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Die vorliegende Erfindung betrifft ein konisches Drahtgewinde, insbesondere einen konischen Drahtgewindeeinsatz und/oder einen konischen Drahtgewindeaufsatz, in Ausgestaltung als vormontierter Gewindeeinsatz oder Schraubenaufsatz, insbesondere für eine zumindest teilweise metallische Verbindung mit einem korrespondierenden Verbindungspartner wie z.B. einer Schraube, einem Einsatzgewinde, einer Einbauspindel, wobei das konisches Drahtgewinde ein in Montagerichtung weisenden distalen freien Ende und einem proximalem freien Ende aufweist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung des konisches Drahtgewinde zum Bereitstellen von Verbindungsmitteln insbesondere im Zusammenhang mit einer Schraube, einer Einbauspindel oder in einem Einsatzgewinde. Das konische Drahtgewinde wird auch als konischer Coil bzw. Coileinrichtung bezeichnet. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Im Stand der Technik sind bereits unterschiedliche Arten von Gewindeeinsätzen bekannt. Dazu wird auch in der DIN 8140 (Drahtgewindeeinsätze) auf die jeweiligen Unterschiede und Verwendungszwecke hingewiesen. Beispielsweise sind seit den 1950er Jahren Coils mit Mitnehmerzapfen und Sollbruchstelle bekannt. Ein solcher Coil wird mit einer Vorspannpatrone und einer Einbauspindel in das entsprechende Einsatzgewinde eingeschraubt. Dabei wird der Mitnehmerzapfen mittels der entsprechenden Kontur der Einbauspindel geführt eingeschraubt. Seit den 1998er Jahren sind Coils mit Mitnehmerzapfen und Sollbruchstelle und eingezogenem ersten Gewindegang bekannt. Ein solcher Coil wird lediglich mittels der Einbauspindel in das entsprechende Einsatzgewinde eingeschraubt, nämlich indem der Mitnehmerzapfen mittels der entsprechenden Kontur der Einbauspindel geführt eingeschraubt wird. Mittels des ersten eingezogenen Gewindegangs wird das Einbringen des Coils sichergestellt. Seit den 2010er Jahren sind zapfenlose Coils mit Fräsung bekannt. Ein solcher Coil verfügt über zwei Frässtellen, mittels welchen das Einschrauben sichergestellt bzw. unterstützt werden kann. Dabei ist eine flexible Nase bzw. ein Vorsprung an der genutzten Einbauspindel vorgesehen, mittels welcher/welchem ein Eingriff in die Fräsung am Coil erfolgt. Seit den 2019er Jahren schließlich sind Coils mit rückstellbarem Mitnehmerzapfen bekannt, wobei der Mitnehmerzapfen mittels der genutzten Einbauspindel nach Erreichen der Einschraubtiefe durch den Linkslauf zurückgebogen werden kann.
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Ausgehend vom Stand der Technik besteht Interesse an einem Drahtgewinde, welches sich insbesondere in der Art eines Gewindeeinsatzes besonders einfach und flexibel verwenden lässt, und welcher nicht zuletzt auch auf einfache Weise hergestellt und bei der Montage gehandhabt werden kann.
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Aufgabe ist, ein Drahtgewinde insbesondere für Schraubenverbindungen bereitzustellen, mittels welcher ein breites Anwendungsspektrum erschlossen werden kann, insbesondere mit dem Drahtgewinde in Ausgestaltung als Gewindeeinsatz. Auch besteht die Aufgabe darin, ein Drahtgewinde derart auszugestalten, dass eine einfache Handhabung bei der Montage sichergestellt werden kann. Nicht zuletzt ist es Aufgabe, ein Drahtgewinde derart konstruktiv auszulegen, dass die Coileinrichtung einfach und kostengünstig hergestellt und bereitgestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine konisches Drahtgewinde gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Verwendung gemäß dem jeweiligen nebengeordneten Verwendungsanspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den jeweiligen Unteransprüchen erläutert. Die Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele sind miteinander kombinierbar, sofern dies nicht explizit verneint ist.
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Bereitgestellt wird ein konisches Drahtgewinde in Ausgestaltung als (bzw. zur Verwendung als) Gewindeeinsatz oder Schraubenaufsatz, insbesondere für eine Schraubenverbindung, insbesondere für eine zumindest teilweise metallische Verbindung mit einem korrespondierenden Verbindungspartner wie z.B. einer Schraube, einem Einsatzgewinde, einer Einbauspindel, wobei das konische Drahtgewinde ein in Montagerichtung weisenden distalen freien Ende und ein proximalem freien Ende aufweist. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Drahtgewinde einen distal angeordneten und distal konisch zulaufenden ersten Abschnitt und einen proximalen zylindrischen zweiten Abschnitt aufweist. Dies begünstigt eine durch Klemmkräfte erleichterte Montage, insbesondere ganz ohne Formschluss oder in der Art einer Klemmung auf Formschluss. Die Konizität erleichtert nicht zuletzt auch die Handhabung, und zwar weitgehend unabhängig von der Montagereihenfolge. Insbesondere sind keine Mitnehmerzapfen oder Fräsungen erforderlich, auch irgendein Umbiegen oder irgendeine sonstige passgenaue Kupplung zwischen zwei Teilen muss nicht beachtet werden. Vielmehr kann mittels der Konizität bzw. mittels des distalen Abschnitts eine vorteilhafte selbstzentrierende Wirkung herbeigeführt werden, und die (Klemm-)Kraftzunahme kann sehr stetig und bei guter Kontrolle kontinuierlich auf-/abgebaut werden. Dies erleichtert sowohl eine manuelle als auch eine zumindest (teilweise) automatisierte Montage.
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Das konische Drahtgewinde ist eingerichtet für eine Verwendung als Gewindeeinsatz oder zur Verwendung als Schraubenaufsatz, wobei je nach gewünschter Montagereihenfolge eine zumindest teilweise vormontierte Anordnung bereitgestellt werden kann.
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Mit anderen Worten kann die konisches Drahtgewinde durch die Klemmwirkung auf der Schraube oder der Einbauspindel die Verschraubbarkeit sicherstellen. Die notwendige Klemmkraft des konisch zulaufenden Abschnitts darf den Reibwert beim Einschrauben nicht unterschreiten (Klemmkraft größer Reibkraft). Eine solche konisches Drahtgewinde lässt sich vormontiert auf einer/der Schraube direkt/unmittelbar für den jeweiligen Montage-Anwendungsfall nutzen (erleichterte Handhabung) oder lässt sich wahlweise auch mit der Einbauspindel im Einsatzgewinde zur Vormontage einschrauben.
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Als „distal“ ist dabei die in Montagerichtung weisende Richtung zu verstehen, und als „proximal“ die zum Anwender bzw. zur montierenden Person weisende Richtung.
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Die Begriffe „Gewindeeinsatz“ und „Schraubenaufsatz“ sollen hier weitgehend synonym für den Verwendungszweck und die Verwendungsmöglichkeiten der konischen Coileinrichtung verstanden werden, sind also nicht einschränkend sondern lediglich als beispielhafte Aufzählung zu verstehen. Der Fachmann kann den Erfindungsgedanken auf weitere kraftschlüssige, insbesondere rein kraftschlüssige Übergangsstücke bei derartigen Verbindungspartnern übertragen.
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Als eine „Klemmung auf Formschluss“ kann dabei eine Anordnung beschrieben werden, bei welcher die Gewindegeometrie des Drahtgewindes relativ zur Einbauspindel bzw. Schraube eingerichtet ist für eine Klemmung, bei welcher die Vorspannung durch den konischen Anteil des Drahtgewindes zur Schraube/Einbauspindel erzeugt wird.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der erste Abschnitt eine Länge auf, die prozentual im Verhältnis zum zweiten Abschnitt mindestens 10% beträgt. Der erste Abschnitt kann eine Länge aufweisen, die prozentual im Verhältnis zum zweiten Abschnitt maximal 50% beträgt. Der erste Abschnitt kann eine Länge aufweisen, die prozentual im Verhältnis zum zweiten Abschnitt mindestens 20% und maximal 45% beträgt, insbesondere zumindest annähernd 30-35%. Diese relativen Größenverhältnisse liefert eine gute Handhabung und gute Klemmkraft. Die absolute Länge des Drahtgewindes liegt dabei beispielsweise im Bereich von 1,5 bis 3fach dem Durchmesser des zylindrischen Abschnitts.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Drahtgewinde mittels des ersten Abschnitts eingerichtet für eine kraftschlüssige Klemmwirkung oder Klemmung am korrespondierenden Verbindungspartner, insbesondere mit einer Klemmkraft größer einer während des Verbindungsvorgangs generierten Reibkraft. Dies ermöglicht nicht zuletzt auch ein Einstellen der Klemm-/Halte-Charakteristik im Wesentlichen ausschließlich über den konischen Abschnitt. Anders ausgedrückt: Weitere (Hilfs-)Mittel sind nicht notwendigerweise erforderlich. Dabei kann die Konizität des ersten Abschnitts derart ausgestaltet sein, dass eine vom Drahtgewindeauf den korrespondierenden Verbindungspartner ausgeübte Klemmkraft (insbesondere rein kraftschlüssige Haltekraft) größer ist als eine während des Verbindungsvorgangs generierte Reibkraft.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist der erste Abschnitt einen Konuswinkel von mindestens 10° auf, insbesondere im Bereich von 10° bis 25° aufweist, insbesondere einen konstanten Konuswinkel. Dies erleichtert nicht zuletzt auch eine Dimensionierung bzw. Skalierung unter Bezugnahme auf die (absolute) Länge des ersten Abschnitts.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist wobei der erste und zweite Abschnitt aneinander anliegend angeordnet sind und einstückig ineinander übergehen. Dies liefert nicht zuletzt auch eine robuste und sichere Kraftübertragung (ununterbrochener Kraftflusspfad, stetiger Kraftfluss bei zumindest annähernd demselben Krümmungsradius und vergleichbarer Materialeigenschaften). Der Übergang vom ersten zum zweiten Abschnitt kann, hinsichtlich des Konuswinkels, stetig oder unstetig sein, je nachdem, in welchem Längenabschnitt der Übergangsabschnitt definiert wird. Der Übergang ist beispielsweise fertigungstechnisch bedingt leicht stetig, also nicht als Kante, sondern eher als Rundung ausgestaltet. Dabei kann das konisches Drahtgewinde eingerichtet sein für eine rein kraftschlüssige Klemmung am/im korrespondierenden Verbindungspartner.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist die konisches Drahtgewinde eine Anzahl von Windungen im Bereich von fünf (5) bis 15 auf. Wahlweise weist die konisches Drahtgewinde eine Anzahl von Windungen von wenigstens acht (8) oder wenigstens neun (9) oder wenigstens zehn (10) auf. Wahlweise weist der erste Abschnitt eine Anzahl von wenigstens drei (3) Windungen auf, wobei der zweite Abschnitt eine Anzahl von wenigstens sechs (6) Windungen aufweist. Diese konstruktive Ausgestaltung hat sich als guter Kompromiss aus Materialaufwand, Gesamtabmessungen, Kraftübertragung und Klemmwirkung herausgestellt. Je nach Skalierung und zu übertragenden Kräften können an diesen Größen-/Anzahl-Verhältnissen spezifisch je Anwendungsfall auf einfache Weise Optimierungs-Variationen vorgenommen werden, insbesondere auch in Abhängigkeit der verwendeten Legierung bzw. des für den Coil verwendeten Materials.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist das Querschnittsprofil des Drahtgewindes über den ersten und zweiten Abschnitt konstant, insbesondere kreisförmig. Der Durchmesser oder die Breite des Querschnittsprofils des Drahtgewindes kann über den ersten und zweiten Abschnitt konstant sein. Hierdurch kann nicht zuletzt auch die Kraftweiterleitung und die Ausübung von (Klemm-)Kräften möglichst homogen über den Klemmabschnitt verteilt werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist das distale freie Ende und/oder das proximale freie Ende in Umfangsrichtung, insbesondere mit zumindest annähernd demselben Krümmungsradius wie die benachbarte Windung (stetig auslaufender Endabschnitt). Dies begünstigt nicht zuletzt einen/den einfachen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufbau, sowie eine Verwendung ohne das Erfordernis von besonders speziellem Spezialwerkzeug.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist das distale freie Ende in die Umfangsrichtung einer/der Einschraubbewegung. Das proximale freie Ende weist bevorzugt in die Umfangsrichtung entgegen einer/der Einschraubbewegung. Hierdurch kann das Drahtgewinde als Drahtgewinde im engeren Sinne bereitgestellt werden, insbesondere ohne Hinterschneidungen, Kanten, Vorsprünge, Einfräsungen oder dergleichen.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Schraube mit einem zuvor beschriebenen vormontierten konischen Drahtgewinde. Dies liefert zuvor genannte Vorteile und erleichtert zudem die Montage.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Einbauspindel mit einem zuvor beschriebenen vormontierten konischen Drahtgewinde. Dies liefert zuvor genannte Vorteile und erleichtert zudem die Montage. Vor allem wird die Montage dadurch erleichtert, dass nachfolgende Prozesse, wie das Abschlagen des Mitnehmerzapfens vermieden wird. Das Abschlagen des Mitnehmerzapfens hat zudem den Nachteil, dass das Drahtgewinde durch die hierbei ausgeübten Kräfte wieder aus seiner vormontierten Lage herausrutschen kann.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein/en Einsatzgewinde(-block) mit einem zuvor beschriebenen zumindest (teilweise) vormontierten konischen Drahtgewinde. Dies liefert zuvor genannte Vorteile und erleichtert zudem die Montage (Vormontage am Innengewinde), beispielsweise wenn das Außengewinde (bzw. eine Schraube) nicht vormontiert bereitgestellt werden kann. Die Konizität liefert dabei auch einen guten Halt bzw. Klemmsitz in einer vormontierten Anordnung.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird auch gelöst durch Verwendung eines konischen Drahtgewindes, insbesondere eines zuvor weiter oben beschriebenen konischen Drahtgewindes, beim insbesondere rein kraftschlüssigen Verbinden von wenigstens zwei korrespondierenden Verbindungspartnern wie z.B. einer Schraube, einem Einsatzgewinde, einer Einbauspindel, wobei die konisches Drahtgewinde einen Coil aufweist, der einen distal angeordneten und distal konisch zulaufenden ersten Abschnitt und einen proximalen zylindrischen zweiten Abschnitt aufweist, wobei das konisches Drahtgewinde in einer vormontierten Anordnung auf einer Schraube bereitgestellt ist/wird, nämlich zumindest mit dem zylindrischen zweiten Abschnitt in vormontierter Anordnung über der Schraube. Dies liefert zuvor genannte Vorteile, insbesondere auch bei der Handhabung der Schraube.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird auch gelöst durch Verwendung eines konischen Drahtgewindes, insbesondere eines zuvor weiter oben beschriebenen Drahtgewindes, beim insbesondere rein kraftschlüssigen Verbinden von wenigstens zwei korrespondierenden Verbindungspartnern wie z.B. einer Schraube, einem Einsatzgewinde, einer Einbauspindel, wobei das konisches Drahtgewinde einen Coil aufweist, der einen distal angeordneten und distal konisch zulaufenden ersten Abschnitt und einen proximalen zylindrischen zweiten Abschnitt aufweist, wobei das konische Drahtgewinde in einer vormontierten Anordnung auf einer Einbauspindel oder in einem Einsatzgewinde bereitgestellt ist/wird, nämlich zumindest mit dem zylindrischen zweiten Abschnitt in vormontierter Anordnung über der Einbauspindel oder zumindest mit dem konischen ersten Abschnitt in vormontierter Anordnung im Einsatzgewinde. Dies liefert zuvor genannte Vorteile, insbesondere auch bei der Handhabung des Einsatzgewindes.
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In den nachfolgenden Zeichnungsfiguren wird die Erfindung noch näher beschrieben, wobei für Bezugszeichen, die nicht explizit in einer jeweiligen Zeichnungsfigur beschrieben werden, auf die anderen Zeichnungsfiguren verwiesen wird. Es zeigen:
- 1A, 1B in einer Draufsicht und in einer Seitenansicht jeweils in schematischer Darstellung ein konisches Drahtgewinde gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 in einer Seitenansicht in schematischer Darstellung eine Schraube mit einem vormontierten konischen Drahtgewindegemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 in einer Seitenansicht in schematischer Darstellung eine Einbauspindel mit einem vormontierten konischen Drahtgewindegemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4 in einer Seitenansicht in schematischer Darstellung ein Einsatzgewinde mit einem vormontierten konischen Drahtgewindegemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 5 in einer Seitenansicht in schematischer Darstellung ein konisches Drahtgewinde gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
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Die Figuren werden zunächst gemeinsam beschrieben. Besonderheiten werden unter Bezugnahme auf einzelne Bezugszeichen im Zusammenhang mit der jeweiligen Figur individuell erläutert.
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Ein konisches Drahtgewinde 10 umfasst ein Drahtgewinde 10a mit einem distal angeordneten und distal konisch zulaufenden Abschnitt 11 (erster Abschnitt) und einem proximalen zylindrischen Abschnitt 12 (zweiter Abschnitt). Der distale Abschnitt läuft in einem distalen freien Ende 15 aus, und der proximale Abschnitt beginnt mit einem proximalen freien Ende 17. Die Länge x11 des konischen Abschnitts ist kleiner als die Länge x12 des zylindrischen Abschnitts, beispielsweise um den Faktor 0,3 kleiner (0,3fache Länge). Der konische Abschnitt 11 ist beispielsweise (nur) über drei bis fünf Windungen ausgeprägt. Der konische Abschnitt 11 weist einen Konuswinkel α (relativ zur Montagerichtung x) auf, beispielsweise im Bereich von mindestens 10°, insbesondere im Bereich von 10° bis 25°. Die Konizität entspricht einer Verjüngung nach innen und nach vorne (distal), mit dem zylindrischen Abschnitt als dem dickeren (im Durchmesser größeren bzw. größten) Abschnitt. Die Konizität bedingt die Klemmkraft und den Kraftschluss.
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das Drahtgewinde 10a wird in Montagerichtung x (vor-)montiert, bzw. es wird eine Schraube 2 oder eine Einbauspindel 3 in Montagerichtung x in den proximalen Abschnitt 12 eingefügt.
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Die konisches Drahtgewinde 10 kann mit einem korrespondierenden Verbindungspartner, z.B. einer Schraube 2, einer Einbauspindel 3, einem Einsatzgewindeblock 4, entsprechend vormontierte Baugruppen 20, 30, 40 bilden. Dies erleichtert nicht zuletzt die Bereitstellung der Komponenten, deren Handhabung und Montage.
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In der 1A ist das konisches Drahtgewinde 10 in einer Draufsicht in Montagerichtung x gezeigt, also in einer Ansicht auf die proximale Stirnseite. Der proximale Abschnitt 12 des Drahtgewindes 10a ist zylindrisch, und das proximale freie Ende 17 des Drahtgewindes läuft fluchtend zu den anderen Windungen in Umfangsrichtung aus.
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In 1B sind der konische Abschnitt 11 und der zylindrische Abschnitt 12 dargestellt. Der konische Abschnitt 11 verläuft über ca. 25-30% der absoluten Länge des Drahtgewindes 10a (hier ca. drei Windungen).
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In der 2 ist das konisches Drahtgewinde 10 in einer vormontierten Anordnung auf einer Schraube 2, 20 gezeigt.
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In der 3 ist das konisches Drahtgewinde 10 in einer vormontierten Anordnung auf einer Einbauspindel 3, 30 gezeigt.
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In der 4 ist das konisches Drahtgewinde 10 in einer zumindest teilweise vormontierten Anordnung in einem Einsatzgewinde(-block) 4, 40 gezeigt.
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In der 5 ist eine weiteres konisches Drahtgewinde 10 gezeigt.
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Die Bezugsziffern 20, 30, 40 bezeichnen dabei jeweils die Baugruppe umfassend das konische Drahtgewinde 10 und den korrespondierenden Verbindungspartner (Schraube 2, Einbauspindel 3, Einsatzgewindeblock 4).
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Schraube (korrespondierender Verbindungspartner)
- 3
- Einbauspindel (korrespondierender Verbindungspartner)
- 4
- Einsatzgewinde(-block) bzw. korrespondierender Verbindungspartner
- 10
- konisches Drahtgewinde
- 10a
- Drahtgewinde
- 11
- distal angeordneter und distal konisch zulaufender Abschnitt (erster Abschnitt)
- 12
- proximaler zylindrischer Abschnitt (zweiter Abschnitt)
- 15
- distales freies Ende des Drahtgewindes
- 17
- proximales freies Ende des Drahtgewindes
- 20
- Schraube mit vormontiertem konischen Drahtgewinde
- 30
- Einbauspindel mit vormontiertem konischen Drahtgewinde
- 40
- Einsatzgewinde(-block) mit zumindest teilweise vormontiertem konischer Drahtgewinde
- x
- Montagerichtung
- x11
- Länge des konischen Abschnitts
- x12
- Länge des zylindrischen Abschnitts
- α
- Konuswinkel relativ zur Montagerichtung
