DE1081724B - Selbstschneidende Schraube - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine selbstschneidende Schraube mit einem Außengewinde, das sich am Ende konisch verjüngt und mit axialen Einschnitten versehen ist, so daß Schneidkanten zum Schneiden des zugehörigen Muttergewindes sowie zwischen den Einschnitten befindliche segmentförmige Gewindeteile entstehen.

Derartige Schrauben sind in vielerlei Ausführungen bekannt. Eine bekannte selbstschneidende Schraube weist einen sich quer durch das Schraubenende axial erstreckenden mittleren Schlitz auf. Etwa der axialen Tiefe des Schlitzes entsprechend, ist das Schraubenende vom Außendurchmesser etwa zum Kerndurchmesser des Gewindes verlaufend konisch ausgebildet, und zwar so, daß die durch den Schlitz gebildeten Konussegmente mit ihren Mittelpunkten gegeneinander versetzt sind. Auf diese Weise entstehen auf der führenden Einschraubseite des Schlitzes gut schneidende Kanten. Diese bekannte Schraube ist in der Fertigung sehr teuer, da die vorgefertigten Schneidkanten z. B. durch Hinterdrehen oder Hinterschleifen hergestellt sind. Außerdem weist diese bekannte Schraube den Nachteil auf, daß sich die beiden konischen Segmente beim Einschrauben zusammendrücken können.

Eine andere bekannte Schraube dieser Art weist eine am Einschraubende vorgesehene, in axialer Richtung verlaufende, jedoch exzentrisch versetzte Bohrung auf, in die auf der schwachen Wandungsseite ein Schlitz tangential von außen her einmündet. Auch diese Schraube weist eine vorgefertigte Schneidkante auf, wodurch sie in nicht tragbarer Weise verteuert wird. Den Nachteil, daß die Schneidkante beim Einschrauben nachgeben kann, weist auch diese bekannte Schraube auf.

Es ist ferner bekannt, bei selbstschneidenden Schrauben an den Einschraubenden Schlitze, Nuten od. dgl. anzuordnen und den Gewindedurchmesser konisch zu verjüngen, ohne besondere Schneidkanten zu bilden. Bei dieser Art von Schrauben können sich die durch die Einschnitte gebildeten Segmente zusammendrücken, so daß sie nicht einwandfrei schneiden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mängel der bekannten Schrauben zu vermeiden und in der Schaffung einer selbstschneidenden Schraube, die allen Anforderungen der Praxis in möglichst vollkommener Weise genügt, insbesondere einer Schraube, die ein gutes, richtig dimensioniertes Gewinde schneidet, welches die Schraube fest und sicher hält. Die Schraube soll ferner mit Mitteln gegen unbeabsichtigtes Lösen versehen und leicht und billig herzustellen sein. Darüber hinaus sollen insbesondere auch bei Ersatz der Schraube Mittel vorgesehen sein, die die Selbstschneidende Schraube

Anmelder:

Joseph Rosan,

Newport Beach, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. K. Boehmert und Dipl.-Ing. A. Boehmert,
Patentanwälte, Bremen 1, Feldstr. 24

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 9. August 1954

Joseph Rosan, Newport Beach, Calif. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Ersatzschraube gegen unbeabsichtigtes Lösen schützen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

^5 löst, daß die segmentförmigen Gewindeteile der Schraube gegen radiale Zusammendrückung durch Stützmittel derart gesichert sind, daß eine Relativverschiebung der seitlichen Kanten der Einschnitte ermöglicht wird und daß der Radius der zwischen den Einschnitten befindlichen segmentförmigen Gewindeteile von der Schneidkante aus zunimmt, so daß beim Eindrehen der Schraube ein Druck auf die hinter den Schneidkanten liegenden Teile der Segmente ausgeübt wird, welcher bewirkt, daß die Schneidkanten nach außen gedrückt und in schneidenden Eingriff mit dem sie umgebenden Werkstoff gebracht werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen zu entnehmen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt sind. In den Zeichnungen ist

Fig. 1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes,

Fig. 2 eine Endansicht nach der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 ein Teilschnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2, Fig. 4 einen Längsschnitt einer selbstschneidenden Schraube mit Innengewinde,

Fig. 5 ein schematischer Querschnitt durch einen Gang des schneidenden Gewindes der Schraube, wobei die Kräfte eingetragen sind, die die Schneidspitze elastisch deformieren, um einen sicheren Eingriff der Schneidkanten zu erzielen,

OOS 503/213

Fig. 6 ein schematischer Querschnitt ähnlich demjenigen der Fig. 5, der die Schraube im Zusammenwirken mit dem umgebenden Material zeigt;

Fig. 7 eine Teilabwicklung eines schneidenden Gewindeganges, aus der die Schneidwirkung hervorgeht,

Fig. 8 eine Endansicht ähnlich derjenigen nach Fig. 2, jedoch mit vier Einschnitten, wie sie für Schrauben größeren Durchmessers zur Anwendung gelangen,

Fig. 8 a eine verkleinerte Seitenansicht einer Schraube mit Sechskantkopf,

Fig. 9 eine teilweise Seitenansicht einer abgeänderten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes,

Fig. 9 a eine Endansicht der in Fig. 9 dargestellten Schraube,

Fig. 10 eine Endansicht einer weiteren Ausführungsform einer selbstschneidenden Schraube,

Fig. 11 ein Teilabschnitt nach Linie 12-12 der Fig. 10, ao

Fig. 12 ein Teillängsschnitt ähnlich demjenigen der Fig. 11 durch eine Schraube mit Innengewinde,

Fig. 13 eine Endansicht des bei der Ausführungsform nach Fig. 12 verwendeten Stützringes,

Fig. 14 ein Teilschnitt ähnlich demjenigen der Fig. 11, wobei jedoch ein anderer Einsatz zur Anwendung gelangt, und

Fig. 15 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 14 zur Anwendung gelangenden Einsatzes.

Die in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellte selbstschneidende Schraube 1 weist die Gewindegänge 2 sowie ein abgeschrägtes Ende3 auf. Am Ende der Schraubet befindet sich eine Bohrung 4 (Fig. 1 und 3).

An den Seiten der Schneidschraube 1 sind Einschnitte 5 (Fig. 2) angebracht, die die Bohrung 4 in geringem Abstand vom Ende der Schraube schneiden (vgl. Fig. 3). Durch die Einschnitte 5 werden Segmente 8 (Fig. 6) gebildet, deren vordere Kanten (die beim Einschrauben vorangehenden Kanten) die Schneidkanten 6 darstellen. Das abgeschrägte Ende 3 enthält vorzugsweise anderthalb oder zwei Gewindegänge, durch die praktisch der gesamte Schneidvorgang bewirkt wird. Die Einschnitte 5, die auf dem größten Teil ihrer Länge nicht bis zur Bohrung 4 durchgehen und deren Grund einen Winkel mit der Bohrung 4 bildet, ergeben die Segmente 8 verbindenden Stege 7 (Fig. 6), die in der Entfernung von einem oder von anderthalb Gewindegängen vom Ende der Schraube enden und die bewirken, daß das schneidende Ende der Schraube 1 gut gegen radiale Zusammendrückung (Verkleinerung des Durchmessers) abgestützt ist. Hierdurch wird erreicht, daß die schneidenden Gewindegänge ein Gewinde von vollem Schraubendurchmesser schneiden, in welches die folgenden Schraubengänge eintreten können. Die Einschnitte 5 und somit die Stege 7 werden vorzugsweise durch einen Umfangsfräser eingefräst, so daß ihre nach außen gerichteten Flächen leicht konkav sind.

Wird ein Schnitt durch die höchsten Stellen des Schraubenprofils eines schneidenden Gewindeganges geführt, so sieht man, wie in Fig. 5 dargestellt, daß die hinteren (beim Eindrehen nachfolgenden) Kanten der Segmente 8 eine größere radiale Entfernung von der Mittellinie der Schraube haben, also größer im Durchmesser sind als die vorderen (beim Eindrehen vorangehenden) Schneidkanten 6. Wenn die Segmente 8 in die durch die entsprechende Schneidkante 6 geschnittene Rille eintreten, wird daher auf die hinteren Kanten der Segmente 8, wie durch die in Fig. 5 dargestellten Pfeile angedeutet, eine Kraft ausgeübt, die den Querschnitt der Schraube eiförmig zu deformieren trachtet und die Schneidkanten 6 in Richtung der Pfeile^ nach außen drückt, wodurch sie zwangläufig in schneidenden Eingriff mit dem umgebenden Material gebracht werden. Die Wirkungsweise geht auch aus der Abwicklung der Fig. 7 hervor, bei der die normalen Flächen der Segmente 8 durch gestrichelte Linien B angedeutet sind, während die beim Eindrehen deformierten Flächen durch ausgezogene Linien dargestellt sind. Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, haben die Einschnitte 5 eine erhebliche Breite, so daß sie eine ausreichende Verschiebung der vorangehenden Schneidkanten 6 gestatten und gleichzeitig einen ausreichenden Raum zur Aufnahme von Schneidspänen gewähren.

Wesentlich ist dabei folgendes: Während dieStege7 imstande sind, einer erheblichen Kraft, die die Segmente 8 zusammenzudrücken sucht, zu widerstehen, ermöglichen sie die leichte Deformierung des Querschnittes, die erforderlich ist, um die gewünschte Ver Schiebung der Segmente 8 zu erreichen. Der Durchmesser der Bohrung 4 und damit die Wandstärke der Segmente 8 ist so gewählt, daß diese Verschiebung ermöglicht wird.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer selbstschneidenden Schraube hat einen Flansch 9, der die Tiefe begrenzt, bis zu der die Schraube in das umgebende Material eingeschraubt wird; sie hat ferner einen Bolzen 10 mit einem Außengewinde 11.

Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel stimmt mit dem beschriebenen Ausführungsbeispiel überein, hat jedoch an Stelle des Bolzens 10 ein Innengewinde 12.

Bei beiden Ausführungsformen sind die Gewindegänge 2 in zwei Gruppen unterteilt. Die Gewindegänge, die auf das abgeschrägte Ende 3 folgen, haben reduzierte Profile, wie bei 13 dargestellt, d. h·. der Außendurchmesser dieser Schraubenprofile ist etwas geringer als der normale Durchmesser, während die letzten Windungen volle Profile aufweisen, wie bei 14 dargestellt.

Der dazwischenliegende Teil 15 (Fig. 1) zwischen den verringerten Profilen 13 und den vollen Profilen 14 ist nicht als schneidendes Element ausgebildet, so daß die Schraubenwindungen mit vollem Profil in die von den verringerten Profilen geschnittenen Gewindegängen eintreten müssen und eine Interferenzpassung ergeben.

Die Größe des Drehmomentes, das erforderlich ist, um die Schraube einzudrehen, ist abhängig von der Art des Materials, in das die Schraube eingeschraubt wird, und den relativen Durchmessern der verkleinerten Gewindegänge und der vollen Gewindegänge. Da die schneidenden Elemente aus einem Stück mit der Schraube bestehen, wird stets eine recht genaue Passung erzielt. Ohne Rücksicht auf die Toleranzen der verschiedenen selbstschneidenden Schrauben untereinander kann die Toleranz zwischen den relativen Abmessungen der verringerten Gewindegänge 13 und der vollen Gewindegänge 14 in außerordentlich engen Grenzen gehalten werden, so daß das zum Eindrehen der Schraube erforderliche Drehmoment genau vorausbestimmt werden kann. Dieser Vorteil würde nicht erreicht werden, wenn die Gewindegänge durch ein von der Schraube getrenntes Werkzeug geschnitten werden würden.

Das in der Zeichnung dargestellte Schraubenprofil ist ein Profil, das im wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Naturgemäß beschränkt die Erfin-

dung sich nicht auf dieses Profil, sondern ist auch für andere Profile anwendbar, gleichgültig, ob es sich beispielsweise um volle V-Profile, abgestumpfte V-Profile oder abgerundete V-Profile handelt.

Bei Schrauben kleineren Durchmessers sind zwei Einschnitte 5 ausreichend. Für Schrauben größeren Durchmessers können, wie in Fig. 8 dargestellt, zwei oder mehr Paare von Einschnitten 5 α zur Anwendung gelangen.

Die in Fig. 9 und 9 a dargestellte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist geeignet, im Zusammenhang mit einem gezahnten Verriegelungsring als Verriegelungsmittel Anwendung zu finden. Bei dieser Ausführungsform kann die eigentliche Schraube 1 in gleicher Weise wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform ausgebildet sein, wobei jedoch der Flansch 9 fortgelassen wird und die verringerten Gewindegänge 13 nicht erforderlich sind. Der in Fig. 1 dargestellte Bolzen 10 erhält daher an Stelle des glatten Flansches den gezahnten Flansch 16 der Fig. 9, der einen gewissen Abstand von den Schraubengängen 2 hat und so ausgebildet ist, daß er in den Verriegelungsring eingreifen kann.

Die Einschnitte und ihre Stege können in der gleichen Weise, wie in Fig. 1 dargestellt, ausgeführt werden; die Ausführungsform nach Fig. 9 und 9a zeigt jedoch abgeänderte Einschnitte 5 b. Diese sind durch einen Endfräser erzeugt, so daß die Tiefe des Einschnittes gleichmäßig ist und der dadurch geformte Steg la eine gleichmäßige Stärke erhält. Darüber hinaus kann (ebenso wie auch bei der ersten Ausführungsform) das Querschnittsprofil des Einschnittes rechtwinklig, in den Ecken abgerundet oder anderweitig ausgebildet sein. Der Steg kann bis zum Ende der Schraube durchlaufen oder gewünschtenfalls (wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel) kurz vor dem Ende der Schraube enden.

Das in den Fig. 10 und 11 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen demjenigen der Fig. 1 oder 9. Die Schraube 1 hat hierbei jedoch durchgehende Einschnitte 22, die an diametral gegenüberliegenden Stellen eingeschnitten sind und nicht die Stege der vorhergehenden Ausführungsbeispiele enthalten. Um das schneidende Ende gegen Zusammendrückung (Verkleinerung des Durchmessers) zu bewahren, ist in der Bohrung 4 eine Gegenbohrung 23 vorgesehen, in welche ein Verstärkungsring 24 eingelegt wird, dessen Vorsprünge 25 in die Einschnitte 22 eingreifen und seine Stellung sichern. Durch diese Anordnung wird die schneidende Spitze der Schraube gegen radiale Zusammendrückung geschützt, ohne daß die in Verbindung mit der Beschreibung der Fig. 5, 6 und 7 beschriebene Verschiebung der Kanten verhindert wird. Die Vorsprünge 25 sind hierbei fest in die Einschnitte 22 eingeklemmt, der Ring selbst jedoch kann ein ausreichendes Spiel haben, um die erforderliche seitliche Verschiebung der Segmente 8 zu ermöglichen.

Die Ausführungsform nach den Fig. 12 und 13 entspricht im wesentlichen derjenigen nach Fig. 11, jedoch hat die mit den Einschnitten 22 und dem Ring 24 versehene Schraube in diesem Falle ein Innengewinde, ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 4.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 14 und 15 gelangt an Stelle des Ringes 24 ein U-förmiges Verstärkungselement oder Abstandsstück 26 zur Anwendung, das in die Bohrung 4 derart eingesetzt werden kann, daß die Enden seiner Schenkel in den Einschnitten 22 liegen. Auch in diesem Falle verhindert das Abstandsstück 26 eine radiale Zusammendrükkung, gestattet jedoch die in Fig. 5, 6 und 7 dargestellte Kantenverschiebung.

Wenn die in den Fig. 1 und 4 dargestellte Schraube entfernt und durch eine andere Schraube ersetzt werden soll, gelangt eine Ersatzschraube zur Anwendung, die in gleicher Weise ausgebildet ist wie die erste Schraube, bei der jedoch die Anzahl der Schraubenwindungen 14 mit vollem Profil um eine oder mehrere Windungen vermehrt ist, um eine Interferenzpassung und daher einen festen Sitz der Schraube in den Gängen des durch die erste Schraube geschnittenen Innengewindes zu erzielen, in welche vorher die Schraubengänge 13 von verringertem Profil eingetreten waren.

An Stelle eines Bolzens 10, wie in Fig. 1 dargestellt, oder eines Innengewindes 12, wie in Fig. 4 dargestellt, kann die Schraube auch mit einem Sechskantkopf 27 versehen sein, wie in Fig. 8 a dargestellt. Statt dessen kann, je nach der Größe und dem Bestimmungszweck des Befestigungsmittels, auch ein runder Kopf, ein versenkter Kopf oder irgendein anderer Kopf bzw. ein sonstiges Befestigungs- oder Eingriffsmittel vorgesehen sein. In gewissen Fällen kann überhaupt kein Kopf oder Flansch erforderlich sein.

In manchen Fällen, insbesondere in Verbindung mit Schrauben nach den Fig. 4 und 12, kann es erwünscht sein, ein Einschraubwerkzeug (SpezialSchraubenzieher) zu benutzen, dessen Höhlung derart ausgebildet ist, daß sie in die Zahnung 16 eingreift, um das erwünschte Drehmoment zum Eindrehen zu erzeugen. Derartige Werkzeuge oder Schraubenzieher sind an sich bekannt

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele, sondern umfaßt auch Abänderungen, die im Rahmen des dargelegten Erfindungsgegenstandes liegen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Selbstschneidende Schraube mit einem Außengewinde, das sich am Ende konisch verjüngt und mit axialen Einschnitten versehen ist, so daß Schneidkanten zum Schneiden des zugehörigen Muttergewindes sowie zwischen den Einschnitten befindliche segmentförmige Gewindeteile entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß die segmentförmigen Gewindeteile (8) der Schraube gegen radiale Zusammendrückung durch Stützmittel (7, 24, 26) derart gesichert sind, daß eine Relativverschiebung der seitlichen Kanten der Einschnitte (5) ermöglicht wird, und daß der Radius der zwischen den Einschnitten (5) befindlichen segmentförmigen Gewindeteile (8) von der Schneidkante (6) aus zunimmt, so daß beim Eindrehen der Schraube ein Druck auf die hinter den Schneidkanten (6) liegenden Teile der Segmente (Pfeile der Fig. 5) ausgeübt wird, welcher bewirkt, daß die Schneidkanten (6) nach außen gedrückt und in schneidenden Eingriff mit dem sie umgebenden Werkstoff gebracht werden.

2. Selbstschneidende Schraube nachAnspruchl, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte Bohrung (4) am schneidenden Ende der Schraube.

3. Selbstschneidende Schraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Sicherung gegen radiale Zusammendrückung

die Form von an sich bekannten Stegen (7) haben, die in den Einschnitten (5) angeordnet sind, und daß deren Stärke nach dem Ende der Schraube hin abnimmt.

4. Selbstschneidende Schraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Sicherung gegen radiale Zusammendrückung ein in die Bohrung (4) eingesetztes Glied (24L₁ 26) sind, welches mit Vorsprüngen (25) in das Ende der Einschnitte (5) eingreift und eine Zusammendrückung der durch die Einschnitte

Segmente (8) verhindert.

5. Selbstschneidende Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen mit dem Gewindeteil (1) verbundenen, mit Außengewinde versehenen Bolzen (10).

6. Selbstschneidende Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis S, gekennzeichnet durch Mittel

gebildeten

(14, 16) zur Verriegelung der Schraube (1) in einer Bohrung, in welche sie eingeschraubt ist.

7. Selbstschneidende Schraube nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsmittel in an sich bekannter Weise aus einem gezahnten Flansch (16) bestehen, der mit der Schraube (1) verbunden ist und dessen Zähne in einen Verriegelungsring bzw. ein Schraubwerkzeug eingreifen können.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 863 575, 808 510;
französische Patentschrift Nr. 388 637;
britische Patentschrift Nr. 593 440;
USA.-Patentschriften Nr. 2 387 720, 2 093171.

In Betracht gezogene ältere Rechte:
Deutsches Patent Nr. 970937.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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