DE1925714C - Gewindeeinsatz mit einem selbstschnei denden Außengewinde - Google Patents

Description

I 925714

Die Erfindung betrilft einen Gewindeeinsatz mit einem selbstschiieidendeii Außengewinde, der durch eine In Richtung der Gewindeeinsatzaehse wirkende Kraft l)ci dudurch erfolgender Drehbewegung in ein • Werkstück aus weichem Metall, wie Aluminium, _|( Kunststein oder HoIx₁ eintreibbur ist und der noch dem Eintreiben durch Selbsthemmung gegen selbsttätiges Ausschruuben gesichert ist.

Solche Gewindeeinsiit/.e werden insbesondere bei der Herstellung von KunststofTwerkstücken ver- "> wendet, weil sie das Hinlegen von Teilen in Einguß-, Einspritz- oder Einprcßformen ersparen und somit den Durchsatz der Werkstlickfertigungsanliige erhöhen.

Bei einem bekannten Gewindeeinsatz ist auf einem '5 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 stellen 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 Vcrklcmmung des Einsatzes in dein Werkstück erreicht. Die Auszugsfestigkeit wird erst durch das Einschrauben einer Schraube in das Innengewinde des Gcwindccinsatzes erreicht.

Es ist bei einem Schraubbolzcn ein sclbsthemmendes 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 ß\ 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

tg y > tg e · V Ί

ss γ · tg² β 1

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

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

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 zugeordneten Reibungswinkel. Durch die erfindungsgemäße Verknüpfung der beiden unterschiedlichen Flankenneigungswinkel/y 1 und ßl mit dem Steigungswinkel γ und dem Reibungswinkcl i> wird ein relativ leichtes Eindrücken des Einsatzes in ein Werkstück aus weichem Material erreicht und ein selbsttätiges Herausdrehen des Einsatzes vermieden,

Heim Eintreiben des Gewindeeinsalzes wird in dem Werkstück ein sauberes Gegengewinde eingeschnitten.

Hei dem eriirsdungsgemtißen Gewindeeinsatz ist nicht von eingebautem Einsatz zu eingebautem Einsatz mit einer Verklemmung von unterschiedlichen Ausmaßen zu rechnen, sondern mit einer rcibungsbedingtcn Selbsthemmung bestimmter Größe, Da ein sauberes und gleichmütiges 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 heruusdrehbar ist, verkleinert.

Bei dein eingangs erwähnten bekannten Gewindeeinsatz ist das Einführende gewindelos, um ein Ausrichten des Einsatzes in einem in dem Werkstück vorbereiteten Sackloeli 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 wurden 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 <> erforderlich macht, kann bei einem mehrgängigen Gewinde ein Neigungswinkel γ benutzt werden, der zu angemessenen Werten von β 1 und ßl führt. Bei einem bekannten Gewindeeinsatz in Form einer Einschlagmutter ist vorgeschlagen worden, daß der Steigungswinkel des Außengewindes zum äußeren hnde des ÜewindestUckes 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 y-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 Fig. 1 zeigt drei Graphen in einem Koordinatensystem, dessen Abszissenwertc die Werte der Neigungswinkel β und dessen Ordinatenwerte die Steigungswinkel γ des Gewindeeinsatzes I mit selbstschneidendcm Außengewinde sind. Die Kurve I entspricht einer Reibungszahl tgo von 0,1, die Kurve II

einer Reibungszahl tgji von 0,15 und dip Kurve III einer Reibuugszuhl tgy von 0,20; die entsprechenden Reibungswinkel hüben dann folgende Werte;

l'i - 6°, i»„ - 8° 30'und ο«- Π° 20'.

Du HIr den Full tgy <; tg_t> Selbsthemmung uuftritt, sind die GevyindeeinsUtze für alle Punkte (γ, y) selbsthcmmend, die unter den Beispielskurven liegen, während für die oberen Punkte (//, γ) keine Selbsthemmung uuftritt. Die F i g, I zeigt deutlich, daß mit zunehmendem Steigungswinkel γ des Gewindes der Neigungswinkel/j sehr schnell anwuchst, wenn in Auszugsrichtung noch Selbsthemmung bestehen soll.

Nach Fig, 1 ist der Steigungswinkel;' durch die Gleichung:

tg γ — h/2 τ · η

bestimmt, Entsprechend dem Verlauf der Kurvenschar in Fig. I wählt man einen Steigungswinkel)¹ nus, z. B. 15". Um den Einbau ohne eine von außen eingeleitete Drehbewegung vornehmen zu können, darf für die Binbaurichlung keine Selbsthemmung auftreten, d. h., der Steigungswinkel γ muli auf alle Fälle größer als der Reibungswinkel tg ο gewählt werden.. Der Reibungswinkel ist durch Versuche zu bestimmen und wird größer sein als der sich aus der Bewegungsreibung ergebende Wert, da im Werkstück das Gewinde noch ausgeformt werden muß, während bei einer Mutter und einer Schraube bereits beide Gewinde fertig ausgebildet sind, so daß nur noch die Bewegungsreibung auftritt. Im folgenden wird von einem äußeren und einem inneren Ende des Gewindeeinsatzes gesprochen, wobei das äußere Ende dasjenige ist, das nach dem Einbau des Gewindeeinsatzes in das Werkstück an der Oberfläche des Werk-Stückes endet oder aus diesem hervorragt. Die gegenüber der durch die Gewindespitze 2 gehenden und sich senkrecht zur Achse 3 des Gewindeeinsatzes 1 erstreckenden Ebene geneigte und vom äußeren Ende 6 des Gewindeeinsatzes abgewandte Flanke 4 schließt mit der Ebene einen Neigungswinkel /j I ein. Der Wert des Neigungswinkels /il ist so gewählt, daß der Punkt (y, /Jl) sich links und oberhalb der in F i g. I gezeigten Kurvenschar befindet. In diesem Falle läßt sich der Einsatz mit einem geeigneten Werkzeug 5, das auf der ebenen Fläche 6 des äußeren Endes des Gewindeeinsatzes aufgesetzt wird, in axialer Richtung bewegen, wobei er sich selbsttätig in eine Drehbewegung versetzt. Da der auf dem Einsatz 1 aufsitzende Teil 7 der Einbauvorrichtung 5 gegenüber dem Gehäuse 8a und 8ft drehbar angeordnet ist, tritt keine zusätzliche Reibung auf. Der Teil 7 ist mit 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 dem eine ringförmige Nut 12 als Lauffläche für Kugeln 13 ausgebildet ist. Wird die Einbauvorrichtung nicht zum Einbau benutzt, liegt der Teil 7 mit der Unterseite des Flansches 9 auf einer Kreisringfläche des Gehäuseteiles So auf; bewegt sich der unterhalb des Flansches 9 liegende Abschnitt des Teiles 7 durch eine in denn Gehäuseteil 8 b ausgebildete öffnung 14 nach oben, gleitet der zylindrische Abschnitt 10 in der öffnung 11 nach oben, bis die Kugeln 13 auf der Unterseite des Gehäuseteiles 8a aufsitzen, wobei das Gehäuseteil 8a und das Gehäuseteil 8 6 den Bewegungsraum des Flansches 9 begrenzen.

Der Neigungswinke! ft 2 der an deren Flanke 15 gegenüber der bereits definierten Ebene wird nun sogewühlt, daß der durch das gewählte PuarO-, //2) bestimmte Punkt rechts und unterhalb der Kur.enschar in Fig, 1 liegt, weil dann Selbsthemmung auftritt und der Gewindeeinsatz sich beim Aufbringen einer uxiulen Zugbelastung nicht herausdrehen kunn. Der in der Flg.2 gezeigte Gewindeeinsatz ist mit einem Innengewinde 16 versehen, in das zur Be-

festigung anderer Bauteile Schrauben eingeschraubt werden können. Bei einer anderen AusfUhrungsform schließt das äußere Ende des Gewindeeinsatyes 1 nicht mit der Oberfläche des Werkstückes ab, sondern ragt als Gewindebolzen aus dieser hervor. Das

»5 Innen- und das Balzengewinde sind genormte Innengewinde, die stets selbsthemmend sind, so daß eine große Sicherheit gegen das Herausdrehen des Einsatzes bei axialer Zugbelastung gewährleistet ist. Das als Montagegewinde benutzte Innen- oder Bolzen-

gewinde kann eine Steigungsrichtung aufweisen, die der Steigungsrichtung des durch die Flanken 4 und 15 gekennzeichneten Außengewindes entgegengesetzt ist. Nach Fig. 2 kann der Gewindeeinsatz, wenn er mit einem Innengewinde versehen ist, an seinem Ein-

a5 führende 18 mit einem Schlitz 17 zur Spanaufnahme versehen sein, wobei das Außengewinde am Schlitz beginnt.

Vorzugsweise ist das Einführende 18 am inneren Ende des Gewindeeinsatzes 1 gewindelos, damit der Einsatz besser in ein vorbereitetes Loch eingeführt werden kann, dessen Durchmesser in etwa dem Durchmesser des Einführendes entspricht.

Am äußeren Ende des Gewindecinsatzes 1 ist ein Abschnitt 19 ebenfalls nicht mit einem Gewinde versehen, sondern mit einer Rändelung 20, die den Einsatz 1 gegen eine Verdrehung sichert.

Obwohl der in F i g. 2 gezeigte Gewindeeinsalz 1 mit einem zweigängigen Gewinde ausgeführt ist, kann bei einer weiteren Ausführungsform das Gewinde ein- oder mehrgängig ausgelegt sein, um beim Einbau und bei Belastur.3 nach dem Einbau eine günstigere Kraftverteilung zwischen den Gewindeflächen des Gewindeeinsatzes 1 und den in das Werkstück eingeschnittenen Gewindeflächen zu erzielen.

Bei einer weiteren verbesserten Ausführungsform nimmt der Steigungswinkel γ zum äußeren Ende hin ab. Ein solches Gewinde kann als Differentialgewinde bezeichnet werden. Bei Verwendung von Gewindeeinsätzen mit einem solchen Gewinde treten Vorspannungen innerhalb des Werkstoffes auf, so daß von einer inneren Kontermutterwirkung gesprochen werden kann (vgl. F i g. 3).

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Gewindeeinsatz mit einem selbstschneidenden Außengewinde, der durch eine in Richtung der Gewindeeinsatzachse wirkende Kraft bei dadurch erfolgender Drehbewegung in ein Werkstück aus weichem Material, wie Aluminium, Kunststoff oder Holz, dntreibbar ist und der nach dem Eintreiben durch Selbsthemmung gegen selbsttätiges Ausschrauben gesichert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (/i 1), der dem äußeren Ende (6) des Gewindeeinsatzes (1) abgewandten Flanke (4) des Außengewindes gegenüber einer durch die Ge-

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

ist und der Neigungswinkel (ß2) der anderen Flanke (15) des Außengewindes gegenüber der genannten Ebene die Bedingung erfüllt, daß

ist, wobei der Steigungswinkel (γ) größer ist als der vorher bestimmte Reibüngswinkel (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 Hinführende (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 Spannufnuhmc versehen ist, wobei das Außengewinde am Schlitz beginnt.

5. Gewindeeinsalz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengewinde (4, 15) mehrgängig ausgeführt ist.

6. Gewindeeinsalz 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