a variiert wird zwischen zwei unterschiedlichen Werten a und a'. Die Werte für c, c' sowie b und b' bleiben für den Gewindeabschnitt gemäss Erfindung konstant. Die Gewindekante variiert damit in der Höhe wie auch gleichzeitig relativ zur Mittenlage.In 9 is a thread profile described as a triangular sequence in which the flank a is varied between two different values a and a ' , The values for c, c 'and b and b' remain constant for the threaded portion according to the invention. The thread edge thus varies in height as well as simultaneously relative to the center position.
Die Ausführungsform gemäss 10 zeichnet sich dadurch aus, dass die Dimensionen der Flanke a und der Basis c konstant bleiben. Die Länge der Flanke b variiert. Diese Form entspricht damit 9, wobei hier die Verbindungslinie als geschwungene Kurve dargestellt ist.The embodiment according to 10 is characterized by the fact that the dimensions of the flank a and the base c stay constant. The length of the flank b varied. This form corresponds with it 9 , where here the connecting line is shown as a curved curve.
In 11 werden die Flankenlängen a' und a sowie b' und b konstant gehalten (wobei a und b nicht gleich sein müssen) Die Basisbreite variiert zwischen c und c'. Im Ergebnis wechselt das Profil von breit zu schlank bei gleichzeitiger Änderung der Gewindehöhe.In 11 become the flank lengths a ' and a such as b ' and b kept constant (where a and b need not be equal) The base width varies between c and c '. As a result, the profile changes from wide to slim while changing the thread height.
Bei der Variante von 12 schwanken die Flankenlängen nach der Vorgabe a' < a; b' < b, wobei c' = c gilt. Die Dreiecksbasis und damit Gewindebreite am Grund bleibt konstant, die Gewindehöhe verändert sich. Ist die Veränderung von a zu a' und b zu b' so gewählt, dass die Dreiecksform gleichschenklig bleibt, variiert nur die Gewindehöhe.In the variant of 12 the flank lengths vary according to the specification a ' <a; b '<b, where c' = c. The triangle base and thus thread width at the bottom remains constant, the thread height changes. If the change from a to a 'and b to b' is chosen so that the triangular shape remains isosceles, only the thread height varies.
In der Ausführungsform nach 13 bleibt eine Flanke, b' = b, konstant, die Basisbreite c' < c wird verändert sowie die Flankenlänge a' < a. Der Variation der Gewindefussbreite c, c' wird also eine Höhenvariation der Gewindespitze überlagert. Zudem verläuft die Gewindekante wellenförmig.In the embodiment according to 13 remains an edge, b '= b, constant, the base width c ' <c is changed as well as the flank length a ' <a. The variation of the thread foot width c . c ' So a height variation of the thread tip is superimposed. In addition, the thread edge is wavy.
In 14 gilt a' = a; b' < b; c' < c. Sie stellt damit eine Variation von 13 dar. In 15 wird die Basisbreite c und eine Flankenlänge b festgehalten und die Flankenlänge a minimiert. Je nach Dimensionierung von b (b ≈ c) kann a gegen Null gehen (a>0, aber klein), ein sehr flaches Dreieck A'B'C wird resultieren. Für b' < c' wird der Grenzfall bei a' + b' ≈ c' liegen, die Gewindekante liegt damit sehr tief, erreicht aber nicht den Bereich eines der beiden Gewindegründe. Geometrisch gilt: a' < a; b'≈ b; c' = c; a << b. Die Basisbreite c kann alternativ ebenfalls variiert werden, so dass c' <= c gilt.In 14 a '= a; b '<b; c '<c. It represents a variation of 13 in this 15 becomes the base width c and a flank length b held and the flank length a minimized. Depending on the sizing of b ( b ≈ c) a can go to zero ( a > 0, but small), a very flat triangle ABC will result. For b ' <c 'will be the limiting case at a' + b '≈ c', so the thread edge is very deep, but does not reach the area of either thread. Geometrically: a '<a;b'≈b; c '= c; a << b. The base width c may alternatively be varied so that c '<= c.
16 zeigt den Fall von 15 von der anderen Seite her betrachtet. Die Wertebetrachtung für a, b, a', b', c, c' gilt analog. 16 shows the case of 15 viewed from the other side. The value consideration for a, b, a ', b', c, c 'applies analogously.
17 zeigt sehr idealisiert einen Grenzfall, bei dem ein sehr spitzes, dünnes Dreieck A'B'C' realisiert wird, das sich durch a' ≈ b' bei sehr kleinem c' charakterisieren lässt. Je nach Auslegung von a und b im Dreieck ABC lässt sich eine gleichbleibende Gewindehöhe realisieren. 17 zeigt ein gleichseitiges Dreieck ABC, was bevorzugt, aber nicht zwingend ist. Die geometrische Charakterisierung lautet a' < a; b' < b; c' <= c; c<<a; c<<b, a' ≈ b'. 17 shows very idealized a borderline case in which a very pointed, thin triangle ABC' is realized, which can be characterized by a '≈ b' at very small c '. Depending on the design of a and b in the triangle ABC can be realized a consistent thread height. 17 shows an equilateral triangle ABC which is preferred but not mandatory. The geometric characterization is a '<a; b '<b; c '<= c; c <<a; c << b, a '≈ b'.
18 stützt sich bei ABC und A'B'C' auf gleichschenklige Dreiecke ab, wobei die Auslegung a' + b'≈ c' gilt. Die Gewindefussbreite c' ist kleiner oder gleich der Gewindefussbreite c. Dadurch wird die Gewindekante im Bereich von A'B'C' weit heruntergezogen, erfüllt aber dennoch die Grundbedingungen. In geometrischen Begriffen: a' < a; b' < b; c' <= c; a' + b' ≈ c' 18 is based on ABC and A'B'C 'on isosceles triangles, the interpretation a ' + b'≈ c 'holds. The thread foot width c ' is less than or equal to the thread root width c , As a result, the thread edge is pulled down far in the area of A'B'C ', but still fulfills the basic conditions. In geometric terms: a '<a; b '<b; c '<= c; a '+ b' ≈ c '
19 zeigt eine Gewindeprofiländerung, bei der die Schraubenlinie nicht einer gewöhnlichen Spiralform folgt, sondern wellenförmig seitlich maximal um eine Distanz y aus der Normallage verschoben ist. Alternativ lässt sich diese Variation natürlich auch als Verschiebung um +/- y/2 um eine Mittenlinie beschreiben. Für die Geometrien der Dreiecke ABC und A'B'C' soll gelten a' <= a und/oder b' <= b und/oder c' <=c. Bevorzugt ist eine Variante, bei der wenigstens einer der Parameter a', b', c' variiert wird. 19 shows a thread profile change in which the helix is not an ordinary one Spiral shape follows, but wavy sideways maximum by a distance y from the normal position is shifted. Alternatively, this variation can of course also be described as a shift of +/- y / 2 about a centerline. For the geometries of the triangles ABC and ABC' should apply a '<= a and / or b'<= b and / or c '<= c. A variant is preferred in which at least one of the parameters a ', b', c 'is varied.
20 zeigt gewissermassen einen Extremfall, bei der abwechselnd die Flanke a und b' bzw. b und a' auf c bzw. c' annähernd senkrecht stehen. Dadurch ergibt sich eine stark wellenförmige, seitliche Variation der Gewindekante. Je nach Auslegung von a, b, a', b' wird zudem eine Höhenvariation der Gewindekante auftreten. In geometrischen Begriffen ausgedrückt gilt: a' ≠ a und/oder b' ≠ b und/oder c' ≠ c; wobei die Flanke a (bzw. b) weitgehend senkrecht auf c steht und die Flanke b' (oder a') weitgehend senkrecht auf c'. Bevorzugt ist auch hier eine Variante, bei der wenigstens einer der Parameter a', b', c' variiert wird. 20 shows to some extent an extreme case, in which the flank alternates a and b ' respectively. b and a ' on c or c 'are approximately perpendicular. This results in a strong wave-shaped, lateral variation of the thread edge. Depending on the design of a, b, a ', b', a height variation of the thread edge will also occur. Expressed in geometric terms: a '≠ a and / or b' ≠ b and / or c '≠ c; being the flank a (or b) is largely perpendicular to c and the flank b ' (or a ') largely perpendicular to c'. Also preferred here is a variant in which at least one of the parameters a ' . b ' . c ' is varied.
Für all die Ausführungsformen gemäss 7-22 gilt, dass sie zeichnerisch idealisiert dargestellt sind. Für den Fachmann ist klar, dass die technische, reale Ausführung der Gewindeprofile zum einen durch die Werkzeuggeometrie bestimmt wird (Walzbacken für die Gewindeprofilierung) wie auch durch die Materialeigenschaften. Ein Umformvorgang bei der Herstellung wird niemals perfekt die Werkzeuggeometrie kopieren; das Werkzeug unterliegt bei der Herstellung gewissen Beschränkungen. Bei der Anwendung wird im Laufe der Zeit die Abnutzung ebenfalls Variationen des Gewindeprofils hervorrufen. Das ändert jedoch nichts daran, dass die Auslegung eines Befestigungselementes, so es den hier beschriebenen Merkmalen der Erfindung folgt, bis auf diese Fertigungstoleranzen den beschriebenen Gedanken und geometrischen Beschreibungen entspricht, wie sie in den Ansprüchen festgelegt sind. Der technisch bedingte Unterschied zwischen der realen Ausführung eines erfindungsgemässen Befestigers und der notwendigerweise idealisierten Beschreibung bedeutet keinen Mangel an Ausführbarkeit.For all the embodiments according to 7 - 22 is true that they are represented graphically idealized. For the expert it is clear that the technical, real execution of the thread profiles on the one hand by the tool geometry is determined (rolling jaws for the thread profiling) as well as by the material properties. A forming process in manufacturing will never perfectly copy the tool geometry; the tool is subject to certain limitations in manufacturing. In use, over time, wear will also cause variations in the thread profile. However, this does not change the fact that the design of a fastener, so it follows the features of the invention described herein, to the manufacturing tolerances corresponds to the described thoughts and geometric descriptions, as defined in the claims. The technical difference between the actual design of a fastener according to the invention and the necessarily idealized description does not mean that there is a lack of feasibility.
Es versteht sich ferner von selbst, dass die vereinfachte geometrische Beschreibung in den Ansprüchen bzw. der Offenbarung in Extremfällen zu Geometrien führen könnte, die technisch schwer zu realisieren sind. Ein Fachmann wird beispielsweise ein Gewindeprofil mit Überhängen oder Hinterschneidungen, bei denen z.B. die Gewindekante ausserhalb der Gewindebasis angeordnet wäre, von sich aus nicht vorsehen. Die Nicht-Ausführbarkeit bestimmter theoretischer Gewindeprofile mit den Mitteln der Technik soll aber der Darstellung in den Ansprüchen als Ganzes keinen Abbruch tun.It goes without saying that the simplified geometric description in the claims or the disclosure in extreme cases could lead to geometries that are technically difficult to implement. For example, one skilled in the art will appreciate a thread profile with overhangs or undercuts, e.g. the thread edge would be located outside the threaded base, not provide by itself. However, the non-feasibility of certain theoretical thread profiles by the means of the art should not detract from the presentation in the claims as a whole.
Die Herstellung von Werkzeugen für Befestigungselemente gemäss dieser Erfindung kann durch Fräsen, Räumen, Schleifen oder Erodieren (oder Kombinationen hiervon) von Formwerkzeugen erfolgen, die die beschriebenen Geometrien als Matrize aufweisen. Diese Verfahren sind im Stand der Technik bekannt und werden vom Fachmann angewendet.The manufacture of fastener tools in accordance with this invention may be accomplished by milling, broaching, grinding, or eroding (or combinations thereof) molding tools having the described geometries as a die. These methods are known in the art and are used by those skilled in the art.
Die Materialien für Befestigungselemente gemäss der Erfindung wird ein Fachmann nach den Möglichkeiten und Anforderungen aus dem Stand der Technik auswählen, er wird dabei Kriterien wie Korrosionsfestigkeit, Umformbarkeit, Materialfestigkeit, Kosten und Verfügbarkeit berücksichtigen. Das gilt ebenso für die Wahl der Materialen für die nötigen Werkzeuge.The materials for fasteners according to the invention will be selected by a person skilled in the art according to the possibilities and requirements of the prior art, taking into account criteria such as corrosion resistance, formability, material strength, cost and availability. This also applies to the choice of materials for the necessary tools.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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11
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Befestiger, Befestigungselement, insbesondere SchraubeFastener, fastener, especially screw
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22
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Kopf (mit Angriff)Head (with attack)
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33
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Spitze des Befestigungselementes, SchraubenspitzeTip of the fastener, screw tip
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44
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Schaftshaft
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55
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Längsachse des Befestigers, ZentralachseLongitudinal axis of the fastener, central axis
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66
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Gewindethread
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77
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Gewindespitze, äussere GewindekanteThread tip, outer thread edge
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8, 98, 9
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Gewindegang, GewindegrundThread, thread root
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1010
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konischer Spitzenbereichconical tip area
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11, 12, 1311, 12, 13
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Gewindeprofil(e)Thread profile (s)
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14, 1514, 15
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Gewindeflanke(n), Flanke(n), technische Flanke(n)Thread flank (s), flank (s), technical flank (s)
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1616
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kopfseitiger Auslaufhead-side outlet
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21, 2221, 22
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Gewindeprofil(e) gemäss Stand der TechnikThread profile (s) according to the prior art
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23, 2423, 24
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Kerbfläche(n)Notched surface (s)
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2525
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Gewindeprofilthread profile
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3030
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Gewindeprofil, regulärThread profile, regular
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3131
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Gewindeprofil mit konvexer FlankeThread profile with convex flank
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3232
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Gewindeprofil mit konkaver FlankeThreaded profile with concave flank
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33, 3433, 34
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Dreieck, auf Innenkontur des Gewindeprofils bezogen
Triangle, based on the inner contour of the thread profile
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A, B A, B
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Fusspunkte am Gewindegrund 8, 9Foot points at the root of the thread 8th , 9
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CC
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Dreiecksspitzetriangle top
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a, b, a', b'a, b, a ', b'
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Dreiecksflankentriangle flanks
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c, c'c, c '
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Dreiecksbasistriangular base
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 29705916 U1 [0003]DE 29705916 U1 [0003]
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US 2004/0101381 A1 [0004]US 2004/0101381 A1 [0004]
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DE 202004002877 U1 [0005]DE 202004002877 U1 [0005]
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US 2008/0232925 [0006]US 2008/0232925 [0006]
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US 4637767 [0007]US 4637767 [0007]
