DE1500981A1 - Gewinde

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Description

Claims

DE1500981A1

Publication number: DE1500981A1
Application number: DE19661500981
Authority: DE
Inventors: Stanwick Glenn W
Original assignee: STANWICK GLENN W
Current assignee: STANWICK GLENN W
Priority date: 1966-07-01
Filing date: 1966-11-11
Publication date: 1969-07-10
Also published as: DE1500981C3; US3381733A; DE1500981B2; GB1123313A

DR.-ING. DlPL-ING. G. RIEBLlNG PATENTANWALT Main Zeichen

St 129 Ηθ/Zi

Bitte in der Antwort wiederholen

Glenn Ul. Stanwick, 1325 V/alley Ridge Drive, Brookfield, Wisconsin 33005 /USA

Gewinde.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gewinde mit für die Sicherung gegen selbständiges Lösen vorgesehenen unterschiedlich tiefen und hohen Gewindegängen und mit über die ganze Länge gleichbleibender Teilung zum Einschrauben in ein genormtes Innengewinde.

Fernsprecher: Lindau (08382) 6917

Fernschreiber: OS 4374 patent d

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Eine derartige Gewindeform wird vorteilhaft zur Befestigung von Einzelteilen verwendet, die Schwingungen ausgesetzt sind, wie z. B. Auto-, Flugzeug- oder Schiffsantriebsmotoren.

Beim Zusammenbau oder der Lagerung von maschinen, uiie z. B, Antriebsmotoren oder deren TeilB, ist es häufig notwendig oder wenigstens wünschenswert, den zum Zu-

* sammenbau verwendeten Stiftschrauben, Bolzen oder anderen Gewindeteilen eine dem Herausschrauben entgegenwirkende oder sperrende Eigenschaft zu verleihen. In einigen Fällen können besondere Sicherungsmuttern oder Sicherungsschei— ben verwendet werden, aber bei vielen Fällen ist die Anwendung dieser getrennten Vorrichtungen undurchführbar. Deshalb sind Versuche unternommen worden, Verriegelungsvorrichtungen direkt in den Schraubengewinden der Gewindeteile vorzusehen, die eine dem Ausschrauben sich widersetzende Kraft erzeugen.

Im allgemeinen haben sich derartige Verriegelungsvorrich— tungen für Gewindeteile nach zwei Prinzipien entwickelt. Eine dieser Sperrvorrichtungen enthält eine Verformung im Außengewindeteil, das mit dem Innengewinde verschraubt und die Teile reibschlüssig zusammenhält. In einigen Fällen z. B. ist das Außengewinde auf den geneigten Oberflächen

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mit Sperrvorsprüngen, die einen Abstand voneinander besitzen, yersehen, welche das Außengewinde mit dem Innengewinde verriegeln. Die Bildung der Verriegelungsvorsprünge ist jedoch nicht bei einem gewöhnlichen Gewindewalz- oder -schneidvorgang möglich und es ist deshalb notwendig, die Verformung mittels eines zusätzlichen, getrennten Fräsens durchzuführen. Der Kostenpunkt ist dementsprechend hoch. Fernerhin zerreißen und verstümmeln die Vorsprünge des Außengewindes das Gewinde des Innengewindeteils und schwächen somit die Haltekraft.

Bei anderen Fällen wird die Verriegelungs— oder Haltevorrichtung direkt auf das Außengewinde angebracht, indem der Gewindefußdurchmesser des Gewindes des Außengewindeteils unterbrochen vergrößert wird, um eine Rändelung zu schaffen. Die zur Bildung des Gewindes dieser Vorrichtung benötigte Bearbeitung ist jedoch wiederum äußerst aufwendig und die Herstellungskosten sind übermäßig groß, und fernerhin verursacht der gerändelte Gewindefuß des Außengewindes in gleicher Weise ein Zerreißen und eine Verstümmelung des Gewindes des inneren Teils und resultiert im Verlust an Haltekraft.

Die andere Art der dem Ausschrauben entgegenwirkenden Vorrichtung erzeugt eine Interferenz zwischen den in-

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einanderpassenden Gewinden, und zwar entweder durch eine verhältnismäßig divergierende Gestaltung der Flanken der zwei Gewindeformen, oder durch Verstärkung oder Erweiterung der Spitze oder des Fußes von einem der Teile in bezug auf das andere unter Bildung eines Leerraums für das verdrängte install. Diese Art der Verriegelungsvorrichtung jedoch benötigt ein beträchtliches Drehmoment oder eine Kraft, um das Außengewinde in das Innengewinde einzuschrauben, und ztuar aufgrund der zustandekommenden Interferenz und Verdrängung des Rietalls· Wenn die Toleranzen dieser Teile nicht innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden» kann so viel Interferenz auftreten, daß die Gewinde eines der Teile oder beider Teile überdreht werden, oder daß die Teile abreiesen. Ee kann aber auch so wenig Interferenz zustande kommen, daß überhaupt kein Widerstand gegen das Herausdrehen geschaffen wird.

Deshalb ist es eine der hauptsächlichen Aufgaben der Erfindung, eine Gewindeform zu schaffen, die unter Erschütterungen dem Herausdrehen einen Widerstand entgegensetzt und welche die oben angegebenen Beanstandungen und Nachteile der bisherigen Vorrichtungen behebt.

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Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß der Gewindefuß mindestens des ersten Geuiindeganges spitz und tiefer ausgeschnitten ist als bei den nachfolgenden Gewindegängen und stetig in den Geuiindefuß konstanten, größeren Durchmessers der nachfolgenden Gewindegänge Übergeht, dessen Form trapezförmig abgeflacht ist, und mindestens auch der erste Gewindegang außen spitz zugeschnitten ist und den größten Durchmesser aufweist, wobei de nachfolgenden Gewindegänge über die gesamte Gewindelänge periodisch, stetig ineinander überlaufende Durchmesserunterschiede aufweisen·

Durch diese Geuiindeform ist es gewährleistet, daß die dem Herausdrehen entgegenwirkende Kraft der Gewindeform proportional zu den darauf angelegten Erschütterungsbeanspruchungen zunimmt.

Uleiters ist dadurch eine Außengewindeform mit Widerstandsfähigkeit gegen das Herausgeschraubtwerden geschaffen, die mittels eines minimalen Kraftaufwands oder Drehmoments in ein Innengewinde eingeschraubt werden kann.

Zudem kann diese Gewindeform mit herkömmlichen Gewindewalzen und Gewindeschneidern ohne weiteres zu niedrigen Kosten hergestellt werden, überdies besitzt diese Gewindeform einen sehr hohen Wirkungsgrad an Verriegelung, wobei sie

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einen groasen Anpassunga- und Veriuendungsbereich ermöglicht

Eine erfindungsgemäQe Außengeujindeform wirkt bei Dauererschütterung oder Vibration dem Abschrauben entgegen und ist so ausgebildet, daß sie in Verbindung mit einem Standardinnengetuinde verwendet werden kann, ohne daß genaue Toleranzen beachtet uierden müssen·

Weitere erfindungsgemäQe Merkmale und besondere Vorteile gehen aus der nachstehenden Beschreibung und der Zeichnung hervor, doch soll die Erfindung nicht auf das gezeigte Beispiel beschränkt sein·

Es zeigen:

Figur 1 eine Seitensicht eines Außengewindes mit der erfindungsgemäßen Gewindeform;

Figur 2 eine vergrößerte Teilansicht des in Fig. 1 dargestellten Außengeutindeteile;

Figur 3 einen Querschnitt durch ein Innengewinde bzw. einen Sitz unter Darstellung des Außengewindes der Fig. unmittelbar nach dem Einschrauben; und

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Figur 4 einen ähnlichen Querschnitt durch des Innengewinde mit dem eingeschraubten Außengewinde der Fig. 2j jedoch unter Darstellung desselben nach erfolgter Schwingungsbeanspruchung od. dgl·

In der Zeichnung wird nun ein Außengewinde 10 mit der Gewindefortn der Erfindung dargestellt. Das Außengewinde IQ besteht aus Gewindefüßen 12 und Gewindeepitzen 14 sowie einer Gewindeform mit einer gleichmäßigen axialen Teilung längs des Außengewindes. Oer von den Gewindefüßen 12 und den Gewindespitzen 14 eingeschlossene Winkel kann irgendwelchen* Normen entsprechen, wie 2. B. den von Unified, National Fine, National Course, Metric oder Whitworth Gewinde, welche den von den Wurzeln und Spitzen eingeschlossener) Winkel, die Teilung oder andere Merkmale der Gewindeform definieren.

Im ersten Gewindegang oder den Gewindegängen 16 der verbesserten Außengewindeform entsprechen die Gewindefüße und die Gewindespitzen 14 dem Normdurchmesser, der von der Bestimmung dar Gewindeform, auf welche diese Erfindung angewandt wird, vorgeschrieben ist. Diese Gewindegänge 16 in der Anfangszone der Gewindeform dienen dazu, das Außengewinde 10 in das Innengewinde 40 einzuschrauben und zu

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diesem Zweck ist wenigstens ein vollständiger Gewindegang nötig.

Der folgende Gewindegang oder Geuiindegänge 18 der Gewindeform, utelche die zweite Zone bilden, enthalten Gewindespitzen 14 genormter Größe, genormten Durchmessers und genormter Form, sowie Gewindefüße 20 mit laufend zunehmendem Durchmesser. Es ist verständlich, daß zur Aufrechterhaltung des Normdurchmessers und des EinschluSwinkels der Gewindespitzen 14 in dieser Zone die Gewindefüße 20 mit zunehmendem Durchmesser flacher werden. Die Durchmesserzunahme der Gewindefüße 20 ist derart, daß am Ende der Gewindegänge 18 der Gewindefuß 20 in Interferenz mit den Gewindespitzen des Innengewindes oder des Sitzes steht, wenn das Außengewinde 10 eingeschraubt wird. Der Betrag dieser Interferenz wird noch ausführlicher beschrieben, aber um den leichten Einführungsmerkmalen der Gewindeform zu genügen, kann gesagt werden, daß die Interferenz sehr gering ist. Die in der zweiten Zone benötigte Zahl der Gewindegänge 18 ist abhängig vom Betrag der Interferenz mit den am Ende der Gewindegänge vorgesehenen Innenge— windespitzen. Im allgemeinen genügen ein bis drei Gewindegänge und je größer der gewünschte Interferenzbetrag desto größer die Anzahl der benötigten Gewindegänge.

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Die restlichen Geuiindegänge 22 der Geuiindeform, die im allgemeinen eine dritte Zone darstellen, enthalten die nach Vollendung der Geuiindegänge 18 der vorhergehenden Zone vorhandenen Geuiindefüße 21 mit vergrößertem Gemindefußdurchmesser. Außerdem verringert sich in der Zone, die von den Geu/indegängen 22 gebildet uiird, der Durchmesser der Geuiindespitzen dieser Geuiindegänge 22 periodisch auf einen lYlindestdurchmBsser und erhöht sich axial längs des Außengewindes 10 auf den vorgeschriebenen Durchmesser, uiie ^ dies im einzelnen in Fig. 2 dargestellt ist. Insbesondere ist die Geuiindespitze 24 des Geuiindeganges 22a von vorgeschriebenem Durchmesser gemäß der Geuiindeformabmessung und ähnelt den Geuiindespitzen 14· Die Geuiindespitze 26 des darauffolgenden Geuiindeganges 22b hat einen etuias verringerten Durchmesser, der durch Entfernung eines Teils des Scheitels des GeuiindBS gebildet uiird. Die GeuiindB— spitze 28 des nächsten Geuiindeganges 22c hat noch geringeren Durchmesser als die Geuiindespitze 26, da ein ä grösserer Anteil des Scheitels der Spitze entfernt morden ist. Die Geiuindespitze 30 des Geuiindeganges 22d hat den kleinsten oder lYIindestdurchmesser irgendeiner der Spitzen der Geuiindegänge 22 in der dritten Zone, und zuiar aufgrund der Tatsache, daß noch mehr vom Scheitel der Spitze entfernt morden ist.

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In den nächsten drei Gewindsgängen 22e, 22f und 22g der Geuiindeforin nimmt der SpitzendurchmessBr der Gewinde laufend zu, und zwar um Betrags, die dem Spitzendurchmesser der Gewindespitzen 28, 26 und 24 der Geuiindegänge 22c, 22b bzui. 22a entsprechen, so daß der Gewindegang 22g wiederum eine Gewindespitze 24 mit Normdurchmesser enthält, utie dieser uon der Geuiindeformbestimmung vorgeschrieben ist.

Die Geuiindsspitzen dar gerade beschriebenen Geujindegänge beginnen somit mit einer Geuiindespitze mit Normdurchmesser, nehmen über eine Anzahl von Geuiindegängen auf einen wesentlich verringerten Durchmesser ab und nehmen über eine weitere Anzahl von Gewindegängsn mieder auf den Normdurchmesser zu. Die Gewindespiizen der Geuiindegänge 22 können somit als eine "Sinuskurve" bezeichnet werden, und zwar aufgrund ihrer periodischen Abnahme und Zunahme auf NormalgröQe längs der axialen Abmessung des Außengewindes Die Anzahl der Gewindegänge, die zur Vollendung einer derartigen Durchmesserabnahnie und einer Zunahme auf Normdurchmesser benötigt wird, ist abhängig von dar Größe des Außengewindes, der Teilung der Getuindeform und dem Betrag der erwünschten Abschraob—Widerstandsfähigkeit odar der Verriegelung. Es sollte jedoch eine ITiindestzahl von vier vollständigen Sinuswellenvariationen pro Zoll axialer Länge der Gewindeform verwendet werden. IMe dargestallt,

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enthält die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sechs Abweichungen pro Zoll. Die Gesamtzahl der am Außengewinde 10 vorgesehenen Gewindegänge 22 hängt von der Anwendung des Teiles ab.

Bei der praktischen Anwendung wird das Außengewinde 10 axial mit einem Innengewinde 40 oder Sitz, wie dem in Fig. 3 dargestellten Sitz, ausgefluchtet. Dann wird das Außengewinde 10 in das Innengewinde eingeschraubt, wobei die Gewindefüße 12 und die Gewindespitze 14 der Gewindegänge 16 mit den Gewindefüßen 34 und den Gewindespitzen des Innengewindes 40 übereinstimmen, so daß das Außengewinde to in das Innengewinde eingeschraubt werden kann. Beim weiteren Einführen des Außengewindes 10 in das Innengewinde kommt der Gewindefuß 20 mit vergrößertem Durchmesser der Gewindegänge 18 immer mehr mit den Gewindespitzen 36 des Sitzes in Interferenz und die dadurch erzeugte leichte Reibung sichert somit das Außengewinde 10 im Innengewinde 40 und verhindert reibungsschlüssig ein Herausschrauben aus letzterem. Die Interferenz zwischen den Gewindefüßen 21 mit vergrößertem Durchmesser und den Gewindespitzen 36 nimmt weiter zu, sowie die Gewinde— gänge 22 in das Innengewinde 40 einschrauben und das Außengewinde vollständig in das Innengewinde eingeschraubt ist.

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Wenn das Außengewinde 10 vollständig in das Innengewinde 40 eingeschraubt ist, wie in Fig. 3 dargestellt, werden aufgrund der Entfernung des Scheitels von den Gewindespitzen 26, 28 und 30 des Innengewindes 10 an den Gewindefüßen 34 des Innengewindes 40 Leerräume 3B erscheinen. Diese Leerräume schwanken zwischen kleinen Abmessungen, wie beim Gewindefuß 34 und der Gewindespitze 26, und großen Abmessungen, wie beim Gewindefuß 34 und der Gewindespitze

Wenn anschließend das Außengewinde 10 anfänglich Schwingungen ausgesetzt wird, wird es aufgrund der Reibung zwischen den Gewindefüßen 21 mit vergrößertem Durchmesser und den Gewindespitzen 34 des Innengewindes 40 in letzterem festgehalten. Bei Fortsetzung der Schwingungen jedoch kriecht oder fließt das Material des Innengewindes 40 in der Umgebung der Gewindeform in die von den Gewindespitzen 26, 28 und 30 des Außengewindes 10 gebildeten Leerräume 38. Dies veranlaßt eine Ausdehnung der mit diesen Gewindespitzen zusammenpassenden Durchmesser der Gewindefüße 34, so daß sich das Innengewinde 40 ungefähr, wie in Fig. 4 dargestellt, der Form des Außengewindeteils 10 anpaßt.

Nachdem das Material des Innengewindes 40 vollkommen oder nur teilweise in das Außengewinde 10 geflossen ist, wird letzteres wirkungsvoll im Innengewinde 40 festgehalten,

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und zwar aufgrund der Interferenz zwischen den ausgefüllten Leerräumen 38 und den Geiuindespitzen 24 und 14 mit Normdurchmesser. Überdies, je mehr Vibration auf die Teile ausgeübt wird, desto vollständiger ist der Kaltfluß des [Materials des Innengewindes 40 in das Außengewinde 10 und desto größer ist der Widerstand gegen die Entfernung des Außengewindes 10.

Als allgemeine Regel gilt, daß bei einer Zunahme des ™

Interferenzbetrages zwischen dem Durchmesser des Gewindefußes 20, 21 und den Gewindespitzen 36 des Innengewindes 40 eine größere Durchmesserabnahme einer jeden der Gewindespitzen 26, 28 und 30 zulässig ist, da die zusätzliche Reibung zwischen den Gewindefüßen 20, 21 und den Gewindespitzen 36 das Außengewinde 10 sicherer im Innengewinde 40 festhält und somit einen stärkeren Kaltfluß des Innengewindes 40 ermöglicht. Aus dem gleichen Grund kann bei Erhöhung des Interferenzbetrags zwischen ä dem Gewindefuß 20, 21 mit erweitertem Durchmesser und den Gewinde^spitzen 36 die Anzahl der Sinuskuruenänderungen pro axialer Längeneinheit erhöht werden. Obwohl durch eine Erhöhung der Anzahl der Veränderungen pro axialer Längeneinheit zusätzliche Leerräume erzeugt werden, gestattet die zusätzliche Reibung zwischen dem Gewindefuß 20, 21 mit erweitertem Durchmesser und den Gewindespitzen 36

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eine Füllung dieaer Leerräume mittela dam Kaltfluß des Innengewindes 40, ohne daß sich das Außangewindatsil in der Zwischenzeit etwa lösen könnte.

Eine Zunahme sowohl der Anzahl ala auch der Größe der Leerräume 38 erhöht die Abschraubtuiderstandafähigkait der Geuiindeform, da die Interferenz zwischen dan ausgefüllten Leerräumen 38 und den Gewindespitzen 14 und 24 mit Normdurchmesaer bei einer vereucbten Entfernung erhöht werden wird.

Bei einer Verwendung der angenommenen American Standard Definition des Ausdrucks "TeilkreisdurchmBaaer" als den Durchmesser des imaginären koaxialen Zylinders, dessen Oberfläche an den Punkten durch die Gewindeprofile verlaufen würde, um die Breite der Nut gleich 1/2 der Grundteilung zu machen, sollte der SpitzendurchmBsser des Außengewindes, welches das Sinuskurv/enmuster der vorliegenden Erfindung darstellt, zwischen einem maximalen Durchmesser 24 und einem minimalen Durchmesser bei 30, jedoch nicht weniger als der definierte Teilkreisdurchmesser achwanken.

Die Erfindung ist kommerziell angewandt worden und die verbesserte Gewindeform hat sich als äußerst wirkungs-

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voll erwiesen. Die Befestigungsvorrichtungen in Gestalt der Geujindeform können ohne weiteres mittels Standard—
ausrüstung hergestellt uierden und es uiird eine wirksame Verriegelung erzeugt ohne Zuhilfenahme besonderer Sperrvorrichtungen. Obwohl Befestigungsvorrichtungen in Form des verbesserten Gewindes vorteilhafte Verwendung besonders in Verbindung mit Benzinmotoren und dergleichen
gefunden haben, bestehen offensichtlich zahlreiche zu- λ

sätzliche Anwendungen für diese Vorrichtungen, und zwar immer dort, wo große Schwingungen auftreten.

Patentansprüche

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Lindau (Bodensee)
Rennerle 10 Postfach 365

30. 10. 196

A.Z.: P

Patentansprüche

T) Gewinde mit für die Sicherung gegen selbständiges Lösen vorgesehenen unterschiedlich tiefen und hohen Gewindegängen und mit über die ganze Länge gleichbleibender Teilung zum Einschrauben in ein genormtes Innengewinde, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindefuß (12) mindestens des ersten Gewindeganges (16) spitz und tiefer ausgeschnitten ist als bei den nachfolgenden Getuindegängen (18, 22) und stetig in den Getuindefuß (20, 21) konstanten, größeren Durchmessers der nachfolgenden Gewindegänge (18, 22) übergeht, dessen Form trapezförmig abgeflacht ist, und mindestens auch der erste Geiuindegang (16) außen spitz zugeschnitten ist und den größten Durchmesser aufweist, wobei die nachfolgenden Geujindegänge (18, 22) über die gesamte Gewindelänge periodisch, stetig ineinander überlaufende Durchmesserurterschiede aufweisen.
2. Gewinde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß nach jeder Durchmesserverjüngung der Gewindespitzen wieder eine Durchmesservergrößerung auf den größten Durchmesser des ersten Ge-

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Neue Unterlagen (An. -, _s ι .·....*. ■, _Kr. ι _{&te 3 dss} Änd_enjng8B^

windeganges (16) erfolgt.
3. Gau/inda nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß auf ein lineares Zoll axialer Länge der Gewindeform wenigstens uier Flächen periodischer Durchmesserab- und -zunähme der Gewindespitzen treffen.
4. Gewinde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die periodischen Abnahmen und Zunahmen des Geiuindespitzendurchmessers ein Sinuskuruenmuster bilden, das bei Einführung der Vorrichtung in ein Innengewinde (40) in periodischer Folge Leerräume (38) erzeugt, so daß eine Vibration das material des Innengewindes (40) nächst den Leerräumen (38) zum Fließen und der wesentlichen Auffüllung dieser Leerräume (38) veranlaßt.
5. Gewinde nach Anspruch 4, dadurch g e -

k e η η ζ e^v i c h η e t , daß der Betrag der Zunahme des Gemindefußdurchmessers direkt proportional zum Betrag der periodischen Abnahme des Gewindespitzendurchmessers ist·
6. Gewinde ntch Anspruch 1, dadurch ge-.

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kennzeichnet, daß die Zunahme des Gewinde-

fußdurchmessers proportional zur Anzahl der periodischen

Abnahmen des Getuindespitzendurchmessers für eine gegebene Länge ist.
7. Gewinde mit einer gleichmäßigen axialen Teilung und drei axialen Zonen über seine Gesamtlänge, dadurch

fc gekennzeichnet, daß die erste Zone sich wenigstens über den anfänglichen, vollständigen Getuindegang (16) ihres Gewindefußes (12) erstreckt, der im wesentlichen V-förmigen Querschnitt hat, die zweite Zone die anschließenden Gewindegänge (18) des Gewindefußes (20) umfaßt, wobei der Gewindefuß (20) in dieser zweiten Zone auf einen progressiv zunehmenden Durchmesser verflacht wird, und der Gewindespitzendurchmesser in der ersten und der zweiten Zone identisch ist und daß fernerhin eine dritte Zone die Gewindegänge (22) des Gewindefußes (21)

* anschließend an die zweite Zone enthält, deren konstant verflachter Gewindefußdurchmesser dem Durchmesser des Gewindefußes am Ende der zweiten Zone entspricht und daß sie einen axial periodisch abnehmenden und zunehmenden Gewindespitzendurchmesser besitzt.

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