DE19860085B4

DE19860085B4 - Selbstschneidendes metallisches Gewindeteil

Info

Publication number: DE19860085B4
Application number: DE1998160085
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Stumpf; August Dipl.-Ing. Borchard; Peter Jankowski
Original assignee: Boellhoff GmbH
Current assignee: Boellhoff GmbH
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2018-12-18
Also published as: DE19860085A1

Abstract

Gewindeteil aus Metall mit einem Grundkörper (2), der ein selbstschneidendes Außengewinde (4) zum Eindrehen in eine Aufnahmebohrung eines Bauteiles aus einem Kunststoff aufweist, wobei an der Außenfläche des Grundkörpers (2) im Bereich der halben Steigung des Gewindes (4) mehrere Sperrzähne (10) vorgesehen sind, die sich jeweils entgegen der Eindrehrichtung (X) von einem Zahnanfang (12) mit einer Spitze zu einem Zahnende (14) mit einer quer zur Eindrehrichtung (X) verlaufenden Endfläche (20) verbreitern, und wobei der Grundkörper (2) einen trilobularen Querschnitt hat und die Sperrzähne (10) in den abgeflachten Bereichen des trilobularen Querschnittes angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein metallisches Gewindeteil, insbesondere in Form eines Gewindeeinsatzes, mit einem selbstschneidenden Außengewinde zum Eindrehen in eine Aufnahmebohrung eines Bauteils aus einem Werkstoff niedriger Festigkeit wie z.B. Kunststoff, Leichtmetall oder Holz.
Bei derartigen Gewindeteilen ist man bestrebt, das selbstschneidende Außengewinde so zu gestalten, dass es einen möglichst geringen Eindrehwiderstand hat und dennoch für einen guten Festsitz sorgt. In diesem Zusammenhang sind ein kleiner Flankenwinkel des Außengewindes in der Größenordnung von 30°, ein vergleichsweise großer Steigungswinkel des Gewindes von mehr als 8° wie auch Schneidhilfen in Form von Nuten, Schlitzen oder Bohrungen zu nennen. Um insbesondere den Ausdrehwiderstand zu erhöhen, schlägt beispielsweise die DE 42 27 274 A1 vor, das Gewinde so zu gestalten, dass die Gewindehöhe über jeweils 180° von einem Kleinstwert bis zu einem Größtwert ansteigt, so dass jeweils um 180° versetzt zueinander Absätze entstehen, die als Ausdrehsperre dienen sollen.
Wenngleich die oben beschriebenen Lösungen ihre Vorteile haben, steht die Forderung nach einem kleinen Eindrehwiderstand grundsätzlich in Widerspruch zu der Forderung nach einem großen Rückdrehwiderstand, so dass ein entsprechender Kompromiß zwischen den beiden Forderungen unvermeidlich ist.
Aus GB 757 763 ist eine Blechschraube bekannt, bei der zwischen den Gewindegängen Sperrzähne als Rückdrehsicherung angeordnet sind. Die Sperrzähne der vorbekannten Blechschraube sind als klinken- bzw. sägezahnartige Zähne ausgebildet, die in Umfangsrichtung eine gleichmäßige Breite haben und sich hierbei über die gesamte Breite des Gewindegangs erstrecken. Außerdem sind sie in Umfangsrichtung so angeordnet, dass sie unmittelbar aneinander angrenzen, so dass pro Gewindegang eine relativ große Anzahl von beispielsweise zwölf Zähnen vorgesehen ist.
Aus DE 37 06 144 A1 sind Schrauben bekannt, bei denen spitz zulaufende Zähne vorgesehen sind. Diese Zähne, die an der Unterseite eines als Senkkopf aus gebildeten Schraubenkopfes angeordnet sind, dienen als Schneidzähne zur Herstellung des kegelstumpfförmigen Teils einer Senkbohrung. Ferner sind diese Zähne nach Art von Feilen oder sonstigen Arbeitswerkzeugen für die Bearbeitung von Holz, Holzspanplatten, Kunststoff oder dergleichen vorgesehen, bei denen eine Vielzahl von in Längs- und Querrichtung unmittelbar aneinander angrenzenden Schneidzähnen vorhanden sind.
Aus JP 10-246216A ist ein Gewindeteil in Form einer Schraube mit einem zylindrischen Grundkörper bekannt, der ein selbstschneidendes Außengewinde zum Eindrehen in eine Aufnahmebohrung eines Holzwerkstoffes hat. An der Außenfläche des Grundkörpers sind im Bereich der halben Steigung des Gewindes mehrere Sperrzähne vorgesehen die sich jeweils entgegen der Eindrehrichtung von einem Zahnanfang mit einer Spitze zu einem Zahnende mit einer quer zur Eindrehrichtung verlaufenden Endfläche verbreitern, um als Rückdrehsicherung zu dienen.
Aus dem Artikel „Dom und Flanke" in Maschinenmarkt 97 (1991), 49, S. 82-86 sind Schrauben mit trilobularem Querschnitt bekannt. Nach der Lehre dieses Aufsatzes verringert der trilobulare Querschnitt die Eindrehmomente, lässt aber auch die Überdrehmomente und die Auszugswerte im Vergleich zum kreisrunden Querschnitt um etwa 10% absinken.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gewindeteil, insbesondere in Form eines Gewindeeinsatzes, mit einem selbstschneidenden Außengewinde zu schaffen, das trotz eines niedrigen Eindrehwiderstandes einen möglichst hohen Rückdrehwiderstand hat.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in Patentanspruch 1 definiert.
Die im Bereich der halben Gewindesteigung angeordneten Sperrzähne erhöhen aufgrund ihrer Form den Eindrehwiderstand des Gewindeteils kaum, sorgen jedoch mit ihren quer zur Eindrehrichtung verlaufenden Endflächen für einen erheblichen Rückdrehwiderstand. Die genaue Form der Gewindezähne, insbesondere das Ausmaß der Verbreiterung vom Zahnanfang zum Zahnende sowie die Größe der Endfläche, werden in Abhängigkeit von dem Werkstoff des aufnehmenden Bauteils gewählt.
Gemäß der Lösung des Patentanspruchs 1 hat das Gewindeteil einen trilobularen Querschnitt, wobei vorzugsweise jeweils drei um 120° versetzte Sperrzähne pro Gewindegang vorgesehen werden. Der trilobulare Querschnitt des Einsatzes verringert aufgrund des „Dreipunktkontaktes" den Eindrehwiderstand, erhöht jedoch durch Verdrängung von Werkstoff des aufnehmenden Bauteils in die abgeflachten Bereiche des Gewindeteils den Rückdrehwiderstand.
Vorzugsweise ist das Gewindeteil als Gewindeeinsatz mit einem herkömmlichen Innengewinde ausgebildet. Das Gewindeteil kann jedoch auch als Bolzen oder Schraube ausgebildet sein.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht eines metallischen selbstschneidenden Gewindeteils und
2 eine Draufsicht auf einen Sperrzahn des in 1 gezeigten Gewindeteils.
Das in 1 dargestellte selbstschneidende metallische Gewindeteil dient zum Eindrehen in eine Aufnahmebohrung eines (nicht gezeigten) Bauteiles aus einem Werkstoff niedriger Festigkeit wie z.B. Kunststoff, Leichtmetall oder Holz.
Das Gewindeteil besitzt einen Grundkörper 2, an dessen Außenfläche 6 ein selbstschneidendes Außengewinde 4 vorgesehen ist. Das Außengewinde 4 besitzt eine größere Anzahl von Gewindegängen. Hierbei ist der Flankenwinkel des Gewindes 4 deutlich kleiner als 60°, vorzugsweise in der Größenordnung von 30°. Der Winkel der Gewindesteigung wird vorzugsweise größer als der Selbsthemmungswinkel, der in der Größenordnung von 8° liegt, gewählt. Durch den kleinen Flankenwinkel des Außengewindes 4 lassen sich die Radialspannungen in dem das Gewindeteil aufnehmenden (nicht gezeigten) Bauteil minimieren. Ferner lassen sich große Flankenüberdeckungen zwischen den Gewinden von Gewindeteil und Bauteil erzielen, was zu einem hohen Festsitz und einer geringen Flächenpressung zwischen dem Einsatz und Bauteil führt.
Wie aus 1 hervorgeht, hat das Gewindeteil, d.h. sowohl der Grundkörper 2 wie auch das selbstschneidende Außengewinde 4 einen trilobularen Querschnitt. Aufgrund des hierdurch bedingten „Dreipunktkontaktes" zwischen Gewindeteil und aufnehmenden Bauteil wird der Eindrehwiderstand vergleichsweise gering. Andererseits ergibt sich durch Verdrängen von Werkstoff des aufnehmenden Bauteils in die abgeflachten Bereiche des Gewindeteils ein relativ hoher Rückdrehwiderstand.
Zur weiteren Erhöhung des Rückdrehwiderstandes des Gewindeteils ist an der Außenfläche 6 des Grundkörpers 2 eine größere Anzahl von Sperrzähnen 10 vorgesehen. Die Sperrzähne 10 sind jeweils im Bereich der halben Steigung des Gewindes 4 angeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Sperrzähne 10 in Umfangsrichtung um 120° versetzt zueinander angeordnet, so dass pro Gewindegang drei Sperrzähne 10 vorgesehen sind. Die Sperrzähne 10 sind hierbei in den abgeflachten Bereichen des trilobularen Querschnitts angeordnet.
Die Sperrzähne 10 haben eine solche Form, dass sie sich entgegen der Eindrehrichtung (angedeutet durch den Pfeil X) vom Zahnanfang 12 zum Zahnende 14 hin verbreitern. Genauer gesagt, haben die Sperrzähne 10 jeweils eine Grundfläche 16 in Form eines spitzwinkligen Dreiecks sowie zwei Seitenflächen 18 in Form jeweils eines spitzwinkligen Dreiecks, derart, dass sie am Zahnanfang 12 eine Spitze und am Zahnende 14 eine dreieckige ebene Endfläche 20 aufweisen.
Aufgrund dieser Form dringen die Sperrzähne 10 beim Eindrehen des Gewindeteils relativ leicht in den Werkstoff des aufnehmenden Bauteils ein, wobei sie den Eindrehwiderstand des Gewindeteils nur unwesentlich erhöhen. Da die Sperrzähne jedoch beim Eindrehen etwas Material des aufnehmenden Bauteils verdrängen, das sich insbesondere in den Bereichen hinter den Endflächen 20 ansammelt, erhöhen sie bei dem Versuch, das Gewindeteil aus dem Bauteil herauszudrehen, das hierfür erforderliche Rückdrehmoment. Die Sperrzähne 10 bilden somit eine Rückdrehsperre.
Die Größe der spitzen Winkel der Grundfläche 16 und der Seitenflächen 18 werden in Abhängigkeit von dem Werkstoff des aufnehmenden Bauteils gewählt. Je härter dieser Werkstoff ist, desto kleiner werden die spitzen Winkel und somit die Abmessungen der Endfläche 20 gewählt.
In Abhängigkeit von dem Werkstoff des das Gewindeteil aufnehmenden Bauteils wird am Einsatz eine Schneidhilfe 22 vorgesehen. Die Schneidhilfe 22 hat im dargestellten Ausführungsbeispiel die Form einer nutartigen Ausnehmung ähnlich einer „Lackschabenut". Stattdessen kann die Schneidhilfe auch als Schneidschlitz oder Schneidbohrung ausgebildet sein.
Die Schneidhilfe 22 reduziert bzw. begrenzt den Eindrehwiderstand des Gewindeteils, insbesondere bei Verwendung mit einem Bauteil aus einem duktilen Material. Zusammen mit einer am Eindrehende des Gewindeteils vorgesehenen Fase wirkt die Schneidhilfe 22 auch als Findehilfe beim Eindrehen des Gewindeteils in das Bauteil. Ein weiterer Vorteil der dargestellten Schneidhilfe 22 besteht darin, dass sie dabei mithilft, die beim Schneidvorgang anfallenden Späne nicht in das Innere des Einsatzes eindringen zu lassen.
Wie in 1 gezeigt, besitzt das Gewindeteil ein mittiges Loch 24. Das Loch 24, das als Durchgangsloch oder Blindloch ausgebildet ist, ist mit einem standardmäßigen Innengewinde (nicht gezeigt) versehen, so dass das Gewindeteil ein Gewindeeinsatz ist. Hierbei könnte dem (nicht gezeigten) Innengewinde eine Steigung verliehen werden, die für eine entsprechende Klemmung der in das Gewinde einschraubbaren Schraube (nicht gezeigt) sorgen würde. Statt als Gewindeeinsatz könnte das Gewindeteil auch als Gewindebolzen oder Schraube ausgebildet werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Gewindeteil einen Abschluss in Form eines Absatzes oder Flansches 26. Der Absatz bzw. Flansch 26, der auch als Sortierhilfe dienen kann, ist mit einem Innenangriff 28 für das Ansetzen eines Eindrehwerkzeuges (nicht gezeigt) versehen, wodurch die Montagezeit zum Eindrehen des Gewindeteils in das Bauteil entsprechend verringert wird. Es versteht sich, dass der Innenangriff 28 irgendeine andere unrunde Form entsprechend dem speziellen Eindrehwerkzeug haben kann.

Claims

Gewindeteil aus Metall mit einem Grundkörper (2), der ein selbstschneidendes Außengewinde (4) zum Eindrehen in eine Aufnahmebohrung eines Bauteiles aus einem Kunststoff aufweist, wobei an der Außenfläche des Grundkörpers (2) im Bereich der halben Steigung des Gewindes (4) mehrere Sperrzähne (10) vorgesehen sind, die sich jeweils entgegen der Eindrehrichtung (X) von einem Zahnanfang (12) mit einer Spitze zu einem Zahnende (14) mit einer quer zur Eindrehrichtung (X) verlaufenden Endfläche (20) verbreitern, und wobei der Grundkörper (2) einen trilobularen Querschnitt hat und die Sperrzähne (10) in den abgeflachten Bereichen des trilobularen Querschnittes angeordnet sind.
Gewindeteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrzahn (10) eine Grundfläche (16) in Form eines spitzwinkligen Dreiecks hat.
Gewindeteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrzahn (10) zwei Seitenflächen (18) in Form je eines spitzwinkligen Dreiecks hat.
Gewindeteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je Gewindegang drei um 120° gegeneinander versetzte Sperrzähne (10) vorgesehen sind.
Gewindeteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flankenwinkel des selbstschneidenden Gewindes (4) kleiner als 60°, vorzugsweise ca. 30° ist.
Gewindeteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Steigung des selbstschneidenden Gewindes (4) größer als der Selbsthemmungswinkel von ca. 8° ist.
Gewindeteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Schneidhilfe (22) versehen ist.
Gewindeteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidhilfe (22) aus einer Ausnehmung des Grundkörpers (2) im Bereich des Gewindeanfangs besteht.
Gewindeteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) ein mittiges Loch (24) mit einem Innengewinde aufweist.
Gewindeteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) einen Innenangriff (28) zum Ansetzen eines Eindrehwerkzeuges aufweist.