DE1122007B - Werkzeug zum Eintreiben einer ueberbemessenen, gewindebildenden Drahtwendel in eine zylindrische Bohrung eines Werkstueckes - Google Patents

Description

Gewindebildende Drahtwendeln werden häufig zum Auskleiden von Gewindebohrungen in Werkstücken oder Muttern aus verhältnismäßig weichem Baustoff benutzt, um den Schraubverbindungen solcher Teile erhebliche Festigkeit zu verleihen. In solchen Verbindungen sind die Gewindeeinsätze aus Draht von geeignetem Querschnitt wendelartig gewunden und mit ihren äußeren Teilen in die Gewindebohrungen so eingeschraubt, daß sie mit ihren inneren Teilen ein Innengewinde bilden. Für gewisse Zwecke, besonders in Gegenständen aus Kunststoff, ist der Abnutzungswiderstand eines Innengewindes von größerer Bedeutung als die Festigkeit des Gewindes. Vielfach, wo dies zutrifft, ist es auch nötig, die Kosten möglichst niedrig zu halten. In solchen Fällen sind die üblichen, Zeit und Arbeit erfordernden Arbeitsgänge, wie das Gewindeschneiden im Werkstück oder einer Mutter und das darauffolgende Einschrauben des Gewindeeinsatzes, unerwünscht und von Übel. Trotzdem können gewindebildende Drahtwendeln in solchen Fällen vorteilhaft benutzt werden, wenn ein geeigneter Einsatz in axialer Richtung in eine zylindrische Bohrung hineingetrieben und darin durch Reibung hinreichend festgehalten wird.

Der Draht für eine Wendel für den genannten Zweck hat vorzugsweise einen Querschnitt, der aus einem äußeren und einem inneren dreieckigen Teil und einem rechteckigen Teil besteht, auf welchem die Dreiecke errichtet sind. In einem solchen Einsatz bildet das innere Dreieck das Gewinde, in welches ein Glied mit entsprechendem Außengewinde eingeschraubt werden kann. Das äußere Dreieck des Querschnittes des gewundenen Drahtes, das gegen die Innenwand der zylindrischen Bohrung anliegt, erzeugt den erwünschten hohen Reibungswiderstand gegen eine Axial- oder Drehbewegung, wenn die Drahtwendel ursprünglich in ihrem Durchmesser etwas überbemessen ist. Das rechteckige mittlere Stück hat Flächen, mit denen die Windungen der Wendel aufeinanderliegen und die den axialen Druck beim Eintreiben der Wendel in die zylindrische Bohrung aufnehmen können.

Es sind Vorrichtungen bekannt, mit welchen eine mit Übermaß hergestellte, schraubenförmig gewundene Drahtwendel in eine mit Innengewinde versehene Bohrung eines Werkstückes unter Zusammenziehung der Drahtwendel auf den Gewindedurchmesser der Bohrung eingeführt werden kann. Die bekannten Vorrichtungen bestehen aus einer Hülse und einem darin drehbaren und axial verschiebbaren Stab. Dieser hat ein Greifende zum Erfassen der Drahtwendel. Dabei wird das der Bohrung zuge-Werkzeug zum Eintreiben

einer überbemessenen, gewindebildenden

Drahtwendel in eine zylindrische Bohrung

eines Werkstückes

Anmelder:

Heli-Coil Corporation,
Danbury, Conn. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Hoffmann

und Dipl.-Ing. W. Eitle, Patentanwälte,

München 22, Widenmayerstr. 34

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 25. Mai 1955 (Nr. 511 026)

Leo J. Brancato, Danbury, Conn. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

wandte, diametral abgebogene Ende der Drahtwendel erfaßt, welches die Wendel beim Einschrauben in die Bohrung führt. Auf dieses Wendelende wird also ein Drehmoment übertragen.

Gewisse Schwierigkeiten treten jedoch auf, wenn eine solche Drahtwendel in axialer Richtung in eine glatte zylindrische Bohrung eingetrieben wird. Einerseits muß dafür gesorgt werden, daß, während der Druck zum Eintreiben ausgeübt wird, keine der Windungen der Wendel aus ihrer axialen Lage abweicht. Andererseits muß verhindert werden, daß sich die Wendel infolge des aufgewendeten Axialdruckes ausweitet.

Die Erfindung bezweckt daher, zum Eintreiben einer schwach überbemessenen, gewindebildenden Drahtwendel in eine zylindrische Bohrung eines Werkstückes ein Werkzeug zu schaffen, das ein Kippen der Wendel und ein Ausspringen der letzten Windung während des Eintreibens verhindert. Das Werkzeug soll ferner einer unzulässigen Ausdehnung der Wendel als Folge des axialen Eintreibdruckes entgegenwirken.

Gemäß der Erfindung weist der untere Teil des Doms in der Längsrichtung drei Abschnitte ver-

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schiedener Durchmesser auf, von denen der Durch- den größten Teil des Hülsenumfanges herum bis zu

messer des mittleren Abschnitts größer als der einem Schlitz 33 (s. Fig. 4). Ein Federring 34 greift

Durchmesser des unteren Endabschnitts ist, aber in die Bohrung 32 und Nut 31 ein. Sein freies Ende

kleiner als der des oberen Abschnitts, welcher glei- 35 liegt in dem Schlitz 33 gegen den Dom an. Der

tend in den mit dem seitlichen Ausschnitt versehenen 5 Dorn ist zweckmäßig mit einer flachen Nut 36 gegen-

Hülsenteil paßt. Ferner ist zwischen dem mittleren über dem Schlitz 33 in der dargestellten Lage ver-

und unteren Abschnitt ein Absatz mit einer Stufe sehen, so daß das Ende 35 in diese Nut eingreifen

geformt, wobei der Absatz eine schraubengangförmige und ein Verschieben des Doms verhindern kann,

Fläche von einer Steigung entsprechend der der wenn das Werkzeug nicht benutzt wird. Durch eine

Wendel, wenn deren Windungen aufeinanderliegen, io Drehung des Doms in der Hülse wird das Ende 35

darstellt, so daß der Absatz und die Stufe ein Wider- aus der Nut 36 hinausgedrückt und der Dom frei-

lager für die obere Wenderwirkung und das obere gegeben. Wenn dann der Dom aufwärts gezogen

Wendeldrahtende zur Aufnahme von in axialer Rieh- wird, so erreicht er seine Endstellung beim Anliegen

tung und in Umfangsriahtung wirkendem Druck bil- des Federringendes 35 gegen den Absatz 30. Beim

den, wenn der untere Domabschnitt in die Wendel 15 Abwärtsschieben des Doms gleitet das Federringende

eingeführt ist. 35 auf der Kegelfläche 29, ohne die Bewegung zu

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung hindern. Der Abstand des Absatzes 30 vom Kopf 27

ergeben sich aus der Beschreibung der in der Zeich- ist so bemessen, daß das unterste Ende des Doms in

nung dargestellten Ausfuhrungsbeispiele. seiner höchsten Stellung den Ausschnitt 13 völlig

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt eines Werkzeuges ao freigegeben hat.

gemäß der Erfindung; Der Außendurchmesser des Domteils 24 und der

Fig. 2 ist eine Endansicht; entsprechende Innendurchmesser des Hülsenteils 17

Fig. 3 und 4 sind Schnitte längs den Linien 3-3 sind etwa gleich dem äußeren Durchmesser einer in

und 4-4 in Fig. 1; ein Werkstück einzusetzenden Wendel. An das Stück

Fig. 5 ist eine vergrößerte Seitenansicht, teilweise 35 24 schließt sich gleichartig ein kürzeres Stück 37 und

im Schnitt, eines Teils des in Fig. 1 dargestellten an dieses wieder ein längeres Endstück an, und zwar

Werkzeuges während seiner Anwendung an einem jedes mit einem kleineren Durchmesser als das voran-

Werkstück; gehende. Der Durchmesser des Stückes 38 ist ein

Fig. 6 ist eine Seitenansicht, ähnlich der Fig. 5, bißchen kleiner als der Innendurchmesser einer Wen-

eines anderen Werkzeuges gemäß der Erfindung, und 30 del nach seinem Einsetzen in ein Werkstück, und der

Fig. 7 zeigt einen Querschnitt eines anderen Werk- Absatz 39 zwischen den Stücken 37 und 38 ist so

zeugkopfes. breit, daß er gegen die flache Oberfläche des recht-

Das in Fig. 1 bis 4 dargestellte Werkzeug weist eckigen Teils des Wendeldrahtquerschnitts anliegen

eine rohrförmige Hülse 10 auf, in welcher ein Dom kann. Der Absatz 39 ist schraubenförmig gestaltet

12 axial beweglich und drehbar ist. Nahe dem Fuß- 35 entsprechend der obersten Wendelwindung und hat

ende der Hülse erstreckt sich ein Ausschnitt 13 um- eine eine Anschlagfläche bildende Stufe 40, die gegen

fangsmäßig etwa 180° und der Länge nach etwas das Ende einer über das Stück 38 gestreiften Wendel

mehr als die größte Länge einer mit Hilfe des Werk- anliegen kann.

zeuges in ein Werkstück einzutreibenden Wendel. Ein Das Arbeiten des Werkzeuges ist in Fig. 5 veraxialer Schlitz 14 reicht von dem Ausschnitt 13 bis 40 anschaulicht, in welcher ein Werkstück 50 mit einer zum äußersten Ende der Hülse, wo ein kleiner, zylindrischen, am oberen Ende bei 52 versenkten schneidenartiger Rand 15 über die Endfläche 16 Bohrung 51 versehen ist. Der Drahtquerschnitt der in hinausragt. Der Rand hat einen Innendurchmesser die Bohrung einzutreibenden Wendel 53 besteht aus gleich dem des Endteils 17 der Hülse, der den Aus- den inneren und äußeren dreieckigen Teilen 54 und schnitt und den Schlitz enthält. Die Außenfläche des 45 55 und dem rechteckigen Teil 56. Selbstverständlich Randes erstreckt sich kegelförmig aufwärts zu einem kann das Werkzeug auch für Wendern mit anderen größten Durchmesser, der sehr viel kleiner als der Drahtquerschnitten benutzt werden. Zunächst ist der der Fläche 16 ist. Gegenüber dem Ausschnitt 13 hat Dom 12 in seine obere Endstellung zurückzuziehen, die Hülse eine verhältnismäßig breite Umfangsnut 18. in der das Ende 35 des Federringes 34 gegen den An-Eine Feder 19 ist in die Nut eingebettet und durch 50 schlag 30 anliegt und der Dorn den Ausschnitt 13 ihre radialen Vorspriinge 20 und 21 (s. Fig. 3) an der völlig freigegeben hat. Eine Wendel 53 von passender Hülse gehalten. Ein Teil 22 der Feder erstreckt sich Länge und passendem Durchmesser kann nun zwivon dem Vorsprung 21 unter einem Winkel in den sehen den Federteil 22 und den Hülsenteil 17 einge-Ausschnitt 13 hinein. An dem freien Ende des Teils legt werden, worauf der Dorn 12 hinuntergeschoben 22 ist ein Federdraht 23 so befestigt, daß er in den 55 werden kann, und zwar zunächst so weit, daß der Schlitz 14 eingreift und sich an den unteren Teil 24 Abschnitt 38 in das Innere der Wendel eintritt, des Doms anlegt. Der Durchmesser dieses Teils 24 welche sich gegen die Schraubengangfläche 39 anist etwas kleiner als der des Hauptteils 25 des Doms. legt. Durch Drehen des Doms kommt die Stufe 40 Dementsprechend ist der Innendurchmesser des zur Anlage an das obere Wendeldrahtende, wie in Hülsenteils 17 kleiner als der des Hauptteils 26 der 60 Fig. 5 dargestellt. Die Wendel kann sich nicht mit Hülse, die den Dom führt. Der Dom hat einen außen dem Dom drehen, bevor ihr Ende gegen die Stufe vorzugsweise geränderten Kopf 27, der beim Auf- 40 anschlägt, und auch dann nur, wenn der Dom in setzen auf die obere Endfläche 28, wie Fig. 1 zeigt, der Richtung gedreht wird, in welcher die Wendel die Abwärtsbewegung des Doms begrenzt. Um die gewunden ist, da der Federarm 22 durch seine Reiobere Endstellung festzulegen, ist ein Teil 29 des 65 bung die Wendel zurückhält. Das Werkzeug mit der Doms kegelstumpfförmig ausgebildet und ein Absatz Wendel darin kann nun auf das Werkstück gleich-30 gebildet. Nahe dem oberen Ende der Hülse er- achsig mit der Bohrung 51 aufgesetzt werden, so streckt sich eine Nut 31 von einer Bohrung 32 um daß der Rand 15 in die Einsenkung 52 eingreift. Da-

bei hält die Feder 23 die Wendel so, daß sie gegen die Stufe des Doms anliegen bleibt und nicht aus der Hülse herausfallen kann. Wie bereits gesagt, ist der Innendurchmesser des Hülsenteils 17 etwa gleich dem ursprünglichen Außendurchmesser der Wendel 5 und etwas größer als der Durchmesser der Bohrung 51. Mit Rücksicht darauf kann der versenkte Teil 52 etwas tiefer reichen, als der Höhe des Randes 15 entspricht, um dadurch das Zusammendrücken der Wendel zu erleichtern, das eintritt, wenn nun der Dorn vorgetrieben wird, um die Wendel völlig in die Bohrung 51 einzubringen. Dabei hat sich herausgestellt, daß es besser ist, den Dorn durch wiederholte Schläge als durch fortgesetzten Druck vorzutreiben. Die Tiefe, bis zu der die Wendel in die Bohrung eingebracht werden kann, hängt davon ab, wie weit die Fläche 39 des Doms über die Fläche 16 der Hülse hinausragt, wenn der Kopf 27 auf der oberen Endfläche 28 aufsitzt. Der Durchmesser des Teils 37 darf natürlich nicht größer sein als der der Bohrung 51, wenn das obere Ende der Wendel unterhalb des versenkten Teils 52 zu liegen kommen soll. Während des Einsetzens kann die Wendel weder kippen noch sonst von seiner vorgeschriebenen Form abweichen, da infolge der Schraubengangform der Fläche 39 der durch den Dom ausgeübte Axialdruck gleichmäßig über die ganze Länge der obersten Wendelwindung verteilt ist. Wenn das Zusammendrücken oder Zusammenziehen der in die Bohrung 51 eintretenden Windungen stattfindet, verlängern sich die Windungen, die sich noch in der Hülse 17 befinden, so daß sich das Wendelende an der Stufe 40 etwas drehen wird. Diese Drehung ist unschädlich, da sie gegen die Stufe gerichtet ist, so daß die ganze obere Windung fortgesetzt gegen die Räche 39 anliegt. Die noch in dem Hülsenteil 17 befindlichen Windungen werden durch diesen Teil gleichachsig mit der Bohrung 51 gehalten. Gleichzeitig sind diese Windungen durch die Hülse gehindert, sich infolge des Axialdruckes in radialer Richtung auszudehnen. Schließlieh können auch die zusammengezogenen und in diesem Zustand in die Bohrung eingetriebenen Windungen nicht kippen oder sich sonstwie verformen, und zwar infolge des Verhandenseins des Domendes 38, dessen Durchmesser gleich dem Innendurchmesser der zusammengezogenen Windungen ist. Wenn das Eintreiben beendet und das Werkzeug entfernt ist, bleibt die federnde Wendel im zusammengedrückten Zustand in der Bohrung 51 und ruft dadurch einen Reibungswiderstand gegenüber Kräften hervor, die ihn zu bewegen suchen.

In gewissen Fällen, und zwar besonders bei Wendern mit verhältnismäßig großen Durchmessern ist das Werkzeug gemäß der Erfindung zweckmäßig mit einer Vorrichtung zu versehen, um die Wendel zusammenzuziehen, bevor sie in die zylindrische Bohrung eintritt. Eine solche Vorrichtung ist in Fig. 6 dargestellt, in welcher der Dom 60 mit einer Schraubengangfläche 61 und Stufe 62 ähnlich der Räche 39 und Stufe 40 in Fig. 1 und 5 versehen ist. Ein Endstück 80 erstreckt sich ähnlich dem Teil 38 der Fig. 1 von der Fläche 61 abwärts. Die Hülse 63, die den Dorn 60 in ihrem Teil 64 längs des seitlichen Ausschnitts 65 führt, hat ein unteres Ende 66, dessen Innendurchmesser von der Größe des Außendurchmessers der unzusammengezogenen Wendel bis zur Größe des Durchmessers der Bohrung 67 im Werkstück 68 abnimmt. Ein scharfkantiger Rand 69 steht nach unten von der Endfläche 70 ähnlich dem Rande in Fig. 1 vor und paßt in das kegelig eingesenkte obere Ende 71 der Bohrung 67.

Das Werkzeug nach Fig. 6 arbeitet im wesentlichen in gleicher Weise wie das nach Fig. 5, jedoch mit dem Unterschied, daß eine in den Ausschnitt 65 eingesetzte und durch die Feder 82 gehaltene Wendel vom Dom 60 in dem unteren Hülsenteil 66 abwärtsgetrieben und dort allmählich zusammengezogen wird, bevor sie in die Bohrung 67 eintritt. Das gleiche Ergebnis kann natürlich erzielt werden, wenn ein dem Hülsenteil 66 ähnliches, besonderes Stück zwischen das Werkzeug und das Werkstück in Fig. 5 eingefügt wird, vorausgesetzt, daß der Dom eine ausreichende Länge hat.

Wie bereits gesagt, hängt die Tiefe, bis zu der eine Wendel eingesetzt werden kann, vom Abstand der Räche 39 in Fig. 1 von der Räche 16 ab, wenn der Dornkopf 27 auf der Endfläche 28 der Hülse aufsitzt. Dieser Abstand kann einstellbar gemacht werden, z. B. wie in Fig. 7, in welcher das obere Ende des Doms 90 eine mit Außengewinde versehene Verlängerung 91 hat. Der Kopf 92 des Doms ist mit Innengewinde versehen und zusammen mit einer Sicherungsmutter 93 auf die Verlängerung 91 aufgeschraubt. Das Werkzeug kann auch in anderer Weise zur Verwendung von Wendeln verschiedener Größe ausgebildet sein, indem z. B. die Teile 37 und 38 als getrennte Stücke ausgeführt und, wie in Fig. 5 bei 95 gezeigt, in den Dorn eingeschraubt sind.

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Werkzeug zum Eintreiben einer überbemessenen, gewindebildenden Drahtwendel in eine zylindrische Bohrung eines Werkstückes unter Zusammenziehung der Wendel auf deren Durchmesser, mit einem Dorn, der in einer Hülse drehbar und axial gegenüber dem Fußende der Hülse vor- und zurückschiebbar angeordnet ist, wobei der untere Hülsenteil mit einem seitlichen Ausschnitt zur Aufnahme der Wendel versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil des Doms (12; 60) in der Längsrichtung drei Abschnitte verschiedener Durchmesser aufweist, von denen der Durchmesser des mittleren Abschnitts (37; 83) größer ist als der Durchmesser des unteren Endabschnitts (38; 80), aber kleiner als der des oberen Abschnitts (24; 60), welcher gleitend in den mit dem seitlichen Ausschnitt (13; 65) versehenen Hülsenteil paßt, und daß zwischen dem mittleren und unteren Abschnitt ein Absatz (39; 61) mit einer Stufe (40; 62) geformt ist, wobei der Absatz eine schraubengangförmige Räche von einer Steigung entsprechend der der Wendel, wenn deren Windungen aufeinanderliegen, darstellt, so daß der Absatz und die Stufe ein Widerlager für die oberste Wendelwindung und das obere Wendeldrahtende zur Aufnahme von in axialer Richtung und in Umfangsrichtung wirkendem Druck bilden, wenn der untere Domabschnitt in die Wendel eingeführt ist.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der schraubengangförmigen Räche des Absatzes (39; 61) etwa gleich der Breite des Wendeldrahtteiles (56) ist, welcher zwischen den das Außengewinde und das Innengewinde bildenden Wendeldrahtteilen (54; 55) liegt.

3. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abschnitt (37; 83) des unteren Dornteils gleitend in die Bohrung (51; 72) des Werkstückes und der untere Endabschnitt (38; 80) des Doms gleitend in das Innere der Wendel nach dessen Einsetzen in die Bohrung passen.

4. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußteil der Hülse von dem seitlichen Ausschnitt (13) bis zur unteren End- ίο Bäche (16) geschlitzt (14) ist und daß an dem ausgeschnittenen Hülsenteil eine Blattfeder (19 bis 22) mit einem in den Schlitz ragenden Drahtfortsatz (23) zum Halten der Wendel in der Hülse vorgesehen ist.

5. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Dorn und der Hülse je ein Anschlag (30, 35) zur Begrenzung der Strecke vorgesehen ist, die der Dom (12) zur Freigabe des seitlichen Ausschnitts (13) zurückziehbar ist.

6. Werkzeug nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (30) am Dom von einer eine kegelstumpfförmige Einschnürung (29) des Doms nach unten begrenzenden Schulterfläche gebildet ist, auf welcher sich ein an der Hülse befestigter Ring (34) mit frei federnder, sich an den Dom anlegender Zunge (35) aufsetzen kann, und daß außerdem der Dom mit einer flachen Nut (36) versehen ist, in welche die Zunge eingreifen kann, um den Dom in der Hülse zu halten, wenn das Werkzeug nicht benutzt wird.

7. Werkzeug nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abschnitt (37) und der untere Endabschnitt (38) mit dem oberen Abschnitt (24) des unteren Dornteils auswechselbar verbunden sind.

8. Werkzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anschläge (27, 28) zur Begrenzung der Strecke, die das untere Ende des Doms von der unteren Endfläche (16) des Hülsenfußes nach unten vorbewegbar ist.

9. Werkzeug nach Ansprach 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des sich als Begrenzungsanschlag auf das obere Hülsenende aufsetzenden Kopfes (91 bis 93) des Doms veränderbar ist.

10. Werkzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen an sich bekannten, die Hülse nach unten fortsetzenden hohlkegeligen Teil (66), dessen Innendurchmesser allmählich von der Größe des Innendurchmessers der Hülse bis zu dem der Bohrung (72), in die die Wendel einzusetzen ist, abnimmt.

11. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußteil der Hülse einen aus seiner unteren Endfläche (16; 70) vorspringenden, kleinen, schneidenartigen Rand (15; 69) mit einem Innendurchmesser gleich dem des unteren Endteils der Hülse und mit einer in eine kegelförmige Einsenkung (52; 71) des Werkstückes (50; 68) einsetzbaren kegelförmigen Außenfläche aufweist, deren größter Durchmesser sehr viel kleiner als der Außendurchmesser der unteren Endfläche (16; 70) der Hülse ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 829 128;
schweizerische Patentschriften Nr. 252 593,
896;
britische Patentschrift Nr. 597 775.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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