DE1227399B - Verfahren und Werkzeug zum Aufbringen einer schraubenlinienfoermig gewundenen, ein Innen- und ein Aussengewinde bildenden Drahtwendel auf einen mit einem Aussengewinde versehenen Schaft - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B 25 b

Deutsche Kl.: 87 a-22

Nummer: 1227 399

Aktenzeichen: H 432271 c/87 a

Anmeldetag: 24. Juli 1961

Auslegetag: 20. Oktober 1966

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf ein Werkzeug zum Aufbringen einer schraubenlinienförmig gewundenen, ein Innen- und ein Außengewinde bildenden Drahtwendel auf einen Schaft, der mit einem Außengewinde versehen ist, dessen Durchmesser vor dem Aufbringen der Drahtwendel etwas größer als der Durchmesser ihres Innengewindes ist.

Bei gewissen Arten von Schraubenverbindungen, bei welchen ein Teil mit Außengewinde und ein Teil mit Innengewinde miteinander zu verbinden sind, werden Drahtwendeln verwendet, die in den Teil mit Innengewinde eingebaut werden und einen Teil mit Außengewinde, wie z. B. eine Schraube oder einen Schraubenbolzen, aufnehmen. Bei anderen Arten von Schraubenverbindungen ist es notwendig, die Drahtwendel als ein ein Außengewinde bildendes Bauelement auf einen entsprechenden Maschinenteil aufzubringen, bevor der entsprechende Teil mit Innengewinde aufgeschraubt wird bzw. bevor der Teil mit Außengewinde in denjenigen mit Innengewinde eingeschraubt wird. Solche ein Außengewinde bildende Drahtwendeln werden im Handel auch als »Gewindemäntel« bezeichnet (»exserts«), und zwar im Gegensatz zu den vorerwähnten Gewindeeinsätzen (»inserts«), die dazu bestimmt sind, in einen Bauteil mit Innengewinde eingesetzt zu werden. In den meisten der hier betrachteten Fälle, d. h. also, wo Gewindemäntel zu verwenden sind, besteht der mit Außengewinde versehene Bauteil, z. B. ein Schaft, aus einem verhältnismäßig weichen Werkstoff, dessen Gewinde nun durch die harte Drahtwendel verstärkt wird. So z. B. kann ein Aluminiumteil mit einem Außengewinde versehen sein; da aber dieser weiche Werkstoff dem wiederholten Auf- und Abschrauben einer Mutter oder eines sonstigen Teils mit Innengewinde nicht standhält, bekommt das Außengewinde des Schaftes einen Mantel in der Form einer Drahtwendel, welche dauernd auf dem Schaft verbleibt, so daß nun die Mutter öfters auf die Wendel aufgeschraubt oder von derselben abgeschraubt werden kann, ohne daß dabei irgendein Teil der Verbindung beschädigt wird.

Diese Drahtwendel können auch noch für andere Zwecke verwendet werden, beispielsweise dann, wenn ein Schaft ein Gewinde hat, das nicht der Norm entspricht, wobei dann die Wendel mit ihren äußeren Gewindegängen das der Norm entsprechende Gewinde bildet. In vielen Fällen kann man auch die Drahtwendel dazu verwenden, das beschädigte Außengewinde eines Schaftes wiederherzustellen oder ganz zu ersetzen.

Um nun aber zu gewährleisten, daß sich die Wen-Verfahren und Werkzeug zum Aufbringen einer
schraubenlinienförmig gewundenen, ein Innen-
und ein Außengewinde bildenden Drahtwendel
auf einen mit einem Außengewinde versehenen
Schaft

Anmelder:

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

Vertreter:
Dipl.-Ing. W. Eitle und Dr.-Ing. E. Hoffmann,

Patentanwälte, München 8, Maria-Theresia-Str. 6

Als Erfinder benannt:
ao Leo J. Brancato, Danbury, Conn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 1. August 1960 (46 446) --

del auf dem Außengewinde nicht verschiebt, wenn der Teil mit Innengewinde die Wendel erfaßt, müssen die Gewindegänge der Wendel an der Innenseite von vornherein gegenüber den Gewindegängen des Außengewindes etwas unterbemessen sein. Beim Aufbringen muß nun eine solche Drahtwendel genügend radial aufgeweitet werden, um sie auf das Außengewinde des Schaftes aufschrauben zu können. Beim endgültigen Einbau keilt sich dann die Wendel federnd in die Gewindegangnuten des Außengewindes ein, so daß eine sehr hohe Reibung zwischen dem Außengewinde und der Wendel zustande kommt, eine Reibungskraft, welche größer ist als diejenige zwischen der Wendel und dem Innengewinde des Bauteils, der auf ihr auf- oder abgeschraubt wird.
Um nun die Drahtwendel mit Untermaß auf das größere Außengewinde des Schaftes aufzubringen, muß man ein Verfahren anwenden, welches der Erfindung zufolge aus den nachstehenden Arbeitsgängen besteht: Ansetzen der Drahtwendel mit ihrem vorderen Ende an den Schaft in gleicher Achse mit dessen Außengewinde, Aufrechterhalten dieser Gleichachsigkeit während der folgenden Arbeitsgänge, Anwenden eines Drehmomentes auf die Wendel an

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ihrem hinteren Ende in Richtung ihrer schraubenlinienförmigen Windung, während gleichzeitig die Wendel in Richtung, ihrer Achse an den Schaft gepreßt wird, wodurch die Wendel erweitert wird, bis ihr Innengewinde auf das Außengewinde des Schaftes paßt, wonach die aufgeweitete Wendel durch Fortsetzung der Anwendung des Drehmomentes auf ihr hinteres Windungsende auf den Schaft aufgeschraubt wird.

Der Erfindungsbereich umfaßt ferner ein Spezialwerkzeug zur Durchführung des soeben beschriebenen Verfahrens. Zu diesem Werkzeug gehört ein Mittel zum Erfassen des hinteren Endes der auf den Schaft aufzubringenden Drahtwendel, um auf sie ein Drehmoment zu übertragen, durch welches die Wendel gedehnt bzw. aufgeweitet wird, wenn am vorderen Wendelende dessen Drehung ein Widerstand entgegengesetzt wird.

Ein weiteres Merkmal des Werkzeuges nach der Erfindung ist die Anordnung einer ausrückbaren Kupplung zwischen einer an einer Antriebswelle zu befestigenden Muffe und einer im Inneren der Muffe gleichachsig zu ihr als getriebener Teil vorgesehenen Spindel mit Mitteln zum selbsttätigen Ausrücken der Kupplung, wenn der getriebene Teil an eine Fläche des Schaftes anstößt, wodurch das Maß, um welches die Wendel auf den Schaft aufgeschraubt wird, begrenzt' bleibt.

Erfindungsgemäß sind ferner Mittel vorgesehen, durch welche eine übermäßige Aufweitung der Wendel verhindert wird und weiche außerdem dazu dienen, die Gleichachsigkeit von Wendel und Schaftaußengewinde aufrechtzuerhalten.

Die Ausgestaltungsmerkmale des Werkzeuges nach der Erfindung ergeben sich im einzelnen aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Werkzeuges ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar ist

Fi g^ 1 ein Längsschnitt durch das Werkzeug und Fi g. 2 ein Schnitt nach der Linie 2-2 in F i g. 1.

Wie Fig. 1 zeigt, umfaßt das dargestellte Werkzeug eine Muffe 10, deren hinterer Endteil 12 das Innengewinde 14 hat. Dieses Muffenende 12 ist auf das Außengewinde des hohlen Endteils 16 eines treibenden Werkzeuges aufgeschraubt; dieses letztere kann dabei entweder das entsprechend geformte Ende einer Motorwelle sein oder ein Teil eines Zwischenstückes, wie es hier dargestellt und mit 18 bezeichnet ist. Der größere vordere Endteil 20 der Muffe 10 hat eine zylindrische Innenfläche 22, deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser entspricht, auf welchen die mit dem Werkzeug einzubauende Drahtwendel 66 aufzuweiten ist, wie weiter unten noch beschrieben werden wird. Bin treibendes Kupplungselement 24, bestehend aus einem Ring mit einem Außengewinde 26 und einer kegelförmigen Kupplungsfläche 28, ist in den Muffenteil 12 eingeschraubt. Der Kupplungsring ist an der der Fläche 28 entgegengesetzten Seite mit vier Schlitzen 30 versehen, in welche ein Werkzeug eingreifen kann, falls der Ring gegenüber der Muffe zwecks Einstellung seiner axialen Lage verdreht werden soll. In dem Muffenteil 12 ist eine Bohrung 32 mit Innengewinde vorgesehen, und zwar in dem Bereich des Kupplungsringes, um eine Stellschraube 34 einzusetzen, welche den Ring 24 in der einmal eingestellten Lage festhält.. In gleicher Weise ist in^; dem Muffenteil 12 in der Nähe von dessen hinterem Ende eine Gewindebohrung 36 vorgesehen für das Einschrauben einer Stellschraube 38, welche die einmal eingestellte Lage der Muffe zu dem treibenden Werkzeug bzw. dem Zwischenstück 18 sichern soll. An den Enden der Stellschrauben kann man Scheiben 19 z. B. aus einem Kunststoff zwischen den Stellschrauben und dem Kupplungsring 24 bzw. dem Außengewinde 16 anbringen.

Innerhalb der Muffe 10 und in gleicher Achse mit

ίο derselben befindet sich eine Spindel 40, welche mit ihrem oberen Ende in eine Bohrung 17 des Teils 16 hineinreicht. An der Spindel befestigt oder aus einem Ganzen mit ihr bestehend befindet sich ein getriebenes Kupplungselement 42 zur Zusammenarbeit mit dem treibenden Kupplungselement 24. Zu diesem Zweck ist das Kupplungselement 42 mit einer Kegelfläche 44 versehen, welche sich an die Kegelfläche 28 anlegt. Das Kupplungselement 42 bildet eine Schulter 46, an welche sich mit ihrem einen Ende eine Druckfeder 48 anlegt, deren anderes Ende sich an ein Wälzkörperdrucklager 50 anlegt, das sich seinerseits an der Stirnfläche 52 des treibenden Werkzeuges bzw. des Zwischenstückes 18 abstützt Wenn man nun die Muffe 10 durch Ein- oder Ausschrauben gegenüber dem Teil 18 oder den Kupplungsring 24 durch Ein- oder Ausschrauben gegenüber der Muffe 10 verstellt, kann dadurch die Zusammenpressung der Feder 48 und damit die Kupplungskraft innerhalb gewisser Grenzen eingestellt werden. An der Spindel 40 ist zum Eintreiben der Wendel 66 ein Mitnehmer in der Form eines Hohlzylinders befestigt. In den HoM-zylinderendteil 56, welcher dem Kupplungselement 42 gegenübersteht, paßt die Spindel 40 hinein, die mit dem Endteil 56 durch den mit Treibsitz eingezogenen Zapfen 58 verbunden ist. Um diesen Zapfen 58 einsetzen zu können, was geschehen muß, wenn sich die Spindel 40 bereits in der dargestellten Lage befindet, kann man in dem Muffenteil 20 ein Loch 60 oder zwei sich gegenüberstehende Löcher vorsehen, wobei es sich um längliche Löcher handelt, um Mitnehmer von verschiedener Form und Größe auswechseln zu können. Der Hohlzylinderteil 62 hat einen größeren Innendurchmesser als der Teil 56 und ist mit einer freien Kante 64 versehen, deren Wandstärke der Breite, d. h. dem Unterschied der Längen des äußeren und des inneren Radius des ein Außengewinde bildenden Teils einer Drahtwendel entspricht, zu deren Einbau das Werkzeug bestimmt ist. Eine derartige Wendel ist im ganzen mit 66 bezeichnet. Der Wendeldraht hat einen beispielsweise rhombenförmigen Querschnitt, und der das Außengewinde bildende Teil ist mit 68 bezeichnet. Die Kante 64 ist schraubenh'nienförmig gestaltet und bildet eine Stufe 70, welche außermittig zu der Spindel 40 liegt, so daß die Kante 64 die Endwindung 67 der Wendel 66 genau passend erfassen kann, während die Stufe 70 des Hohlzylinderteils 62 das hintere Ende 72 der Wendel erfaßt, wodurch auf die Wendel an ihrem hinteren Ende in Richtung ihrer schraubenlinienförmigen Windung ein Drehmoment ausgeübt werden kann.

In dem hier dargestellten Beispiel wurde nun angenommen, daß auf einen Schaft 74 eine Drahtwendel 66 aufzubringen ist, wobei der Durchmesser des Außengewindes 76 an dem Schaft etwas größer ist als der Innendurchmesser der Wendel 66. Der Schaft 74 kann mit einer axialen Bohrung 80 mit einem Boden 81 versehen sein, in welchem Fall die Spindel

40 eine Führungsverlängerung 82 bekommen kann, die in die Axialbohrung 80 hineinpaßt und so lang ist, daß sie an den Boden 81 anstößt, wenn die Wendel 66 um das gewünschte Maß auf den Schaft aufgeschraubt worden ist. Andernfalls kann die Spindel 40 ihr unteres Ende bei 84 haben, wobei dann dieses untere Ende mit der Stirnfläche 88 des Schaftes in ähnlicher Weise zusammenarbeitet, wie es soeben mit Bezug auf das Führungsende 82 und den Boden 81 der Bohrung 80 beschrieben wurde. Um nun die Wendel 66 auf dem Schaft 74 anzubringen, wird sie an den Schaft in der dargestellten Lage angelegt, so daß die Windung 86 am vorderen Ende der Wendel sich an die Stirnfläche 88 des Schaftes anlegt. Daraufhin wird das Werkzeug so gesenkt, daß das Führungsende 82 in die Bohrung 80 eintritt, wobei sich dann das Muffenende 90 ungefähr in der gleichen Ebene mit der Stirnfläche 88 des Schaftes befindet. In dieser Lage erfaßt die Kante 64 des Werkzeuges die Windung 67 der Wendel, da der Abstand zwischen der Kante 64 und dem Muffenende 90 ungefähr gleich der Wendel ist. Diese Länge wird vorzugsweise so gewählt, daß einefseits die Wendel an einem Einknicken gehindert wird, andererseits das Maß beschränkt wird, auf welches die Wendel zu erweitern ist. Das Werkzeug wird nun so gedreht, daß sich die Stufe 70 an das Wendelende 72 anlegt. Wenn dann das Werkzeug weitergedreht wird, während gleichzeitig auf die Wendel ein Axialdruck ausgeübt wird, dann wird das vordere Ende 78 der Wendel gehindert, diese Bewegung mitzumachen, und zwar infolge der Reibung zwischen der Endwindung 86 der Wendel und der Stirnfläche 88 des Schaftes sowie wegen der Unmöglichkeit des Aufgreifens der engeren Endwindung 86 der Wendel auf das weitere Gewinde 76 des Schaftes 74. Infolgedessen verursacht das Drehen des Werkzeuges eine Erweiterung des durch die Wendel 66 gebildeten Gewindemantels, ausgehend von der hinteren Endwindung und allmählich weiter nach unten zu fortschreitend, bis auch die vordere Endwindung 86 der Wendel aufgeweitet ist und auf das Gewinde 76 aufgreift. Von diesem Augenblick an wird durch das Drehen des Werkzeuges die Wendel 66 auf den Schaft 74 aufgeschraubt. Dieser Vorgang des Aufschraubens hält an, bis sich das Führungsende 82 der Spindel 40 an den Boden 81 der Bohrung 80 anlegt, oder — falls ein solches Führungsende nicht vorhanden ist—bis sich das Spindelende 84 an die Stirnfläche 88 des Schaftes anlegt. Sobald dieser Zustand eintritt, verursacht jede weitere Bewegung des Werkzeuges ein Anheben des Kupplungselements 42 von dem Ring 24 gegen den Druck der Feder 48 mit dem Ergebnis, daß die Wendel nicht weiter aufgeschraubt werden kann. Man wird auch bemerken, daß infolge der Wirkung der Kupplungsfeder 48 kein übermäßig hohes Drehmoment auf die Wendel ausgeübt werden kann, denn die Feder 48 gestattet eine Schlüpfung der Kupplungselemente 24 und 42 zueinander, wenn das Drehmoment größer werden sollte als die Reibung dieser beiden Elemente aneinander.

Es wurde bereits erwähnt, daß die Verstellbarkeit der Muffe zu dem Teil 16 sowie des Ringes 24 zu der Muffe 10 den Zweck verfolgt, den Axialdruck der Kupplungsfeder 48 zu ändern. Es ist natürlich möglieh, sich für diesen Zweck allein auf eine Verstellbarkeit der Muffe 10 zu verlassen, in welchem Fall der Ring 24 in fester Lage sein kann oder aber mit der Muffe 10 aus einem Stück besteht; dann kann auch die Stellschraube 34 wegfallen.

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufbringen einer schraubenlinienförmig gewundenen, ein Innen- und ein Außengewinde bildenden Drahtwendel auf einen Schaft, der mit einem Außengewinde versehen ist, dessen Durchmesser vor dem Aufbringen der Drahtwendel etwas größer als der Durchmesser ihres Innengewindes ist, gekennzeichnet durch die folgenden Arbeitsgänge: Ansetzen der Drahtwendel mit ihrem vorderen Ende an den Schaft in gleicher Achse mit dessen Außengewinde, Aufrechterhalten dieser Gleichachsigkeit während der folgenden Arbeitsgänge, Anwenden eines Drehmomentes auf die Wendel an ihrem hinteren Ende in Richtung ihrer schraubenlinienförmigen Windung, während gleichzeitig die Wendel in Richtung ihrer Achse an den Schaft gepreßt wird, wodurch die Wendel erweitert wird, bis ihr Innengewinde auf das Außengewinde des Schaftes paßt, wonach die aufgeweitete Wendel durch Fortsetzung der Anwendung des Drehmomentes auf ihr hinteres Windungsende auf den Schaft aufgeschraubt wird.

2. Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit ihrem rückwärtigen Ende (12) an einer Antriebswelle zu befestigende Muffe (10) vorgesehen ist, deren vorderes, die an den Schaft angesetzte Wendel aufnehmendes Ende (20) einen Innendurchmesser (22) besitzt, der dem Außendurchmesser entspricht, auf den die Wendel (66) aufzuweiten ist, wobei im Inneren der Muffe (10) eine von dieser über eine Kupplung (24, 42) angetriebene Spindel (40) untergebracht ist, deren vorderer Endteil (54) eine zur Anlage an das rückwärtige Wendelende bestimmte Axialdruck- und Mitnahmefläche (64, 70) aufweist.

3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (40) mit einem Anschlag (84) versehen ist, der gegen Ende der Äufschraubbewegung der Wendel an der Stirnseite (88) des Schaftes (74) anschlägt und bei weiterer Vorschubbewegung der Muffe (10) durch entsprechende Relativbewegung zwischen dieser und der Spindel die Kupplung (24, 42) ausrückt.

4. Werkzeug nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (40) mit einem Führungsende (82) versehen ist, das in eine Axialbohrung (80) des Schaftes (74) eintreten und am Boden (81) der Bohrung anstoßen kann, wodurch bei einer weiteren Bewegung der Muffe (10) in axialer Richtung die Kupplung (24, 42) ausgerückt wird.

5. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem die Druckfläche (70) tragenden Teil (54) und dem vorderen Muffenende (90) im wesentlichen der Länge der einzubauenden Drahtwendel (66) entspricht.

6. Werkzeug nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Spindel (40) befestigte Endteil (54) sich im vorderen Teil der Muffe (10) befindet und die Form eines Hohlzylinders mit schraubenförmiger Stirnfläche (64) hat, deren Wandstärke im wesentlichen mit der

Stirnfläche des das Außengewinde bildenden Teils der hinteren Endwindung (67) der Drahtwendel (66) übereinstimmt, und daß die Stirnfläche (64) für die Anlage am rückwärtigen Wendelende (72) eine Stufe hat.

7. Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Stirnfläche (64) vom vorderen Muffenende (90) im wesentlichen gleich der Länge der Wendel (66) ist.

8. Werkzeug nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der hohlzylindrische Teil (54) durch einen quer hindurchgehenden Zapfen (58) an der Spindel (40) befestigt ist und in der Muffe zur Einführung des Zapfens wenigstens eine Bohrung (60) vorgesehen ist, welche vorzugsweise in axialer Richtung verlängert ist, um Hohlzylinder verschiedener Länge austauschen zu können.

9. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (24, 42) eine Reibungskupplung vorzugsweise mit Kegelflächen ist, deren treibendes Kupplungsglied (24) an der Muffe (10) im Abstand von ihrem hinteren Ende und deren getriebenes Kupplungsglied (42) an der Spindel (40) befestigt ist, und daß zwischen dem hinteren Ende der Muffe und dem getriebenen Kupplungsglied (42) eine Druckfeder (48) vorgesehen ist, welche die Kupplung im eingerückten Zustand zu halten sucht.

10. Werkzeug nach Anspruch 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Druckfeder (48) mit dem einen ihrer Enden an eine Schulter (46) der Spindel (40) und mit dem anderen Ende an ein Wälzkörperdrucklager (50) am hinteren Ende der Muffe (10) anlegt.

11. Werkzeug nach Anspruch 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das treibende Kupplungsglied (24) in ein Innengewinde (14) des hinteren Muffenteils eingeschraubt ist, so daß sein Abstand vom hinteren Muffenende verstellbar ist.

12. Werkzeug nach Anspruch 2, 9, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß in das Innengewinde (14) des hinteren Muffenteils ein von der Antriebswelle zu erfassendes Verbindungsstück (18) eingeschraubt ist, gegen welches sich das Wälzkörperdrucklager (50) abstützt, so daß der Abstand des Drucklagers vom hinteren Muffenende durch Verstelllung des Verbindungsstückes (18) veränderlich ist.

13. Werkzeug nach Anspruch 2, 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe mit Stellschrauben (34, 38) zur Sicherung der Einstellungen des treibenden Kupplungsgliedes (24) und des Verbindungsstücks (18) versehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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