DE1925714B1

DE1925714B1 - Gewindeeinsatz mit einem selbstschneidenden Aussengewinde

Info

Publication number: DE1925714B1
Application number: DE19691925714D
Authority: DE
Inventors: Harry Scheffer
Original assignee: Boellhoff GmbH
Current assignee: Boellhoff GmbH
Priority date: 1969-05-20
Filing date: 1969-05-20
Publication date: 1970-11-12
Also published as: GB1284951A; FR2048509A5; SE360715B; JPS4841183B1; US3662643A

Description

Die Erfindung betrifft einen Gewindeeinsatz mit einem selbstschneidenden Außengewinde, der durch eine in Richtung der Gewindeeinsatzachse wirkende Kraft bei dadurch erfolgender Drehbewegung in ein Werkstück aus weichem Metall, wie Aluminium, Kunststoff oder Holz, eintreibbar ist und der nach dem Eintreiben durch Selbsthemmung gegen selbsttätiges Ausschrauben gesichert ist.

Solche Gewindeeinsätze werden insbesondere bei der Herstellung von Kunststoffwerkstücken verwendet, weil sie das Einlegen von Teilen in Einguß-, Einspritz- oder Einpreßformen ersparen und somit den Durchsatz der Werkstückfertigungsanlage erhöhen.

Bei einem bekannten Gewindeeinsatz ist auf einem Teilabschnitt mit zylindrischer Außenfläche eine Anzahl scharfkantiger, aus der Zylinderfläche hervortretender Rippen ausgebildet, die unter einem spitzen Winkel zu der Zylinderachse und parallel zueinander verlaufen, so daß bei Einwirkung der Axialkraft die Drehbewegung erfolgt und die Gegenform für die Verankerung in dem Werkstück ausgebildet wird. Die steilen und scharfkantigen Rippen schneiden in das Werkstück kein sauberes Gewinde ein, sondern greifen unregelmäßig in das Material des Werkstückes ein. Die Haltefestigkeit wird nicht durch reibungsbedingte Selbsthemmung, sondern durch Verklemmung des Einsatzes in dem Werkstück erreicht. Die Auszugsfestigkeit wird erst durch das Einschrauben einer Schraube in das Innengewinde des Gewindeeinsatzes erreicht.

Es ist bei einem Schraubbolzen ein selbsthemmendes Außengewinde bekannt; es sind aber die Neigungswinkel der beiden Flanken des Gewindes so gewählt, daß die Mutter nur mittels eines angreifenden Drehmoments auf die Schraube aufschraubbar ist. Ein Gewindeeinsatz mit einem derartigen Außengewinde müßte also beim Einbau in das Werkstück gedreht werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Gewindeeinsatz zu schaffen, bei dem ein unsicheres Verklemmen des Außengewindes im Werkstück und zugleich ein selbsttätiges Herausdrehen des Gewindeeinsatzes unmöglich sind.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Neigungswinkel ßl der dem äußeren Ende des Gewindeeinsatzes abgewandten Flanke des Außengewindes gegenüber einer durch die Gewindespitze gehenden und sich senkrecht zur Achse des Gewindeeinsatzes erstreckenden Ebene die Bedingung erfüllt, daß

ist, und der Neigungswinkel β 2 der anderen Flanke des Außengewindes gegenüber der genannten Ebene die Bedingung erfüllt, daß

<; tge ·]/ΐ + cos² γ ■

ist, wobei der Steigungswinkel γ größer ist als der vorherbestimmte Reibungswinkel ρ.

Die beiden Gleichungen entsprechen in ihrem Aufbau dem Zusammenhang zwischen den Neigungswinkeln bei einem Gewinde mit zur Achse geneigten symmetrischen Flanken, dem Steigungs- und dem 6g zugeordneten Reibungswinkel. Durch die erfindungsgemäße Verknüpfung der beiden unterschiedlichen Flankenneigungswinkel ßl und ßl mit dem Steigungswinkel γ und dem Reibungswinkel ρ wird ein relativ leichtes Eindrücken des Einsatzes in ein Werkstück aus weichem Material erreicht und ein selbsttätiges Herausdrehen des Einsatzes vermieden.

Beim Eintreiben des Gewindeeinsatzes wird in dem Werkstück ein sauberes Gegengewinde eingeschnitten.

Bei dem erfindungsgemäßen Gewindeeinsatz ist nicht von eingebautem Einsatz zu eingebautem Einsatz mit einer Verklemmung von unterschiedlichen Ausmaßen zu rechnen, sondern mit einer reibungsbedingten Selbsthemmung bestimmter Größe. Da ein sauberes und gleichmäßiges Einschneiden des Gegengewindes erfolgt, kann für den Einbau eine Presse bestimmter, für alle Einsätze im wesentlichen gleicher Preßkraft verwendet werden.

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist die Steigungsrichtung des Innengewindes der des Außengewindes entgegengesetzt. Damit wird die Wahrscheinlichkeit dafür, daß das Gewindestück durch eine in axialer Richtung wirkende Auszugskraft herausdrehbar ist, verkleinert.

Bei dem eingangs erwähnten bekannten Gewindeeinsatz ist das Einführende gewindelos, um ein Ausrichten des Einsatzes in einem in dem Werkstück vorbereiteten Sackloch zu ermöglichen. Es empfiehlt sich, dieses bauliche Merkmal auch bei dem erfindungsgemäßen Gewindeeinsatz vorzusehen.

Soll der erfindungsgemäße Gewindeeinsatz für den Einbau in ein Werkstück aus spangebendem Material geeignet sein, so ist zweckmäßigerweise das Einführende mit einem Schlitz zur Spanaufnahme versehen, wobei das Außengewinde am Schlitz beginnt. Würde der Gewindeanfang nicht an einem Schlitz liegen, könnten die Späne nicht in das Sackloch austreten, sondern sie würden vielmehr den Eintreibvorgang behindern.

Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform des Gewindeeinsatzes nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Außengewinde mehrgängig ausgeführt ist. Falls es der vorbestimmte Wert des Reibungswinkels ρ erforderlich macht, kann bei einem mehrgängigen Gewinde ein Neigungswinkel γ benutzt werden, der zu angemessenen Werten von β 1 und β 2 führt. Bei einem bekannten Gewindeeinsatz in Form einer Einschlagmutter ist vorgeschlagen worden, daß der Steigungswinkel des Außengewindes zum äußeren Ende des Gewindestückes hin zunimmt. Zur Erhöhung der Auszugsfestigkeit wird dieses an sich bekannte Merkmal auf den erfindungsgemäßen Gewindeeinsatz übertragen.

An Hand der Figuren soll nun der Erfindungsgegenstand ausführlich beschrieben werden. Es zeigt F i g. 1 die Graphen der Funktion

für drei verschiedene vorgegebene ig ρ-Werte,

F i g. 2 ein Gewindeeinsatz nach der Erfindung mit zweigängigem Gewinde und den Kopf einer Eintreibvorrichtung,

F i g. 3 ein Gewindeeinsatz mit veränderlichem Steigungswinkel.

Die F i g. 1 zeigt drei Graphen in einem Koordinatensystem, dessen Abszissenwerte die Werte der Neigungswinkel β und dessen Ordinatenwerte die Steigungswinkel γ des Gewindeeinsatzes 1 mit selbstschneidendem Außengewinde sind. Die Kurve I entspricht einer Reibungszahl ϊβρ von 0,1, die Kurve II

Claims

3 4

einer Reibungszahltgρ von 0,15 und die KurveIII Der Neigungswinkel/?2 der an deren Flanke 15

einer Reibungszahl tgg von 0,20; die entsprechenden gegenüber der bereits definierten Ebene wird nun so

Reibungswinkel haben dann folgende Werte: gewählt, daß der durch das gewählte Paar (γ, β 2)

/zo QO i(\> „ηΛ λ ι ο on' bestimmte Punkt rechts und unterhalb der Kurven-

^^{1 3} 5 schar m Fig. 1 hegt, weil dann Selbsthemmung auf-

Da für den Fall tgy<jtge Selbsthemmung auf- tritt und der Gewindeeinsatz sich beim Aufbringen

tritt, sind die Gewindeeinsätze für alle Punkte (γ, ρ) einer axialen Zugbelastung nicht herausdrehen kann,

selbsthemmend, die unter den Beispielskurven liegen, Der in der F i g. 2 gezeigte Gewindeeinsatz ist mit

während für die oberen Punkte (β, γ) keine Selbst- einem Innengewinde 16 versehen, in das zur Be-

hemmung auftritt. Die F i g. 1 zeigt deutlich, daß mit io festigung anderer Bauteile Schrauben eingeschraubt

zunehmendem Steigungswinkel γ des Gewindes der werden können. Bei einer anderen Ausführungsform

Neigungswinkel β sehr schnell anwächst, wenn in schließt das äußere Ende des Gewindeeinsatzes 1

Auszugsrichtung noch Selbsthemmung bestehen soll. nicht mit der Oberfläche des Werkstückes ab, son-

Nach F i g. 1 ist der Steigungswinkel γ durch die dem ragt als Gewindebolzen aus dieser hervor. Das

Gleichung: *5 Innen- und das Bolzengewinde sind genormte Innen-

_te _ J₁Hr- gewinde, die stets selbsthemmend sind, so daß eine

große Sicherheit gegen das Herausdrehen des Einbestimmt. Entsprechend dem Verlauf der Kurven- satzes bei axialer Zugbelastung gewährleistet ist. Das schar in F i g. 1 wählt man einen Steigungswinkel γ als Montagegewinde benutzte Innen- oder Bolzenaus, z. B. 15°. Um den Einbau ohne eine von außen 20 gewinde kann eine Steigungsrichtung aufweisen, die eingeleitete Drehbewegung vornehmen zu können, der Steigungsrichtung des durch die Flanken 4 und 15 darf für die Einbaurichtung keine Selbsthemmung gekennzeichneten Außengewindes entgegengesetzt ist. auftreten, d. h., der Steigungswinkel γ muß auf alle Nach F i g. 2 kann der Gewindeeinsatz, wenn er mit Fälle größer als der Reibungswinkel tg ρ gewählt einem Innengewinde versehen ist, an seinem Einwerden. Der Reibungswinkel ist durch Versuche zu 25 führende 18 mit einem Schlitz 17 zur Spanaufnahme bestimmen und wird größer sein als der sich aus der versehen sein, wobei das Außengewinde am Schlitz Bewegungsreibung ergebende Wert, da im Werkstück beginnt.

das Gewinde noch ausgeformt werden muß, während Vorzugsweise ist das Einführende 18 am inneren bei einer Mutter und einer Schraube bereits beide Ende des Gewindeeinsatzes 1 gewindelos, damit der Gewinde fertig ausgebildet sind, so daß nur noch die 3° Einsatz besser in ein vorbereitetes Loch eingeführt Bewegungsreibung auftritt. Im folgenden wird von werden kann, dessen Durchmesser in etwa dem einem äußeren und einem inneren Ende des Ge- Durchmesser des Einführendes entspricht,
windeeinsatzes gesprochen, wobei das äußere Ende Am äußeren Ende des Gewindeeinsatzes 1 ist ein dasjenige ist, das nach dem Einbau des Gewindeein- Abschnitt 19 ebenfalls nicht mit einem Gewinde versatzes in das Werkstück an der Oberfläche des Werk- 35 sehen, sondern mit einer Rändelung 20, die den Einstückes endet oder aus diesem hervorragt. Die gegen- satz 1 gegen eine Verdrehung sichert,
über der durch die Gewindespitze2 gehenden und Obwohl der in Fig. 2 gezeigte Gewindeeinsatz 1 sich senkrecht zur Achse 3 des Gewindeeinsatzes 1 mit einem zweigängigen Gewinde ausgeführt ist, kann erstreckenden Ebene geneigte und vom äußeren bei einer weiteren Ausführungsform das Gewinde ein. Ende 6 des Gewindeeinsatzes abgewandte Flanke 4 40 oder mehrgängig ausgelegt sein, um beim Einbau und schließt mit der Ebene einen Neigungswinkel β 1 ein. bei Belastung nach dem Einbau eine günstigere Der Wert des Neigungswinkels β 1 ist so gewählt, daß Kraftverteilung zwischen den Gewindeflächen des der Punkt {γ, β 1) sich links und oberhalb der in Gewindeeinsatzes 1 und den in das Werkstück ein-F i g. 1 gezeigten Kurvenschar befindet. In diesem geschnittenen Gewindefiächen zu erzielen.
Falle läßt sich der Einsatz mit einem geeigneten 45 Bei einer weiteren verbesserten Ausführungsform Werkzeug 5, das auf der ebenen Fläche 6 des äußeren nimmt der Steigungswinkel γ zum äußeren Ende hin Endes des Gewindeeinsatzes aufgesetzt wird, in axialer ab. Ein solches Gewinde kann als Differentialgewinde Richtung bewegen, wobei er sich selbsttätig in eine bezeichnet werden. Bei Verwendung von Gewinde-Drehbewegung versetzt. Da der auf dem Einsatz 1 einsätzen mit einem solchen Gewinde treten Voraufsitzende Teil 7 der Einbauvorrichtung 5 gegenüber 50 spannungen innerhalb des Werkstoffes auf, so daß dem Gehäuse 8 a und 8b drehbar angeordnet ist, tritt von einer inneren Kontermutterwirkung gesprochen keine zusätzliche Reibung auf. Der Teil 7 ist mit werden kann (vgl. Fig. 3).
einem zylindrischen Ansatz 10 versehen, der in einer
Bohrung 11 in dem Gehäuseteil 8 a geführt wird.

Weiterhin weist der Teil 7 einen Flansch 9 auf, auf 55 Patentansprüche:
dem eine ringförmige Nut 12 als Lauffläche für

Kugeln 13 ausgebildet ist. Wird die Einbauvorrich- 1. Gewindeeinsatz mit einem selbstschneiden-

tung nicht zum Einbau benutzt, liegt der Teil 7 mit den Außengewinde, der durch eine in Richtung

der Unterseite des Flansches 9 auf einer Kreisring- der Gewindeeinsatzachse wirkende Kraft bei da-

fläche des Gehäuseteiles 8 b auf; bewegt sich der 60 durch erfolgender Drehbewegung in ein Werk-

unterhalb des Flansches 9 liegende Abschnitt des stück aus weichem Material, wie Aluminium,

Teiles 7 durch eine in dem Gehäuseteil 8 b ausge- Kunststoff oder Holz, eintreibbar ist und der nach

bildete Öffnung 14 nach oben, gleitet der zylindrische dem Eintreiben durch Selbsthemmung gegen

Abschnitt 10 in der Öffnung 11 nach oben, bis die selbsttätiges Ausschrauben gesichert ist, da-

Kugeln 13 auf der Unterseite des Gehäuseteiles 8α 6g durch gekennzeichnet, daß der Nei-

aufsitzen, wobei das Gehäuseteil 8 α und das Ge- gungswinkel (ß 1), der dem äußeren Ende (6) des

häuseteil 8 b den Bewegungsraum des Flansches 9 be- Gewindeeinsatzes (1) abgewandten Flanke (4) des

grenzen. Außengewindes gegenüber einer durch die Ge-

windespitze (2) gehenden und sich senkrecht zur Achse (3) des Gewindeeinsatzes erstreckenden Ebene die Bedingung erfüllt, daß

tg7 > tgρ -l/l + cos²y · tg² ßl

ist und der Neigungswinkel (/32) der anderen Flanke (15) des Außengewindes gegenüber der genannten Ebene die Bedingung erfüllt, daß

2=Ξ tg ρ ·]/1 + cos² · tg² /92

ist, wobei der Steigungswinkel (γ) größer ist als der vorher bestimmte Reibungswinkel (ρ).
2. Gewindeeinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigungsrichtung des Innengewindes (16) der des Außengewindes (4, 15) entgegengesetzt ist.
3. Gewindeeinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einführende (18) in an sich bekannter Weise gewindelos ist.
4. Gewindeeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einführende mit einem Schlitz (17) zur Spanaufnahme versehen ist, wobei das Außengewinde am Schlitz beginnt.
5. Gewindeeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengewinde (4,15) mehrgängig ausgeführt ist.
6. Gewindeeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel des Außengewindes (4,15) zum äußeren Ende hin in an sich bekannter Weise abnimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen