DE112005002820T5

DE112005002820T5 - Schraube mit mehreren Gewindesteigungen, Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen

Info

Publication number: DE112005002820T5
Application number: DE112005002820T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Fuji; Naoki Sase; Kenichi Inuyama Katayama; Yoshinori Inuyama Moriguchi
Original assignee: Nagoya Industrial Science Research Institute
Current assignee: Nagoya Industrial Science Research Institute
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2007-10-04
Also published as: WO2006054451A1; US20070264100A1; JP2006144896A; JP4606132B2; CN101035638A; CN100444985C

Abstract

Schraube mit mehreren Gewindegängen, gekennzeichnet durch Seitenwände von Schraubengewindegängen, die während einer Drehbewegung entlang einer Spirale alternierend und aufeinanderfolgend und symmetrisch zu einer Mittellinie der Schraubengewindegänge Abschnitte mit stumpfem Steigungswinkel und Abschnitte mit spitzem Steigungswinkel aufweisen.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schraube mit mehreren Gewindesteigungen (Schraube mit mehreren Gewindesteigungen mit Schraubengewindegängen, in denen Abschnitte mit stumpfem Steigungswinkel und Abschnitte mit spitzem Steigungswinkel während einer Umdrehung entlang einer Spirale alternierend und aufeinanderfolgend ausgebildet sind) sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer derartigen Schraube mit mehreren Gewindesteigungen.
Hintergrundtechnik
Es sind verschiedenartige Maßnahmen gegen ein Lockern von Spannschrauben vorgeschlagen worden, die jedoch alle nicht zufriedenstellend gewesen sind.
Die vorliegenden Erfinder haben. bestätigt, dass das Problem durch eine "Schraube mit mehreren Gewindesteigungen" mit mehreren Steigungswinkeln, d.h. aufeinanderfolgenden Steigungswinkeln mit verschiedenen Steigungen, gelöst werden kann, wodurch das herkömmliche Konzept einer Schraube "mit einer Spirale mit einer festen Steigung" (Collected papers of Japan Society of Mechanical Engineers, Teil C, Bd. 62 (Nr. 597), Seiten 1963-1968m "Development of extremely less likely-to-be-loosen screw tigthening structures", FUJI, Hiroshi, et al., 1996, drastisch verändert worden ist.
Die vorliegenden Erfinder haben außerdem in der JP-2002-346891 eine Struktur und Kombinationen von Bolzen und Muttern einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen und ihre Anwendung in einer Vorschubspindel vorgeschlagen.
Die vorliegenden Erfinder haben ähnlicherweise bereits in der JP-A-2004-230119 und in der JP-2004-230120 eine unter Verwendung eines Drehwerkzeugs hergestellte Schraube mit mehreren Gewindesteigungen, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu ihrer Herstellung und ferner in Kombination mit der Schraube mit mehreren Gewindesteigungen verwendete Mutternelemente beschrieben.
Ähnliche bekannte Techniken beinhalten einen sich nicht lockernden Bolzen mit Doppelgewinden im Schaftabschnitt des Bolzens und ein Paar flache Werkzeuge zum Herstellen des Bolzens (vergl. z.B. JP-A-2003-305528 mit dem Titel "Manufacturing method of anti-loosening bolt").
Andere Vorschläge zum Verhindern einer Lockerung beinhalten Außengewinde mit mehreren konvexen Abschnitten, die in vorgegebenen Intervallen in der Gewindeflankenfläche aufeinanderfolgend angeordnet sind, ein flaches Werkzeug zum Walzen der Gewinde und ein Verfahren zum Herstellen des Gewindes (vergl. z.B. JP-A-2004-130356 mit dem Titel "Rolling flat die, and manufacturing method of the rolling flat die").
JP-A-2003-305528
JP-A-2004-130356
Collected Papers of Japan Society of Mechanical Engineers, Teil C, Bd. 62 (Nr. 597), Seiten 1963-1968m ("Development of extremely less likely-to-be-loosen screw tigthenig structures", FUJI, Hiroshi, et al., 1996)
Kurze Beschreibung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Eine Schraube mit mehreren Gewindesteigungen (ein Bolzenelement) ist zum Verhindern der Lockerung einer Spannschraube sehr effektiv, es ist jedoch sehr schwierig, die Form der Schraube mit mehreren Gewindesteigungen mit hoher Präzision herzustellen, und bisher steht keine Technik für eine kostengünstige Herstellung einer derartigen Schraube zur. Verfügung. Ähnlicherweise ist die Herstellung einer Vor schubspindel (Bolzenelement) für einen auf dem Prinzip dieser Schraube mit mehreren Gewindesteigungen basierenden Vorschubspindelmechanismus schwierig und teuer.
In einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen, die unter Verwendung eines durch den vorliegenden Erfinder vorgeschlagenen Drehwerkzeugs herstellbar ist, und im Verfahren und in der Vorrichtung zum Herstellen der Schraube ist es Grundvoraussetzung, die Ausgangs- oder Rohmaterialien zum Zeitpunkt eines Walzvorgangs unter Verwendung mehrerer Drehwerkzeuge gleichmäßig zu machen und ein Steigungsgleichgewicht der zu bearbeitenden Gewindegänge aufrechtzuerhalten. D.h., weil das Drehwerkzeug verwendet wird, ist es schwierig, im Herstellungsverfahren ein für eine Massenproduktion geeignetes flaches Werkzeug zu verwenden.
Der in der JP-A-2003-305528 dargestellte, sich nicht lockernde Bolzen, ist den herkömmlichen Doppelgewinden und Doppelmuttern zugeordnet und unterscheidet sich wesentlich von einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen. Daher kann dieses Herstellungsverfahren nicht direkt auf die Herstellung einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen angewendet werden.
Die in der JP-A-2004-130356 dargestellten Außengewinde basieren auf einer einfachen Struktur mit mehreren auf der Flankenfläche einer Schraube angeordneten konvexen Abschnitten, wobei die mehreren konvexen Abschnitte lediglich kleine Ausbauchungen oder Vorsprünge darstellen, die gerade groß genug sind, um beim Festziehen den Reibungskoeffizient zwischen der Mutternseite und der Flankenfläche zu erhöhen.
Daher ist es ausreichend, lediglich kleine Vertiefungen in vorgegebenen Intervallen auf der Flankenfläche an der Seite des flachen Werkzeugs auszubilden, wobei die Herstellung des Werkzeugs einfach ist, und wobei die Form der Außengewindegänge grundsätzlich die gleiche ist wie in einer herkömmlichen Schraube, und wobei der Walzprozess einfach ist.
Für eine Schraube mit mehreren Gewindesteigungen sind dagegen Gewindegänge erforderlich, deren Flankenflächen, die mehrere Führungsflächen bilden, sich regelmäßig und gleichmäßig ändern, so dass das in der JP-A-2004-130356 dargestellte Herstellungsverfahren nicht anwendbar ist.
D.h., die Schraube mit mehreren Gewindesteigungen ist in einer Struktur ausgebildet, gemäß der mehrere Flankenflächen, die mehrere Führungsflächen bilden, vorhanden sind, wobei während des Walzvorgangs sich regelmäßig ändernde Flankenflächen ausgebildet werden müssen, wobei die Schraubengewindegänge durch ein herkömmliches flaches Werkzeug nicht mit hoher Präzision gewalzt und ausgebildet werden können.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schraube (Bolzenelement) mit mehreren Gewindesteigungen mit optimalen Schraubengewindegängen bereitzustellen, die durch ein für eine Massenproduktion geeignetes flaches Werkzeug einfach gewalzt und bearbeitet werden können, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen der Schraube.
Verfahren zum Lösen der Probleme
Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu lösen, ist die in Patentanspruch 1 definierte Erfindung technisch gekennzeichnet durch eine Schraube mit mehreren Gewindesteigungen mit linken und rechten Seitenwänden 201L, 201R bzw. 202L, 202R von Schraubengewindegängen 20, in denen Abschnitte 201 mit stumpfen Steigungswinkel und Abschnitte 202 mit spitzem Steigungswinkel während einer Umdrehung entlang einer Spirale alternierend und aufeinanderfolgend und symmetrisch zu einer Mittellinie 20c der Schraubengewindegänge 20 ausgebildet sind.
Die Erfindung ist gemäß Patentanspruch 3 technisch gekennzeichnet durch ein Verfahren zum Herstellen einer Schraube mit mehreren Gewindegängen mit den Schritten: Walzen und Bearbeiten spiralförmiger Schraubengewindegänge 20 mit mehreren Gewindesteigungen auf einem Außenumfang 2 eines schaftförmigen Rohlings 1 durch ein Paar flache Werkzeuge 4, 5 mit mehreren Vorsprüngen 40b, 50a mit einer im Wesentlichen invertierten V-Form auf der Oberfläche,
wobei mindestens ein flaches Werkzeug 4 Vorsprünge 40b für die Schraubengewindegänge mit Steigungswinkeln aufweist, die sich alternierend und aufeinanderfolgend regelmäßig ändern, wobei die Gewindegänge zwei Seitenwände aufweisen, die symmetrisch zur Mittellinie alternierend und aufeinanderfolgend von der Mittellinie 40c abweichende Abschnitte 401 und Annäherungsabschnitte 402 entlang der Mittellinie aufweisen, und
wobei Schraubengewindegänge 20 mit mehreren Gewindesteigungen durch auf einem flachen Werkzeug 4 ausgebildete Vorsprünge 40b für Schraubengewindegänge mit sich regelmäßig ändernden Steigungswinkeln auf der Außenumfangsfläche des schaftförmigen Rohlings 1 gewalzt werden, wobei Abschnitte 201L, 201R mit stumpfem Steigungswinkel und Abschnitte 202L, 202R mit spitzem Steigungswinkel alternierend und aufeinanderfolgend ausgebildet werden.
Die Erfindung ist gemäß Patentanspruch 4 technisch gekennzeichnet durch ein Verfahren zum Herstellen einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen mit den Schritten: Walzen und Bearbeiten spiralförmiger Schraubengewindegänge 20 mit mehreren Gewindesteigungen auf einem Außenumfang 2 eines schaftförmigen Rohlings 1 durch ein Paar flache Werkzeuge 4, 5 mit mehreren Vorsprüngen 40a, 40b, 50a mit einer im Wesentlichen invertierten V-Form auf der Oberfläche,
wobei mindestens ein flaches Werkzeug 4 einen Bereich mit Vorsprüngen für Schraubengewindegänge 40a mit einem konstanten Steigungswinkel und einen dem Bereich 410 folgenden Bereich 420 für Schraubengewindegänge 40b mit einem Steigungswinkel aufweist, der sich symmetrisch zu einer Mittellinie 40C regelmäßig ändert, dessen Höhe etwas kleiner ist als diejenige des Bereichs für Schraubengewindegänge mit konstantem Steigungswinkel, und wobei im Bereich 420 die beiden Seitenwände der Gewindegänge alternierend und aufeinanderfolgend durch von der Mittellinie 40c abweichende Abschnitte 401 von Vorsprüngen 40b und Annäherungsabschnitte 402 entlang der Mittellinie 40c gebildet werden; und
wobei Schraubengewindegänge mit mehreren Gewindesteigungen auf dem Außenumfang 20 des schaftförmigen Rohlings 1 gewalzt werden, überlagert zwischen Bahnen 210 von Schraubengewindegängen mit konstantem Steigungswinkel, die durch die Vorsprünge 40a des Bereichs 410 für Schraubengewindegänge mit konstantem Steigungswinkel eines flachen Werkzeugs 4 ausgebildet werden, und Schraubenbahnen, in denen Abschnitte 201 mit stumpfem Steigungswinkel und Abschnitte 202 mit spitzem Steigungswinkel, die durch Vorsprünge 40b des Bereichs 420 für einen Schraubengewindegang mit einem sich regelmäßig ändernden Steigungswinkel ausgebildet werden, alternierend und aufeinanderfolgend ausgebildet werden.
Die Erfindung ist gemäß Patentanspruch 5 technisch gekennzeichnet durch ein Verfahren zum Herstellen einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen, mit den Schritten: Walzen und Bearbeiten spiralförmiger Schraubengewindegänge 20 mit mehreren Gewindesteigungen auf einem Außenumfang 2 eines schaftförmigen Rohlings 1 durch ein Paar flache Werkzeuge 4, 5 mit mehreren Vorsprüngen 40a, 40b', und 50a mit einer im Wesentlichen invertierten V-Form auf der Oberfläche,
wobei mindestens ein flaches Werkzeug 4 einen Bereich 410 mit Vorsprüngen 40a für Schraubengewindegänge mit einem konstanten Steigungswinkel und einen dem Bereich 410 folgenden Bereich 420 für Schraubengewindegänge 40b mit einem sich regelmäßig stufenförmig ändernden Steigungswinkel aufweist, wobei die Schraubengewindegänge 40b eine etwas breite Querschnittsform und eine etwas geringere Höhe haben als im Abschnitt für Schraubengewindegänge mit konstantem Steigungswinkel, und sich in einer Nutenrichtung wellenförmig ändern; und
wobei die Schraubengewindegänge 20 mit mehreren Gewindesteigungen auf dem Außenumfang 2 des schaftförmigen Rohlings 1 überlagert zwischen Bahnen 21b von Schraubengewindegängen mit konstanten Steigungswinkel, die durch die Vorsprünge 40a des Bereichs 210 für Schraubengewindegänge mit konstantem Steigungswinkel eines flachen Werkzeugs 4 ausge bildet werden, und stufenförmigen Schraubenführungsflächen oder Seitenwänden 201, 202 gewalzt werden, die durch Vorsprünge 40b' des Bereichs 420 für Schraubengewindegänge mit einem sich regelmäßig ändernden Steigungswinkel ausgebildet werden.
Wirkungen der Erfindung
Gemäß Patentanspruch 1 werden die Seitenwände 201, 202 von Schraubengewindegängen 20 durch während einer Umdrehung entlang einer Spirale alternierend und aufeinanderfolgend ausgebildete Abschnitte 201 mit stumpfem Steigungswinkel und Abschnitte 202 mit spitzem Steigungswinkel gebildet. Durch Ausbilden einer derartigen Schraube mit mehreren Gewindesteigungen wird der effektive Steigungswinkel der gesamten Schraube ein Mittelwert aus den Steigungswinkeln der Abschnitte mit stumpfem Steigungswinkel und der Abschnitte mit spitzem Steigungswinkel. Die durch die Axialkraft erhaltene Kraft, die einer Lockerung der Schraube entgegenwirkt, ist im Abschnitt mit stumpfem Steigungswinkel in der Reibungskraft bezüglich des gegenüberliegenden Elements dominant, so dass im Abschnitt mit stumpfem Steigungswinkel durch die Reibungskraft eine stärke Kraft erhalten wird, die einer Lockerung entgegenwirkt, während ein großer effektiver Steigungswinkel beibehalten wird. Die Seitenwände 201, 202 der Schraubengewindegänge sind bezüglich der Mittellinie 20c der Schraubengewindegänge symmetrisch ausgebildet. D.h., die Schraubengewindegänge und die Schraubennuten sind immer links und rechts symmetrisch, so dass das Werkstück (Bolzen 1) gewalzt und bearbeitet werden kann, ohne dass eine übermäßige Kraft erzeugt wird, durch die seine axiale Mitte verändert wird.
Gemäß Patentanspruch 2 kann, weil die unterste Position 21b der Schraubennut (Boden zwischen zwei benachbarten Schraubengewindegängen 20 und 20) einen konstanten Steigungswinkel und eine im Allgemeinen spiralförmige Struktur hat und der vordere Endabschnitt der Gegenschraube in der untersten Position 21b gleitet, eine. glatte Schraubenvor schubbewegung und ein glattes Festziehen der Schraube realisiert werden. Außerdem werden, weil die unterste Position 21b immer im Boden der Schraubennut 210 angeordnet ist, die Stabilität des Walzvorgangs und der Bearbeitung eines Werkstücks (Bolzen 1) weiter verbessert.
Gemäß Patentanspruch 3 sind beide Seitenwände 401, 402 derart ausgebildet, dass von einer Mittellinie 40c von Vorsprüngen 440b abweichende Abschnitte 401 und Annäherungsabschnitt 402 entlang der Mittellinie alternierend und aufeinanderfolgend und symmetrisch zur Mittellinie 440c der Vorsprünge 40b ausgebildet sind, und durch die Vorsprünge 40b für Schraubengewindegänge mit sich regelmäßig änderndem Steigungswinkel wird eine Schraube 20 mit mehreren Gewindesteigungen um den Außenumfang 2 des schaftförmigen Rohlings 1 gewalzt. D.h., die Schraubengewindegänge und die Schraubennuten sind immer links und rechts symmetrisch ausgebildet, so dass der Walzvorgang und die Bearbeitung stabil ausgeführt werden können, ohne dass eine übermäßige Kraft ausgeübt wird, die die axiale Mitte des schaftförmigen Rohlings 1 ändert.
Gemäß Patentanspruch 4 weisen die Vorsprünge eines flachen Werkzeugs 4 einen Bereich 410 für linear angeordnete Schraubengewindegänge 40a mit konstantem Steigungswinkel und einen dem Bereich 410 folgenden Bereich 420 für Schraubengewindegänge 40b mit einem sich regelmäßig ändernden Steigungswinkel auf, deren Höhe etwas kleiner ist als im Bereich 410, wobei beide Seitenwände 401, 402 alternierend und symmetrisch zur Mittellinie 40c der Vorsprünge 40b von der Mittellinie der Vorsprünge 40b abweichende Abschnitte 401 und Annäherungsabschnitte 402 aufweisen. Zunächst werden durch die Vorsprünge 40a des Bereichs 410 für die Schraubengewindegänge mit konstantem Steigungswinkel Bahnen 210 einer Schraube mit konstantem Steigungswinkel auf dem Außenumfang 2 des schaftförmigen Rohlings 1 ausgebildet, und anschließend werden durch die Vorsprünge 40b des Bereichs 420 für Schraubengewindegänge mit einem sich regelmäßig ändernden Steigungswinkel Bahnen der Schraube 20 mit mehreren Gewinde steigungen ausgebildet, wobei Abschnitte 201 mit stumpfem Steigungswinkel und Abschnitte 202 mit spitzem Steigungswinkel alternierend und aufeinanderfolgend ausgebildet werden, wodurch Bahnen einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen leicht ausgebildet werden können, wobei sich die ausgeübten Kräfte während des Walzvorgangs ändern.
Gemäß Patentanspruch 5 weisen die Vorsprünge 40a, 40b eines flachen Werkzeugs 4 einen Bereich 410 für sich linear erstreckende Schraubengewindegänge mit konstantem Steigungswinkel und einen dem Bereich 410 folgenden Bereich 420 für Schraubengewindegänge mit einem sich regelmäßig ändernden Steigungswinkel auf, deren Querschnittsformbreite etwas größer und deren Höhe etwas geringer ist als im Bereich 410 und die in Stufen ausgebildet sind, die sich in der Nutenrichtung wellenförmig ändern. Zuerst werden durch die Vorsprünge 40a des Bereichs 410 für Schraubengewindegänge mit konstantem Steigungswinkel Bahnen 21b einer Schraube mit konstantem Steigungswinkel auf dem Außenumfang 2 des schaftförmigen Rohlings 1 ausgebildet, und daraufhin werden durch die Vorsprünge 40b des Bereichs 420 für Schraubengewindegänge mit sich regelmäßig änderndem Steigungswinkel Bahnen 201, 202 eines stufenförmigen Gewindes ausgebildet, so dass Bahnen einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen leicht ausgebildet werden können, wobei sich die ausgeübten Kräfte während des Walzvorgangs ändern.
Gemäß Patentanspruch 6 besteht das Paar flache Werkzeuge 4, 5 aus einem flachen Werkzeug 4 mit Vorsprüngen 40a, 40b, die aus dem Bereich 410 für Schraubengewindegänge mit konstantem Steigungswinkel und dem Bereich 420 für Schraubengewindegänge mit einem sich regelmäßig ändernden Steigungswinkel gebildet werden, und einem flachen Werkzeug 5, das lediglich Vorsprünge 50a für Schraubengewindegänge mit konstantem Steigungswinkel aufweist.
Theoretisch können beide flachen Werkzeuge durch flache Werkzeuge zum Herstellen von Schraubengewinden mit einem sich regelmäßig ändernden Steigungswinkel realisiert werden, aber selbst wenn diese sehr präzise hergestellt werden, wird durch beide flachen Werkzeuge zum Herstellen von Schraubengewinden mit einem sich regelmäßig ändernden Steigungswinkel. ein Fehler verursacht, so dass Schraubengewindegänge mit mehreren Steigungswinkeln, die im Bereich für Schraubengewindegänge mit einem sich regelmäßig ändernden Steigungswinkel durch die Vorsprünge eines flachen Werkzeugs zum Herstellen von Schraubengewinden mit einem sich regelmäßig ändernden Steigungswinkel gewalzt werden, im Bereich für die Schraubengewindegänge mit sich regelmäßig änderndem Steigungswinkel durch die Vorsprünge des anderen flachen Werkzeugs zum Herstellen der Schraubengewindegänge mit sich regelmäßig änderndem Steigungswinkel abgeflacht werden, so dass eine geeignete Fertigung schwierig realisierbar ist. Gemäß Patentanspruch 6 sind dagegen, weil die Schraubenge- windegänge durch die Vorsprünge der flachen Werkzeuge zum Herstellen von Schraubengewindegängen mit einem sich regelmäßig änderndem Steigungswinkel nicht abgeflacht werden, keine hochgradig präzisen flachen Werkzeuge zum Herstellen von Schraubengewindegängen mit einem sich regelmäßig änderndem Steigungswinkel erforderlich, so dass durch ein flaches Werkzeug zum Herstellen von Schraubengewindegängen mit einem sich regelmäßig ändernden Steigungswinkel eine Schraube mit mehreren Gewindesteigungen geeignet hergestellt werden kann. Außerdem ist es sehr schwierig und teuer, flache Werkzeuge zum Herstellen von Schraubengewindegängen mit einem sich regelmäßig ändernden Steigungswinkel herzustellen, in dem Paar flacher Werkzeuge gemäß Patentanspruch 6 ist jedoch lediglich ein derartiges Werkzeug erforderlich, wodurch Schrauben mit mehreren Gewindesteigungen kostengünstig herstellbar sind.
Beste Technik zum Implementieren der Erfindung
[Erste Ausführungsform]
Nachstehend wird zunächst unter Bezug auf die 1 bis 4 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schraube mit mehreren Gewindesteigungen unter Verwendung von Schraubengewindegängen mit einem im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt beschrieben. Gemäß 1 weist eine Spannschraube 1 ein Gewinde 2 mit mehreren Gewindesteigungen auf. Schraubengewindegänge 20 des Gewindes 2 mit mehreren Gewindesteigungen sind in 2 vergrößert dargestellt. 3 zeigt eine linear abgewickelte Form. Der Schraubengewindegang 20 weist einen Grat oder Steg 203 und zwei linke und rechte Flankenflächen 201L, 201R, 202L, 202R auf, die mit verschiedenen Steigungswinkel an beiden Seiten angeordnet sind. Zwischen zwei benachbarten Gewindegängen 20 ist ein Boden 21 ausgebildet. Die linken und die rechten Flankenflächen 201L, 201R, 202L, 202R sind alternierend und aufeinanderfolgend ausgebildet, wobei von der Mittellinie 20c des Gewindegangs 20 abweichende Abschnitte (linke und rechte Flankenflächen 201L, 201R) und Annäherungsabschnitte (Flankenflächen 202L, 202R) entlang der Mittellinie alternierend angeordnet sind, und diese beiden linken und rechten Flankenabschnitte 201L, 201R, 202L, 202R sind symmetrisch zur Mittellinie 20c angeordnet. Wie in 2 dargestellt ist, bildet die rechte Flankenfläche 201R entlang einer Spirallinie (Bahn der Mittellinie) einen Abschnitt mit stumpfem Steigungswinkel, und die linke Flankenfläche 201L bildet einen Abschnitt mit spitzem Steigungswinkel. Die Flankenflächen 202L, 202R, die der linken und rechten Flankenfläche 201L, 201R folgen, bilden einen Abschnitt mit spitzem Steigungswinkel an der rechten Seite 202R und einen Abschnitt mit stumpfem Steigungswinkel an der linken Seite 202L.
4 zeigt eine Querschnittansicht des Gewindegangs 20 entlang Querschnitten Xa bis Xd in 3, wobei 4(A) einem Querschnitt Xa-Xa in 3, 4(B) einem Querschnitt Xb-Xb in 3, 4(C) einem Querschnitt Xc-Xc in 3, und 4(D) einem Querschnitt Xd-Xd in 3 entspricht. Der Gewindegang 20 wird nachstehend unter Bezug auf diese Figuren näher beschrieben. Der Grat oder Steg 203 des Gewindegangs 20 hat eine im Wesentlichen längliche Rhombusstruktur, deren Seiten durch die vier linken und rechten Flankenflächen 201L, 201R, 202L, 202R gebildet wird. In der linear abgewickelten Ansicht von 3 ist der Grat 203 rhombusförmig dargestellt, die tatsächliche Form ist jedoch an allen Seiten durch Kurven begrenzt, wie in der vergrößerten Ansicht von 2 dargestellt ist.
Die zwei linken und rechten Flankenflächen 201L, 201R, 202L, 202R haben in der Führungsrichtung des Gewindegangs 20 die gleiche Länge und sind an Verbindungsstellen 2A, 2B verbunden. Die Mittellinie 20c des Gewindegangs 20 ist immer in der Mitte der sich gegenüberliegenden linken und rechten Flankenflächen 201L, 201R, 202L, 202R angeordnet und auf der Bahn der mittleren Steigung zweier Steigungen angeordnet, die durch die linken und rechten Flankenflächen 201L, 201R, 202L, 202R bestimmt sind.
Der Querschnitt des zwischen zwei benachbarten Gewindegängen 20 und 20 ausgebildeten Bodens 21 ändert sich in der Führungsrichtung des Gewindegangs 20, wie in den 4(A), (B), (C) und (D) dargestellt ist.
D.h., an der Verbindungsstelle 2A des Gewindegangs 20 hat der Boden 21 eine einfache V-Form, wie in 4(A) dargestellt ist, und die Breite und die Form des Bodens ändert sich an in den 4(B), (C) und (D) dargestellten Positionen allmählich. An den in den 4(B), (C) und (D) dargestellten Positionen ist die unterste Position 21b des Bodens 21 immer eine spezifische Position, und in der Führungsrichtung des Gewindegangs 20 sind linke und rechte symmetrische Stufen 21a, 21a, die etwas flacher sind als die unterste Position 21b, an beiden Seiten der untersten Position 21b ausgebildet, wobei die Breite W der Stufen 21a regelmäßig zu- und abnimmt. Insbesondere ist an der in 4(A) dargestellten Verbindungsstelle 2A keine Stufe 21a ausgebildet, und die Breite W der Stufe 21a an der Verbindungsstelle 2A nimmt zur Verbindungsstelle 2B in 4(C) hin zu und erreicht ihr Maximum an der Verbindungsstelle 2B, und die Breite W der Stufe 21a verschmälert sich zur nächsten Verbindungsstelle 2A hin graduell, wie in 4(D) dargestellt ist.
Daher wird die in 4(A) dargestellte, im Wesentlichen V-förmige Schraubennut 210 im Verlauf des Gewindegangs 20 bezüglich der Mittellinie 20c des Gewindegangs 20 praktisch kontinuierlich parallel ausgerichtet. Daher ändern sich beide Seiten der im Wesentlichen V-förmigen Schraubennut 210, die praktisch kontinuierlich ausgebildet ist, entlang den linken und rechten Flankenflächen 201L, 201R, 202L, 202R regelmäßig, während die unterste Position 21b konstant gehalten wird.
Nachstehend wird unter Bezug auf die 5 bis 7 ein Verfahren zum Herstellen der ersten Ausführungsform der Schraube mit mehreren Gewindesteigungen mit Schraubengewindegängen mit einem im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt erläutert.
5 zeigt ein Diagramm zum Erläutern des Prinzips zum Herstellen des Gewindes 2 des Bolzens 1 unter Verwendung eines Paars flacher Werkzeuge 4, 5 durch Walzen. 6(A) zeigt eine perspektivische Ansicht des flachen Werkzeugs 4 zum Herstellen einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen, und 6(B) zeigt eine perspektivische Ansicht eines flachen Werkzeugs 5 zum Herstellen einer Schraube mit konstanter Gewindesteigung. Das flache Werkzeug 4 ist eine im Wesentlichen rechteckige dicke Platte, wobei in den 3 und 4 dargestellte Schraubengewindegänge 40 mit einer bezüglich den Schraubengewindegängen 20 im Wesentlichen komplementären Form auf der gegenüberliegenden Bearbeitungsseite 4a im Wesentlichen linear mit einer vorgegebenen Neigung bezüglich der Seite eines Rechtecks ausgebildet sind. Das flache Werkzeug 4 dient zum Ausbilden einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen, und das flache Werkzeug 5 dient zum Ausbilden einer herkömmlichen Schraube mit konstanter Gewindesteigung.
Am vorderen und am hinteren Ende des flachen Werkzeugs 4 und des flachen Werkzeugs 5 sind bekannte Schrägungen 400, 400, 500, 500 (Eingriffsabschnitte, Reliefabschnite) zum Erhöhen der Stabilität und der Effizienz des Walzprozesses ausgebildet.
Wie in 6(A) dargestellt ist, ist der Schraubengewindegang 40 des flachen Werkzeugs 4 für die Schraube mit mehreren Gewindesteigungen von der Vorderseite der Bewegungsrichtung (der relativen Bewegungsrichtung eines Paars flacher Werkzeuge oder der Richtung eines Pfeils A in den 5 und 6) in einen ersten Bereich 410, einen zweiten Bereich 420 und einen dritten Bereich 430 geteilt. Der erste Bereich 410 belegt etwa die Hälfte der Länge des flachen Werkzeugs 4, und der zweite Bereich 420 und der dritte Bereich 430 belegen etwa jeweils ein Viertel der Länge des flachen Werkzeugs 4, und der dritte Bereich ist derart dimensioniert und konfiguriert, dass er dem Umfang des zu walzenden und zu bearbeitenden Bolzens 1 gleicht.
Im ersten Bereich 410 und im dritten Bereich 430 des flachen Werkzeugs 4 sind normale lineare Schraubengewindegänge 40a kontinuierlich ausgebildet, wie in der teilweise vergrößerten Ansicht von 7(A) oder in der Querschnittansicht von 7(B) dargestellt ist, deren Form den im Wesentlichen V-förmigen Schraubennuten 210 entspricht, die in 4(A) virtuell dargestellt sind. Im zweiten Bereich 420 sind Schraubengewindegänge 40b kontinuierlich ausgebildet, deren Form, mit Ausnahme der untersten Position 21b, den in den 4(A), (B), (C) und (D) dargestellten Schraubennuten 210 im Wesentlichen entspricht. 7(C) zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht des Schraubengewindegangs 40b mit mehreren Gewindesteigungen, und 7(D) zeigt eine Querschnittansicht, und für ein besseres Verständnis den virtuell überlagert dargestellten Schraubengewindegang 40a. Die Schraubengewindegänge 40b mit mehreren Gewindesteigungen sind etwas niedriger als die normalen Schraubengewindegänge 40a. Die Seitenwände 401L, 401R der Schraubengewindegänge 40b mit mehreren Gewindesteigungen sind entlang der Mittellinie 40c beabstandet, und die Seitenwände 402L, 402R nähern sich entlang der Mittellinie. Die Seitenwände 401 und die Seitenwände 402 sind entlang der Mittellinie 40c alternierend und aufeinanderfolgend angeordnet. Die Seitenwände 401L, 401R und die Seitenwände 402L, 402R sind symmetrisch zur Mittellinie 40c der Schraubengewindegänge 40b mit mehreren Gewindesteigungen ausgebildet.
Andererseits sind die linearen normalen Schraubengewindegänge 50a ungefähr entsprechend den in 4(A) virtuell dargestellten, im Wesentlichen V-förmigen Schraubennuten 210 im gesamten flachen Werkzeug 5 für eine konstante Gewindesteigung aufeinanderfolgend ausgebildet, wie in 6(B) dargestellt ist. Die normalen Schraubengewindegänge 50a haben die gleiche Form wie die normalen Schraubengewindegänge 40a, wie in den 7(A) und 7(B) dargestellt ist.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Walzen der Schraubengewindegänge 2 mit mehreren Gewindesteigungen im Bolzen 1 unter Verwendung des Werkzeugpaars 4, 5 unter Bezug auf 5 erläutert. Das flache Werkzeugpaar 4, 5 werden in einer bekannten Walzmaschine installiert. Die Bearbeitungsseiten 4a, 5a beider flacher Werkzeuge 4, 5 sind einander gegenüberliegend in einem vorgegebenen Abstand angeordnet, der der Größe eines zu walzenden Bolzens 1 entspricht, und die Werkzeuge werden in die durch Pfeile A und B dargestellte Richtung bewegt.
Wenn der Schaft des Bolzens 1 in die Schrägungen 400 des Werkzeugpaars 4, 5 eingesetzt wird und die flachen Werkzeuge 4, 5 in diesem Zustand in die durch die Pfeile A und B dargestellten entgegengesetzten Richtungen bewegt werden, dreht sich der Schaft des Bolzens 1 relativ zu den Werkzeugen und dreht und bewegt sich entlang des ersten Bereichs 410, des zweiten Bereichs 420 und des dritten Bereichs 430 des flachen Werkzeugs 4. Zuerst werden im Schaft des Bolzens 1 im Wesentlichen V-förmige Schraubennuten 210, wie in 4(A) virtuell dargestellt ist, im ersten Bereich 410 des flachen Werkzeugs 4 und in den normalen Schraubengewindegängen 50a des flachen Werkzeugs 5 ausgebildet. Im zweiten Bereich 420 des flachen Werkzeugs 4 werden die Schraubennuten in einer Form ausgebildet, die, mit Ausnahme der untersten Position 21b, den Schraubennuten 210 im Wesentlichen entspricht, wie in den 4(A), (B), (C) und (D) dargestellt ist. Der dritte Bereich 430 des flachen Werkzeugs 4 und die normalen Schraubengewindegänge 50a des flachen Werkzeugs 5 dienen dazu, den Bolzen 1 zu formen und in einem Profil auszugeben, das einer Kopie der im ersten Bereich 410 ausgebildeten V-förmigen Schraubennuten 210 entspricht.
D.h., durch den ersten Bereich 410, den zweiten Bereich 420 und den dritten Bereich 430 des flachen Werkzeugs 4 und die normalen Schraubengewindegänge 50a des flachen Werkzeugs 5 werden im Schaft des Bolzens 1 Schraubennuten 210 ausgebildet, wie in den 4(A), (B), (C) und (D) dargestellt ist, wodurch vergleichbare Schraubengewindegänge 20 mit mehreren Gewindesteigungen erhalten werden.
Die durch den ersten Bereich 210 des flachen Werkzeugs 4 und die normalen Schraubengewindegänge 50a des flachen Werkzeugs 5 ausgebildeten, im Wesentlichen V-förmigen Schraubennuten 210 sind, wie in 8 dargestellt, genauso wie in einer normalen Schraube, bezüglich der Mittellinie L der Schraubennuten links und rechts symmetrisch, so dass die Reaktionskräfte F1, F2 während des Walzprozesses symmetrisch zur sich durch die Mittellinie L erstreckenden vertikalen Ebene ausgerichtet sind. Daher kann der Bolzen 1 stabil gewalzt und bearbeitet werden, ohne dass eine übermäßige Kraft ausgeübt wird, durch die die axiale Mitte verändert wird.
Wie auch in 9 dargestellt ist, weisen die durch den zweiten Bereich 420 des flachen Werkzeugs 4 ausgebildeten V-förmigen Schraubennuten 210 linke und rechte Seitenwände auf, die. sich regelmäßig, jedoch immer rechts und links symmetrisch zur Mittellinie L der Schraubennuten, ändern. Daher nehmen Reaktionskräfte Fa, Fb während des Walzprozesses regelmäßig zu und ab, aber ihre Größen sind immer symmetrisch zur sich durch die Mittellinie L erstreckenden vertikalen Ebene. Daher kann, auch bei einer Bearbeitung durch den zweiten Bereich 420 der flachen Werkzeuge 4, 5, der Bolzen 1 stabil gewalzt und bearbeitet werden, ohne dass eine übermäßige Kraft erzeugt wird, durch die die axiale Mitte geändert wird.
[Modifiziertes Beispiel der ersten Ausführungsform]
Die in den 1 bis 4 dargestellte erste Ausführungsform betrifft eine Schraube mit mehreren Gewindestei gungen mit im Wesentlichen dreieckigen Schraubengewindegängen, die als Spannschraube geeignet ist, d.h. von den im Wesentlichen dreieckigen Schraubengewindegänge kann eine Mutter, nachdem sie einmal angezogen wurde, kaum wieder entfernt werden. Ein in den 10 und 11 dargestelltes modifiziertes Beispiel der ersten Ausführungsform betrifft dagegen eine Schraube mit mehreren Gewindegängen mit im Wesentlichen trapezförmigen Schraubengewindegängen, die vorzugsweise in Vorschubspindeln oder Bolzenschrauben verwendet werden, bei denen eine Mutter häufig bewegt wird, wie beispielsweise in einer Vorschubspindel. In einer Vorschubspindel sind die im Wesentlichen trapezförmigen Schraubengewindegänge zum Erhöhen der Effizienz und der mechanischen Festigkeit vorteilhaft.
10 zeigt ein linear abgewickeltes Diagramm einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen gemäß dem modifizierten Beispiel der ersten Ausführungsform, in der die trapezförmigen Schraubengewindegänge verwendet werden. 11 zeigt eine Querschnittansicht eines Gewindegangs 30 entlang Querschnitten Xa bis Xd in 10, wobei 11(A) dem Querschnitt Xa-Xa in 10, 11(B) dem Querschnitt Xb-Xb in 10, 11(C) dem Querschnitt Xc-Xc in 10 und 11(D) dem Querschnitt Xd-Xd in 10 entsprechen. Beide Seiten der im Wesentlichen trapezförmigen Gewindegänge 30 werden aus zwei linken und rechten Flankenflächen 301L, 301R, 302L, 302R mit jeweils verschiedenen Gewindesteigungen gebildet, und der Grat oder Steg 303 der Gewindegänge ist ähnlich wie bei den dreieckigen Gewindegängen in einer länglichen Rhombusform ausgebildet. Der Querschnitt eines zwischen benachbarten Gewindegängen 30, 30 ausgebildeten Bodens 31 ändert sich im Verlauf der Schraubengewindegänge 30. Im Boden 31 sind, wie in 11(A) dargestellt, Schraubennuten 310 mit einer im Wesentlichen einfachen invertierten Trapezform praktisch kontinuierlich ausgebildet, und symmetrische Stufen 31a, 31a, die etwas flacher sind als die unterste Position 31b, sind an beiden Seiten der untersten Position 31b ausgebildet. Die Breite der Stufen 31a nimmt im Verlauf des Gewindegangs 30 regelmäßig und wiederholt zu und ab. Die Schraube mit mehreren Gewindesteigungen gemäß dem ersten modifizierten Beispiel der ersten Ausführungsform kann, wie in der unter Bezug auf die 5 bis 9 erläuterten ersten Ausführungsform, ebenfalls unter Verwendung der flachen Werkzeuge gewalzt werden.
[Zweite Ausführungsform]
Nachstehend werden, unter Bezug auf die 12 bis 16 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schraube mit mehreren Gewindesteigungen beschrieben.
In der unter Bezug auf 3 beschriebenen ersten Ausführungsform werden Seitenwände von Schraubengewindegängen derart ausgebildet, dass Abschnitte mit stumpfem Steigungswinkel und Abschnitte mit spitzem Steigungswinkel während einer Drehbewegung entlang einer Spirallinie alternierend und aufeinanderfolgend und symmetrisch zur Mittellinie der Schraubengewindegänge ausgebildet werden. In der zweiten Ausführungsform werden dagegen Schraubengewindegänge in Stufen ausgebildet, die sich in der Nutenrichtung wellenförmig ändern, wie in den 12 und 13 dargestellt ist.
In 12 weist eine Spannschraube 1 ein Gewinde 2 mit mehreren Steigungen auf. Schraubengewindegänge 20 des Gewinde 2 mit mehreren Gewindesteigungen sind in 13 linear abgewickelt dargestellt. Die 13(A) und 13(B1) zeigen Ansichten eines gleichen Schnittendes, jedoch an verschiedenen Querschnittspositionen und unter einem anderen Betrachtungswinkel. Die 13(B1) und 13(B2) zeigen dagegen die gleichen Ansichten, in 13(B2) ist jedoch der Bewegungsbereich durch eine plastische Bearbeitung durch eine Kreuzschraffur dargestellt. D.h., der kreuzschraffierte Bereich in 13(B2) wird plastisch bearbeitet und in einer in 13(B1) dargestellten Form ausgebildet. Die unterste Position 21b ist eine im Allgemeinen spiralförmige Schraubenbahn (konstanter Steigungswinkel), die, wie in der ersten Ausführungsform, durch Gewindegänge 40a zum Herstellen ei ner Schraube mit konstantem Steigungswinkel des flachen Werkzeugs ausgebildet wird. Die linken und rechten Flankenflächen 201L, 201R, 202L, 202R sind stufenförmige Schraubenbahnen. In der zweiten Ausführungsform sind die untersten Positionen 21b und die stufenförmigen linken und rechten Flankenflächen 201L, 202R, 202L, 202R überlagert, um Schraubengewindegänge 20 mit mehreren Gewindesteigungen auszubilden, die auf dem Außenumfang des Gewindes 2 mit mehreren Gewindesteigungen ausgebildet sind.
Wie in den Prinzipdiagrammen der 13(A) und 13(B1) dargestellt ist, bildet der größte Teil beider Seiten (der linken und der rechten Flankenflächen 201L, 201R, 202L, 202R, ausschließlich der Umgebung der untersten Position 21b) der im Wesentlichen V-förmigen Schraubengewindegänge 20 eine Stufe oder- eine Schraube mit mehreren Gewindegängen (die während einer Umdrehung entlang einer Spirallinie alternierend und aufeinanderfolgend aus Abschnitten mit stumpfem Steigungswinkel und Abschnitten mit spitzem Steigungswinkel gebildet werden). Die unterste Position (der Boden zwischen benachbarten Gewindegängen) 21b der Schraubengewindegänge 20 erstreckt sich im wesentlichen spiralförmig und hat einen konstanten Steigungswinkel.
Durch Ausbilden der Schraube mit mehreren Gewindesteigungen auf diese Weise entspricht der effektive Steigungswinkel der gesamten Schraube dem Mittelwert der Steigungswinkel der Abschnitte mit stumpfem Steigungswinkel und der Abschnitte mit spitzem Steigungswinkel. Die durch eine Axialkraft erhaltene Widerstandskraft bezüglich einer Lockerung der Schraube ist in der Reibungskraft bezüglich eines Gegenelements im Abschnitt mit stumpfem Steigungswinkel dominant, so dass durch die Reibungskraft im Abschnitt mit stumpfem Steigungswinkel eine stärkere Kraft zum Verhindern einer Lockerung erhalten wird, während ein großer effektiver Steigungswinkel beibehalten wird. Andererseits gleitet, weil die unterste Position (Boden zwischen zwei benachbarten Gewindegängen) 21b der Schraubengewindegänge 20 im Allgemeinen eine Spiralform mit konstantem Steigungswinkel hat, das vordere Ende der Gegenschraube in der untersten Position, so dass eine glatte Spindelvorschubbewegung und ein glattes Festziehen der Schraube realisiert werden können.
Der Steigungswinkel des Abschnitts mit stumpfem Steigungswinkel kann auf 0 (flach) gesetzt werden.
Dadurch ändert sich im Abschnitt mit einem Steigungswinkel von null die Axialkraft direkt in die Reibungskraft, so dass keine Kraftkomponente zum Drehen der Schraube wirkt, so dass die Reibungskraft im Abschnitt mit einem Steigungswinkel von null verstärkt und eine stärkere Kraft zum Verhindern einer Lockerung erhalten wird.
Der Abschnitt mit spitzem Steigungswinkel kann eine größere Steigung haben als es dem Selbstblockierungswinkel entspricht. Die Selbstblockierung ist beispielsweise in der japanischen Gebrauchsmustereintragung Nr. 2577786 beschrieben, die einen motorgetriebenen Automobilsitz zum Bewegen eines Mutternelements durch Drehen einer Spindel durch einen Motor mit einem Schneckenuntersetzungsgetriebe betrifft. Eine Blockierung, während der Motor nicht angetrieben wird, wird durch die Selbstblockierung der Vorschubspindel oder die Selbstblockierung des Schneckenuntersetzungsgetriebes gewährleistet.
Daher wird, während im Abschnitt mit stumpfem Steigungswinkel die Kraft zum Verhindern einer Lockerung gewährleistet wird, ein großer mittlerer effektiver Steigungswinkel erhalten. Daher kann die Schraube durch eine kleine Drehbewegung festgezogen oder die damit in Eingriff stehende Mutter durch eine kleine Drehbewegung vorwärtsbewegt werden.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Herstellen der zweiten Ausführungsform der Schraube mit mehreren Gewindesteigungen unter Bezug auf die 14 bis 16 erläutert.
14(A) zeigt eine perspektivische Ansicht des flachen Werkzeugs 4 zum Herstellen einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen, und 14(B) zeigt eine perspektivische Ansicht des flachen Werkzeugs 5 zum Herstellen einer Schraube mit konstanter Gewindesteigung. Ein Paar flache Werkzeuge 4 besteht aus einer im wesentlichen rechtwinkligen dicken Platte, und Schraubengewindegänge 40 mit einer den Schraubengewindegängen 20 im Wesentlichen komplementären Form sind auf der gegenüberliegenden Bearbeitungsseite 4a mit einer spezifischen Neigung zu einer Seite des Rechtecks ausgebildet, wie in 13 dargestellt ist. Das flache Werkzeug 4 dient zum Ausbilden einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen, und das flache Werkzeug 5 dient zum Ausbilden einer herkömmlichen Schraube mit konstanter Gewindesteigung.
Wie in 14(A) dargestellt ist, ist ein Schraubengewindegang 40 des flachen Werkzeugs 4 für die Schraube mit mehreren Gewindesteigungen betrachtet von der Vorderseite der Bewegungsrichtung (der relativen Bewegungsrichtung des Paars flacher Werkzeuge oder der Richtung eines Pfeils A in 14) in einen ersten Bereich 410, einen zweiten Bereich 420 und einen dritten Bereich 430 geteilt. Der erste Bereich 410 belegt etwa die Hälfte der Länge des flachen Werkzeugs 4, und der zweite Bereich 420 und der dritte Bereich 430 belegen etwa jeweils ein Viertel der Länge des flachen Werkzeugs 4, und der dritte Bereich ist derart konfiguriert und dimensioniert, dass er dem Umfang des zu walzenden und zu bearbeitenden Bolzens 1 entspricht.
Im ersten Bereich 410 und im dritten Bereich 430 des flachen Werkzeugs 4 werden, wie in der ersten Ausführungsform, gewöhnliche lineare Schraubengewindegänge 40a kontinuierlich ausgebildet, wie in den 15(A) und 15(B) dargestellt ist. Im zweiten Bereich 420 werden Schraubengewindegänge 40b' mit mehreren Gewindesteigungen kontinuierlich ausgebildet, deren Form, mit Ausnahme der in 13 dargestellten untersten Position 21b, den Schraubengewindegängen 20 entspricht. 15(C) zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht des Schraubengewindegangs 40b' mit mehreren Gewindesteigungen, und 15(D) zeigt eine Querschnittansicht, und für ein besseres Verständnis den virtuell überlagert dargestellten Schraubengewindegang 40a.
16(A) zeigt eine stark vergrößerte Querschnittansicht mit überlagerten Mittellinien zum Erläutern des Unter schieds der Grundform zwischen den Schraubengewindegängen 40a mit konstanter Gewindesteigung und den Schraubengewindegängen 40b' mit sich regelmäßig stufenförmig ändernden Steigungswinkeln.
Die Höhe h1 der Schraubengewindegänge 40a mit konstanter Gewindesteigung ist etwas größer als die Höhe h2 der Schraubengewindegänge 40b' mit sich regelmäßig stufenförmig ändernden Steigungswinkeln, und die Breite W1 der Schraubengewindegänge 40a mit konstanter Gewindesteigung an einer beliebigen Position ist etwas kleiner als die Breite W2 der Schraubengewindegänge 40b' mit sich regelmäßig stufenförmig ändernden Steigungswinkeln an der entsprechenden Position.
Der Unterschied zwischen den Höhen h1 und h2 bzw. den Breiten W1 und W2 der Schraubengewindegänge 40a mit konstanter Gewindesteigung und der Schraubengewindegänge 40b' mit sich regelmäßig stufenförmig ändernden Steigungswinkeln wird derart eingestellt, dass er im Querschnittsbereich der beiden Schraubengewindegänge im Wesentlichen gleich ist.
Die 16(B1), (B2), (B3) und (B4) zeigen Überlagerungsansichten der Schraubengewindegänge 40a mit konstanter Gewindesteigung und der Schraubengewindegänge 40b' mit sich regelmäßig stufenförmig ändernden Steigungswinkeln zum Erläutern des Unterschieds der Grundform zwischen den Schraubengewindegängen 40a mit konstanter Gewindesteigung und den Schraubengewindegängen 40b' mit sich regelmäßig stufenförmig ändernden Steigungswinkeln. 16(B1) entspricht dem Querschnitt B1-B1 in 15(C), 16(B2) dem Querschnitt B2-B2 in 15(C), 16(B3) dem Querschnitt B3-B3 in 15(C) und 16(B4) dem Querschnitt B4-B4 in 15(C).
Vom Zustand der mit der Mittellinie 1' der Schraubengewindegänge 40b' mit sich regelmäßig stufenförmig ändernden Steigungswinkeln übereinstimmenden Mittellinie 1 der Schraubengewindegänge 40a mit konstanter Gewindesteigung ändert sich die Mittellinie 1' der Schraubengewindegänge 40b' mit sich regelmäßig stufenförmig ändernden Steigungswinkeln in die rechte Richtung im Diagramm und erreicht den in 16(B2) dargestellten Zustand, und dann ändert sich die Mittellinie 1' der Schraubengewindegänge 40b,' mit sich regelmäßig stufenförmig ändernden Steigungswinkeln in die linke Richtung im Diagramm und erreicht den in 16(B3) dargestellten Zustand (der dem in 16(A) dargestellten Zustand gleicht), und außerdem bewegt sich die Mittellinie 1' in die rechte Richtung und erreicht den in 16(B4) dargestellten Zustand. D.h., die Mittelposition der Schraubengewindegänge 40a mit konstanter Gewindesteigung bewegt sich nicht, aber die Mittelposition der Schraubengewindegänge 40b' mit sich regelmäßig stufenförmig ändernden Steigungswinkeln bewegt sich bezüglich der axialen Linie der Schraubengewindegänge nach rechts und links. Durch Festlegen der Schraubengewindegänge 40a mit konstanter Gewindesteigung innerhalb der Änderungsbreite der Schraubengewindegänge 40b' mit sich regelmäßig stufenförmig ändernden Steigungswinkeln wird die durch die Schraubengewindegänge 40b' mit sich regelmäßig stufenförmig ändernden Steigungswinkeln gewalzte Bahn durch die Schraubengewindegänge 40a mit konstanter Gewindesteigung nicht kopiert, wie nachstehend beschrieben wird.
Die normalen linearen Schraubengewindegänge 50a werden im gesamten in 14(B) dargestellten flachen Werkzeug 5 für eine konstante Gewindesteigung kontinuierlich ausgebildet. Die normalen Schraubengewindegänge 50a haben die gleiche Form wie die unter Bezug auf die 15(A) und 15(B) erläuterten normalen Schraubengewindegänge 40a.
Nachstehend wird unter Bezug auf 5 ein Verfahren zum Walzen des Schraubenabschnitts 2 mit mehreren Gewindesteigungen im Bolzen 1 unter Verwendung der flachen Werkzeuge 4, 5 erläutert. Das Paar flache Werkzeuge 4, 5 wird in einer bekannten Walzmaschine installiert. Die Bearbeitungsseiten der beiden flachen Werkzeuge 4, 5 werden in einem der Größe des zu walzenden Bolzens 1 entsprechenden vorgegebenen Abstand einander gegenüberliegend angeordnet und in die durch Pfeile A und B dargestellten Richtungen bewegt.
In diesem Zustand dreht sich, wenn die flachen Werkzeuge 4, 5 in die durch die Pfeile A und B dargestellten entgegengesetzten Richtungen bewegt werden, der Schaft des Bolzens 1 relativ zu den Werkzeugen und dreht und bewegt sich entlang des ersten Bereichs 410, des zweiten Bereichs 420 und des dritten Bereichs 430 des flachen Werkzeugs 4. Zuerst werden im ersten Bereich 410 des flachen Werkzeugs 4 und in den normalen Schraubengewindegängen 50a des flachen Werkzeugs 5 im Wesentlichen V-förmige Schraubennuten ausgebildet, die die unterste Position 21b erreichen. Im zweiten Bereich 420 des flachen Werkzeugs 4 wird der kreuzschraffierte Bereich in 13(B2) plastisch bearbeitet, und es wird eine in 13(B1) dargestellte Form ausgebildet. Zu diesem Zeitpunkt wird die Form mit Ausnahme der untersten Position 21b gewalzt und bearbeitet. Der dritte Bereich 430 des flachen Werkzeugs 4 und die normalen Schraubengewindegänge 50a des flachen Werkzeugs 5 dienen zum Formen des Bolzens 1 und geben ihn in einem Profil aus, das einer Kopie der im ersten Bereich 410 ausgebildeten V-förmigen Schraubennuten 210 entspricht.
D.h., durch den ersten Bereich 410, den zweiten Bereich 420 und den dritten Bereich 430 des flachen Werkzeugs 4 und die normalen Schraubengewindegänge 50a des flachen Werkzeugs 5 werden in 13 dargestellte Schraubennuten im Schaft ausgebildet (Schraubenabschnitt mit mehreren Gewindesteigungen), wodurch vergleichbare Schraubengewindegänge 20 mit mehreren Gewindesteigungen ausgebildet werden.
In der zweiten Ausführungsform werden, ähnlich wie in der ersten Ausführungsform, nachdem durch den ersten Bereich 410 des flachen Werkzeugs 4 Bahnen (unterste Position 21b) von Schraubengewindegängen mit gleichem Steigungswinkel auf dem Außenumfang des schaftförmigen Rohlings ausgebildet worden sind, durch den zweiten Bereich 420 stufenförmige Gewindebahnen (stufenförmige linke und rechte Flankenflächen 201L, 201R, 202L, 202R) ausgebildet, wodurch Schraubengewindegänge mit mehreren Gewindesteigungen leicht ausgebildet werden können, auf die während des Walzvorgangs verschiedene Kräfte ausgeübt werden.
In der vorstehend beschriebenen Bearbeitung ist, weil die Querschnittsflächen der Schraubengewindegänge 40a mit konstanter Gewindesteigung und der Schraubengewindegänge 40b' mit sich regelmäßig stufenförmig ändernden Steigungswinkeln im Wesentlichen identisch sind, das plastische Verformungsmaß des Außenumfangs des Schraubenabschnitts 2 mit mehreren Gewindesteigungen des Bolzens 1, d.h. die Bearbeitungslast, am Übergangspunkt vom ersten Bereich 410 zum zweiten Bereich 420 des flachen Werkzeugs 4 im Wesentlichen gleichmäßig. Daher wird keine Vorspannkraft auf das flache Werkzeug 4 ausgeübt, wenn die Schraubengewindegänge 20 mit mehreren Gewindesteigungen im Außenumfang des Schraubenabschnitt 2 mit mehreren Gewindesteigungen des Bolzens 1 gewalzt werden.
Industrielle Anwendbarkeit
In der vorstehenden Beschreibung wurde der Walzprozess unter Verwendung flacher Werkzeuge 4, 5 erläutert, die Erfindung ist jedoch auch auf einen Walzprozess unter Verwendung von Drehwerkzeugen anwendbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Bolzens mit einem Gewindeabschnitt mit mehreren Gewindesteigungen:
2 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht des Gewindeabschnitts 2 mit mehreren Gewindesteigungen;
3 zeigt eine linear abgewickelte Ansicht des Gewindeabschnitts 2 mit mehreren Gewindesteigungen;
4 zeigt Querschnittansichten von Abschnitten Xa bis Xd in 3;
5 zeigt ein Diagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen des Gewindeabschnitts 2 unter Verwendung eines Paars flacher Werkzeuge 4, 5;
6(A) zeigt zeigt eine perspektivische Ansicht eines flachen Werkzeugs 4 zum Herstellen der ersten Ausführungsform der Schraube mit mehreren Gewindesteigungen; und 6(B) zeigt eine perspektivische Ansicht eines flachen Werkzeugs 5 zum Herstellen einer Schraube mit konstanter Gewindesteigung;
7 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht und eine Querschnittansicht von normalen Schraubengewindegängen 40a und von Schraubengewindegängen 40b mit mehreren Gewindesteigungen;
8 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht von im Wesentlichen V-förmigen Schraubennuten 210, die in einem ersten Bereich 410 der flachen Werkzeuge 4, 5 ausgebildet sind;
9 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht von im Wesentlichen V-förmigen Schraubennuten 210, die in einem zweiten Bereich 420 der flachen Werkzeuge 4, 5 ausgebildet sind;
10 zeigt eine linear abgewickelte Ansicht des Schraubenabschnitts mit mehreren Gewindesteigungen in einem modifizierten Beispiel der ersten Ausführungsform unter verwendung von trapezförmigen Schraubengewindegängen;
11 zeigt eine Querschnittansicht zum Darstellen von Abschnitten Xa bis Xd in 10;
12 zeigt eine Seitenansicht eines Bolzens mit einem Gewindeabschnitt mit mehreren Gewindesteigungen in einer zweiten Ausführungsform;
13 zeigt eine linear abgewickelte Ansicht des Gewindeabschnitts 2 mit mehreren Gewindesteigungen in der zweiten Ausführungsform;
14 zeigt eine perspektivische Ansicht des flachen Werkzeugs 4 und des flachen Werkzeugs 5 in der zweiten Ausführungsform, wobei 14(A) eine perspektivische Ansicht des flachen Werkzeugs 4 zum Herstellen der zweiten Ausführungsform der Schraube mit mehreren Gewindesteigungen und 14(B) eine perspektivische Ansicht des flachen Werk zeugs 5 zum Herstellen der Schraube mit konstanter Gewindesteigung zeigen;
15 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht und eine Querschnittansicht von normalen Schraubengewindegängen 40a und von Schraubengewindegängen 40b' mit mehreren Gewindesteigungen; und
16 zeigt eine Querschnittansicht zum Darstellen von Abschnitten B1 bis B4 in 15.
Zusammenfassung
Schraube mit mehreren Gewindesteigungen, Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen
Durch die vorliegende Erfindung wird ein für eine Massenproduktion geeignetes Verfahren zum einfachen Herstellen einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen unter Verwendung flacher Werkzeuge bereitgestellt. Ein flaches Werkzeug (4) weist normale lineare Schraubengewindegänge (40a) und den normalen Schraubengewindegängen (40a) folgende Schraubengewindegänge (40b) mit mehreren Gewindesteigungen auf, deren Höhe etwas kleiner ist als diejenige der normalen Schraubengewindegänge (40a), wobei beide Seitenwände der Gewindegänge mit mehreren Gewindesteigungen alternierend und aufeinanderfolgend und symmetrisch zu einer Mittellinie (40c) von der Mittellinie (40c) der Schraubengewindegänge abweichende Abschnitte und Annäherungsabschnitte entlang der Mittellinie (40c) aufweisen. Nachdem die Schraubenbahnen mit konstantem Steigungswinkel auf dem Außenumfang eines schaftförmigen Rohlings durch die normalen Schraubengewindegänge (40a) ausgebildet wurden, werden Schraubenbahnen einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen durch die Schraubengewindegänge (40b) mit mehreren Gewindesteigungen ausgebildet, so dass leicht Schraubenbahnen einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen ausgebildet werden können, wobei die während des Walzens ausgeübten Kräfte sich ändern. (6)

Claims

Schraube mit mehreren Gewindegängen, gekennzeichnet durch Seitenwände von Schraubengewindegängen, die während einer Drehbewegung entlang einer Spirale alternierend und aufeinanderfolgend und symmetrisch zu einer Mittellinie der Schraubengewindegänge Abschnitte mit stumpfem Steigungswinkel und Abschnitte mit spitzem Steigungswinkel aufweisen.
Schraube nach Anspruch 1, wobei der Boden zwischen zwei benachbarten Schraubengewindegängen eine Schraubennutenform mit einem konstanten Steigungswinkel hat.
Verfahren zum Herstellen einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen mit den Schritten: Walzen und Bearbeiten von spiralförmigen Schraubengewindegängen mit mehreren Gewindesteigungen auf einem Außenumfang eines schaftförmigen Rohlings durch ein Paar flache Werkzeuge mit mehreren im Wesentlichen invertierten V-förmigen Vorsprüngen auf der Oberfläche; wobei mindestens ein flaches Werkzeug Vorsprünge für Schraubengewindegänge mit Steigungswinkeln aufweist, die sich regelmäßig alternierend und aufeinanderfolgend ändern, wobei die beiden Seitenwände der Gewindegänge alternierend und symmetrisch zur Mittellinie der Gewindegänge angeordnete Abschnitte, die von einer Mittellinie abweichen, und Annäherungsabschnitte entlang der Mittellinie aufweisen; und Schraubengewindegänge mit mehreren Gewindesteigungen durch Vorsprünge für Schraubengewindegänge mit sich änderndem Steigungswinkel eines Werkzeugs auf dem Außenumfang des schaftförmigen Rohlings alternierend und aufeinanderfolgend gewalzt werden, so dass alternierend Abschnitte mit stumpfem Steigungswinkel und Abschnitte mit spitzem Steigungswinkel erhalten werden.
Verfahren zum Herstellen einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen mit den Schritten: Walzen und Bearbeiten von spiralförmigen Schraubengewindegängen mit mehreren Gewindesteigungen auf einem Außenumfang eines schaftförmigen Rohlings durch ein Paar flache Werkzeuge mit mehreren im Wesentlichen invertierten V-förmigen Vorsprüngen auf der Oberfläche; wobei mindestens ein flaches Werkzeug einen Bereich für Schraubengewindegänge mit einem konstanten Steigungswinkel in Vorsprüngen und einen diesem Bereich folgenden Bereich für Schraubengewindegänge mit einem sich regelmäßig ändernden Steigungswinkel aufweist, deren Höhe etwas geringer ist als im Bereich für Schraubengewindegänge mit konstantem Steigungswinkel, wobei die beiden Seitenwände der den Schraubengewindegängen entsprechenden Vorsprünge alternierend und aufeinanderfolgend und symmetrisch zu einer Mittellinie angeordnete Abschnitte, die von einer Mittellinie abweichen, und Annäherungsabschnitte entlang der Mittellinie aufweisen; und Schraubengewindegänge mit mehreren Gewindesteigungen auf dem Außenumfang des schaftförmigen Rohlings überlagert zwischen Bahnen eines Gewindegangs mit konstantem Steigungswinkel, die durch die Vorsprünge des Bereichs für die Schraubengewindegänge mit konstantem Steigungswinkel eines flachen Werkzeugs ausgebildet werden, und Schraubenbahnen gewalzt werden, die alternierend und aufeinanderfolgend Abschnitte mit stumpfem Steigungswinkel und Abschnitte mit spitzem Steigungswinkel aufweisen, die durch Vorsprünge des Bereichs für Schraubengewindegänge mit einem sich regelmäßig ändernden Steigungswinkel ausgebildet werden.
Verfahren zum Herstellen einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen mit den Schritten: Walzen und Bearbeiten von spiralförmigen Schraubengewindegängen mit mehreren Gewindesteigungen auf einem Außenumfang eines schaftförmigen Rohlings durch ein Paar flache Werkzeuge mit mehreren im Wesentlichen invertierten V-förmigen Vorsprüngen auf der Oberfläche; wobei mindestens ein flaches Werkzeug einen Bereich für Schraubengewindegänge mit einem konstanten Steigungswinkel in Vorsprüngen und einen diesem Bereich folgenden Bereich für Schraubengewindegänge mit sich regelmäßig stufenförmig ändernden Steigungswinkeln aufweist, deren Querschnittsformbreite etwas größer und deren Höhe etwas kleiner ist als im Bereich für Schraubengewindegänge mit konstantem Steigungswinkel, wobei sich die Schraubengewindegänge mit sich regelmäßig stufenförmig ändernden Steigungswinkeln in einer Nutenrichtung wellenförmig ändern; und Schraubengewindegänge mit mehreren Gewindesteigungen auf der Außenumfangsfläche des schaftförmigen Rohlings überlagert zwischen Bahnen von Schraubengewindegängen mit konstantem Steigungswinkel, die durch die Vorsprünge des Bereichs für die Schraubengewindegänge mit konstantem Steigungswinkel eines flachen Werkzeugs ausgebildet werden, und den stufenförmigen Schraubenbahnen gewalzt werden, die durch Vorspünge des Bereichs für Schraubengewindegänge mit sich regelmäßig änderndem Steigungswinkel ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das Paar flache Werkzeuge ein flaches Werkzeug mit Vorsprüngen, die aus einem Bereich für Schraubengewindegänge mit konstantem Steigungswinkel und einem Bereich für Schraubengewindegänge mit sich regelmäßig änderndem Steigungswinkel bestehen, und ein flaches Werkzeug mit Vorsprüngen aufweist, die nur aus Schraubengewindegängen für einen konstanten Steigungswinkel besteht.
Vorrichtung zum Herstellen einer Schraube mit mehreren Gewindesteigungen zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6.