DE2157373A1 - Selbsthaltendes Befestigungselement und Werkzeug zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

datum: 18. November 1971

TEXTRON INC., eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Delaware, 600 - I8th Avenue, Rockford, Illinois 61101 (V.St.A.)

Selbsthaltendes Befestigungselement und Werkzeug zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein iaelbsbhaltendes Befestigungselement mit einem Außengewinde zum Einschrauben in ein Innengewinde, dessen Gewindekonturen einen im wesentlichen kreisrunden Querschnitt und im wesentlichen einheitliche, innerhalb der industrieüblichen Toleranzen liegende Abmessungen aufweisen, mit einem Schraubenkopf, einem Schaft, einem sich verjüngenden Ansetzende, und mit einer sich zumindest über einen Teilbereich des Schaftes erstreckenden Außengewinde-Länge.

Mit Gewinde versehene Befestigungselemente wie Schrauben haben normalerweise die industrieüblichen Toleranzen, bei denen im zusammengefügten Zustand mit einem entsprechenden Gegengewinde eine Spiel-Passung entsteht. Aufgrund dieser Spiel-Passung können sich die zusammengeschraubten Teile unter dem Einfluß von Vibrationen und dgl. voneinander lösen, falls man nicht als Gegenmaßnahme

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einen Federring oder eine selbstsichernde Mutter verwendet. Auch bei Anwendung einer relativ engen Passung zwischen beiden Gewindeteilen sind die Hafteigenschäften der Gewinde gewöhnlich ungenügend, weil eines oder beide Gewinde nicht präzise genug ausgeführt sind. So tragen immer nur einige Stellen der sich gegenüberliegenden Gewindeflanken, wenn die Schraube fest mit einer Mutter oder einem Werkstück verschraubt wird, während andere Flankenbereiche nicht zum Tragen gekommen sind.

Um die Verwendung von zusätzlichen Sicherungselementen einzuschränken, sind bereits verschiedene selbsthaltende bzw. selbstsichernde Schrauben entwickelt worden, um eine feste aber lösbare Verbindung zwischen den Gewinden der beiden zusammengeschraubten Elemente zu bewirken. Einige dieser selbsthaltenden Schrauben sind so eingerichtet, daß eine Verdrängungs-Berührung zwischen bestimmten Bereichen der selbsthaltenden Schraube und anliegenden Bereichen des Innengewindes entsteht. Bekannte selbsthaltende Schrauben dieser Art hatten jedoch den Nachteil,daß sie zur Bildung von Ausbrüchen, Freßstellen und/oder Passungsrost bei Berührung mit dem Gegengewinde führten. Dadurch entsteht entweder eine relativ unwirksame Selbsthaltewirkung, oder, falls durch ausreichende Verdrängung eine sichere Selbsthaltewirkung erzielt wird, dann verbinden sich beide Gewindeteile so eng miteinander, daß Beschädigungen oder ein dauerhaftes Fressen der Teile eintritt.

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Ein weiterer Nachteil bekannter selbsthaltender Befestigungselemente ist der, daß sich eine sichere Selbsthaltewirkung schon wegen der industrieüblichen großen Toleranzbereiche der Gewinde nicht, und damit auch keine sichere Schraubverbindung einstellen kann. Deshalb sind die meisten bekannten selbsthaltenden Schrauben mit Obermaß in ihre Gegenge-

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winde eingeschraubt. Da jedoch immer beide Gewindeteile zwa: läufig einen Toleranzbereich haben, kann man nie eine genaue Voraussage über die zustandekommende Passung und damit über die Sicherheit der zustandekommenden Schraubverbindung machen.

Bei den heutigen Produktionsmethoden in der Massenfertigung ist nicht nur ein Innengewinde schwieriger herzustellen als ein Außengewinde, sondern obendrein noch schwieriger innerhalb einer engen Toleranz zu halten» Selbstverständlich können alle Gewindeabmessungen bei der Erzielung einer sicheren Selbsthaltewirkung von Bedeutung sein; da es jedoch auf die Art des selbsthaltenden Eingriffs ankommt, soll nachfolgend ein konkretes Beispiel durchgesprochen werden.

Will man auf einer oder auf beiden Gewindeflanken eine Flankenverdrängung erzielen, so sind insbesondere die Teilkreis- oder Flankendurchmesser der beiden miteinander zu verschraubenden Gewinde ein kritischer Faktor. In der Fachwelt versteht man unter dem "Teilkreisdurchmesser" , der auch als Flankendurchmesser bezeichnet wird, den Durchmesser eines imaginären Zylinders, dessen Mantel die Gewindeflanken jeweils an den Stellen durchdringt, wo die einzelnen Gewindegänge gleich breit sind wie die dazwischenliegenden Gewinderillen. Bei einer herkömmlichen 5/16"-Schraubverbindung zwischen einer Mutter und einer Schraube kann nach Industrienorm der Teilkreisdurchmesser für die Mutter zwischen 0,2764 und 0,2817" liegen, also eine Toleranz von O,oo53" aufweisen. Die Toleranz für den Teilkreisdurchmesser nach Industrienorm für die Schraube beträgt,0,oo4", bei einem Teilkreisdurchmesser zwischen 0, 2712 und 0,2752". Selbstverständlich

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gelten diese Toleranzen für eine Schraubverbindung ohne beabsichtigte Selbsthaltewirkung, also mit einer Spiel-Passung. Will man bei dieser Schraubverbindung eine Selbsthaltewirkung mit anliegenden Flanken erzielen, so muß man eine oder mehrere Gewindegänge des Schraubengewindes so verändern, daß bei diesen Flanken eine enge Passung entsteht. Es leuchtet jedoch ein, daß der Grad der erzielbaren Engpassung in weiten Grenzen schwanken kann, abhängig davon, ob sich die Mutter oder die Schraube gerade am oberen oder unteren Ende ihres Toleranzbek reiches befindet.

Ganz gleich, ob man bei bekannten selbsthaltenden Befestigungselementen eine enge Flankenpassung oder eine andere bekannte Methode der Gewinde-Engpassung anwendet: Auf jeden Fall muß aus wirtschaftlichen Gründen die Selbsthalte-Anordnung eine Gewinde-Engpassung erzeugen, welche sich in bestimmten Grenzen bewegt, was natürlich wieder vom beabsichtigten Anwendungszweck abhängt. Ist die Engpassung nur eine leichte, so kann sie im Dauerbetrieb unzuverlässig sein, insbesondere bei auftretenden Vibrationen oder sehr langer Betriebsdauer. Wird ein extremes Übermaß angewendet, so fressen die sich be- w rührenden §ewindegänge und erfordern beim Einsbhrauben ein extrem hohes Drehmoment. Deshalb ist es äußerst wünschenswert, Maßnahmen zu ergreifen, mit denen sich das auftretene Übermaß vorhersagen und kontrollieren läßt', und zwar in Verbindung mit den heutigen Massenfertigungs-Herstellmethoden, und ohne die Notwendigkeit der Verwendung von Präzisionsmaschinen oder Präzisions-Herstellverfahren.

Einen großen Nachteil bei herkömmlichen Bauelementen mit Innengewinde stellt die Tatsache dar, daß die relativ wei-

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ten Toleranzbereiche den Grad der für die Selbsthaltewirkung wichtigen Flächenpressung sich schwer vorhersagen läßt, und daß somit die ganze Selbsthaltewirkung fragwürdig ist. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die erwähnten Nachteile bekannter Befestigungselemente au vermeiden und die Herstellung eines mit Außengewinde »ersehenen Befestigungselementes zu ermöglichen, welches in der Lage ist, sämtliche Varianten innerhalb der Toleranzen des Innengewindes zu eliminieren und somit eine überschaubare und zuverlässige Selbsthaltewirkung zu gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Außengewinde mindestens in einen an das Ansetzende angrenzenden und aus mehreren Gängen eines das Innengewinde in eine gewünschte Form umwandelnden und kalibrierenden Gewindes bestehenden Vorbereitungs-Abschnitt, und in einen in Einschraubrichtung hinter dem Vorbereitungs-Abschnitt liegenden selbsthaltenden Gewindeabschnttt unterteilt ist, dessen Gewindekonturen so gestaltet sind* daß sie im Eingriff mit den zuvor durch den Vorbereitungs-Abschnitt verformten Gängen des Innengewindes an einer oder mehreren anliegenden Innengewindeflanken einen vorbestimmten Grad von Pressung erzeugen, um auf diese Weise das Befestigungselement innerhalb des mit dem Innengewinde versehenen Elementes im verschraubten Zustand selbsthaltend zu sichern.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, daß die Gewindegänge des Selbsthalte-Abschnittes der Schraube nur mit vorgeformten Innengewindegängen in Berührung kommen, welche nicht mehr ihre-ursprünglichen Herstelltoleranzen aufweisen, sondern in gewünschter Weise vorgeformt sind. Damit haben die Herstelltoleranzen des Innengewindes keinen

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Einfluß mehr auf die Selbsthaltewirkung, und die selbsthaltenden bzw. selbstsichernden Eigenschaften des erfindungsgemäßen selbsthaltenden BefestigungseleB.entes kommen voll zur Wirkung.

Die verschiedenen und später erläuterten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung haben die Ausschaltung der Innengewiridetoleranzen auf verschiedene Weise zum Ziel; dies wird jedoch in Verbindung mit den verschiedenen Figuren der Zeichnung näher erläutert werden. Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel besitzt einen Vorbereitungsabschnitt mit mehreren kalibrierenden Gewindegängen, deren Gestalt im allgemeinen der Norm entspricht. D.h.,die Flanken der Gewindegänge sind im wesentlichen gerade, und der Flankenwinkel entspricht der Gewindenorm. Es handelt sich jedoch hier um radial zurückgesetzte Gewindegänge, welche eine Kaltbearbeitung des Innengewindes im aufgeschraubten Gewindeelement bewirken und damit das Innengewinde so verformen, wie es ihrem eigenen Querschnitt entspricht. Diese kalibrierenden Gewindegänge sind deshalb mit einem wirksamen Teilkreis- oder Flankendurchmesser ausgestattet, der mindestens so groß oder größer ist als der maximal zulässige Teilkreis- oder Flankendurchmesser des Innengewindes im Rahmen der industrieüblichen Toleranzen. Deshalb spielt es keine Rolle, welchen Wert der Teilkreisdurchmesser des Innengewindes zuvor hatte, die Kaltbearbeitung beim Eingriff mit dem Vorbereitungsabschnitt des selbsthaltenden Befestigungselementes sorgt dafür, daß die gewünschte Innengewindeform entsteht, welche im Eingriff mit dem Selbsthalteabschnitt eine vorausbestimmte Selbsthaltewirkung erzielt.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Vorbereitungsabschnitt vorhanden, bei dem Durchmesser-

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differenzen zwischen dem kalibrierenden Gewinde und dem Innengewinde wenig oder keine Bedeutung haben. Hierbei sind die kalibrierenden Gewindegänge des Vorbereitungsabschnittes bei der selbsthaltenden Schraube so ausgebildet, daß sie die Gewindegänge des Innengewindes im aufgeschraubten Element in eine erste Axialrichtung verformen. Wenn diese verformten Gewindegänge anschließend auf die Gänge des Selbsthalte-Abschnittes der Schraube geraten, so entsteht aufgrund der Verformung eine Flankenpressung. Da die relative Flankenverdrängung, welche den Selbsthalteeffekt erbringt, hierbei nur vom Verhältnis zwischen den Formen der Gewindegänge im Vorbereitungs-Abschnitt und im Selbsthalte-Abschnitt der Schraube abhängig ist, haben Abweichungen in der Gewindeform des Muttergewindes wenig oder keine Bedeutung.

Die Form der Selbsthaltewirkung beim Eingriff der Gewindegänge des Selbsthalte-Abschnittes der Schraube mit den verformten Innengewindegangen des Muttergewindes kann verschiedenen bekannten Arten entsprechen. Eine neuartige Form von Selbsthaltendem Eingriff im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Anwendung einer balligen Flankenausbildung, und zwar entweder nur am Vorbereitungsabschnitt der Schraube, oder nur am Selbsthalte-Abschnitt, oder an beiden, wodurch es zu der gewünschten Flankenverdrängung am Muttergewinde und damit zur notwendigen selbsthaltenden Pressung kommt. Eine andere Art von Selbsthaltewirkung, erreicht man mit Gewindegängen am Selbsthalteabschnitt der Schraube, deren Teilkreisdurchmesser größer als der wirksame Teilkreisdurchmesser der kalibrierenden Gewindegänge ist, und damit größer als der des verformten Innengewindes, mit dem diese Gänge dann in Eingriff kommen. Somit kommt es zu einer Flankenpressung zwischen sich berührenden Flanken beider Gewinde.

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Es sei erwähnt, daß die Art der Selbsthaltewirkung bei den verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen unterschiedlich sein kann. Das bedeutungsvollste Merkmal ist jedoch die Verformung der Innengewindegänge vor ihrem Eingriff mit den Selbsthaltegewindegängen, um so alle toleranzbedingten Varianten rechtzeitig zu eliminieren.

Die den Gewindegängen im Vorbereitungsabschnitt erteilte Gewindeform kann auch eine solche sein, wie man sie bei selbstschneidenden Schrauben verwendet, wo das Muttergewinde mittels Kaltverformung oder durch Schneiden erzeugt wird. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird die Kaltverformung bevorzugt, und zwar mittels einer radial mehrfach zurückgesetzten Gewindeform innerhalb des Vorbereitungsabschnittes, wie ans verschiedenen Figuren der Zeichnung hervorgeht. Diese Gewindeform wird als dreinockige Gewindeform bezeichnet und ist näher erläutert im US.-Patent Nr. 3 195 156 aus dem Jahre 1965. Man beachte jedoch, daß auch andere Formen von selbstschneidenden Gewinden oder radial zurückgesetzten Kaltverformungs-Gewindegängen verwendet werden können. Wichtig ist hierbei lediglich, daß die Gewindegänge des Vorbereitungsabschnittes das gegenüberliegende Muttergewinde so verformen oder kalibrieren können, daß alle toleranzbedingten Varianten eliminiert werden.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vollständig zusammengeschraubte erfindungsgemäße selbsthaltende Schraubverbindung in einem teilweise abgebrochenen Längsschnitt im Verlauf der Längsachse des selbsthaltenden Befestigungselementes;

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Fig. 2 je einen Ausschnitt in vergrößertem Maßstab aus den Gewindekonturen der Schraube und der Mutter von Fig. 1;

Fig. 3 einen Ausschnitt mit zwei ineinander verschraubten Gewindegängen der Schraube und der Mutter von Fig. 1 und 2, jedoch in einem noch größeren Maßstab;

Fig. 4 einen Ausschnitt mit den Gewindekonturen eines weiteren erfindungsgemäßen selbsthaltenden Befestigungselementes;

Fig. 5 eine teilweise abgebrochene erfindungsgemäße selbsthaltende Schraube;

Fig. 6 einen Querschnitt durch einen Teil des Gewindes der Schraube von Fig. 5, die im Eingriff mit einem Muttergewinde ist;

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgeraäßen selbsthaltenden Schraube;

Fig. 8 einen Ausschnitt aus der Gewindeformation der Schraube von Fig. 7, die sich im Eingriff mit einem Muttergewinde befindet;

Fig. 9 eine Seitenansicht eines weiteren abgewandelten Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen selbsthaltenden Schraube;

Fig. 10 einen Querschnitt durch die Schraube.von Fig. 9, welche einen dreinockigen Querschnitt besitzt und in ein Muttergewinde eingeschraubt ist;

Fig. 11 einen Längsschnitt durch eine Ebene 11-11 von Fig. 10;

Fig. 12 einen ähnlichen Längsschnitt durch eine verschraubte Gewindeformation eines anderen Ausführungsbeispieles der Erfindung;

Fig. 13 eine schematische Darstellung in einer Draufsicht eines erfindungsgemäßen Gewinderollwerkzeuges , wie man es zur Herstellung von Schrauben nach Fig. 1 bis 12 verwenden kann; und

Fig. 14 bis 16 einzelne Schnitte im Verlauf einer Ebene 14-14 von Fig. 13, jedoch mit unter-

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schiedlicher Rillenausbildung, wie sie zur Herstellung von Schrauben nach Fig. 5, 2 und 4 jeweils erforderlich sind»

In den Fig. 1 bis 4 der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, bei denen innerhalb ihres Vorbereitungs-Abschnittes A Gewindegänge verwendet werden, deren Formgebung der Standardform entspricht. Demgegenüber besteht zwischen den Gewindegängen in einem Selbsthalte-Abschnitt B des ersten Ausführungsbeispiels in Fig. 1 und 3 gegenüber denen im anderen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ein weitgehender Unterschied, und damit auch in der Art der Selbsthaltewirkung.

In Fig. 1 der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße selbsthaltende Schraube 10 mit einer Mutter 26 verschraubt; die Schraube 10 besitzt einen Schraubenkopf 12 und einen Schaft mit einem Gewinde 17 und einem verjüngten Ansetzende 16. Ein an den Schraubenkopf 12 angrenzendes gewindeloses Stück 13 des Schaftes 14 wird in der Fachwelt als Spannstück bezeichnet. Dieses Spannstück 13 befindet sich in Fig. 1 innerhalb zweier miteinander fluchtender Bohrungen 11 von zwei flachen Werkstücken 15, welche zwischen dem Schraubenkopf 12 und der Mutter 26 eingespannt sind.

Eine erfindungsgemäß bewirkte Selbsthaltewirkung zwischen der Mutter 26 und der Form des Gewindes 17, die nachfolgend noch eingehend besprochen wird, sorgt dafür, daß diese Schraubverbindung sich nicht ungewollt lösen kann.

In Fig. 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für das Gewinde 17 der Schraube 10 dargestellt, und ebenso ein Ausschnitt aus der Mutter 26,jedoch im nicht-verschraubten Zustand. Wie bereits erwähnt, ist das Gewinde 17 in

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den Vorbereitungsabschnitt A und in den Selbsthalteabschnitt B unterteilt, von denen ersterer mehrere kalibrierende Gewindegänge 17A enthält, welche in der Lage sind, ein Innengewinde 27 der Mutter 26 durch Kaltbearbeitung zu verformen. Der Selbsthalteabschnitt B besitzt einen oder mehrere Gewindegänge 17B, welche in Verbindung mit dem Muttergewinde bzw. Innengewinde 27 der Mutter selbsthaltend bzw. selbstsichernd wirken. Die Gewindeform gemäß Fig. 2 entspricht im wesentlichen der Standard-Gewindeform. D.h.j eine Hinterflanke 22 und eine Vorderflanke 24 sind im Profil im wesentlichen gerade ausgebildet und schließen zwischen sich einen Winkel von 60 ein.

Wie bereits erwähnt, entsprechen die Gewindegänge 17A im Vorbereitungsabschnitt A einer radial zurückgesetzten Gewindeform, die vorzugsweise gemäß Fig. IO dreinockig ausgebildet ist und auf diese Weise die Fähigkeit besitzt, das Innengewinde 27 der Mutter 26 zu verformen bzw. zu kalibrieren. Bei dieser eigentümlichen Gewindeform sind Gewindespitzen 23 und Gewindefußbereiche 25 als Schraubenlinien in etwas unregelmäßiger Form ausgebildet; im Querschnitt entstehen über den Umfang verteilt nämlich mehrere Nocken, welche im vorliegenden Fall eine dreinockige Konfiguration ergeben. Diese Konfiguration entspricht dem zuvor erwähnten US-Patent Nr. 3 195 156 und wird anschließend in Verbindung mit Fig. 10 näher besprochen .

Die Gewindegänge 17B des Selbsthalte-Abschnittes B können entweder ebenfalls einen dreinockigen Querschnitt, oder aber einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Bei der dreinockigen Ausführung wirken die zurückgezogenen Umfangsabschnitte reduzierend auf das Einschraub-Drehmoment. Andererseits hat ein kreisförmiger Querschnitt den Vorteil

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einer größeren Selbsthaltewirkung, wobei selbstverständlich auch das Einschraub-Drehmoment größer ist. In jedem Fall wird das Gewinde bei der Herstellung gerollt, und der Endquerschnitt der Schraube ist abhängig vom ursprünglichen Rohteilquerschnitt, wie der Fachmann weiß.

Die kalibrierenden Gewindegänge 17A des Vorbereitungsabschnittes A besitzen, obwohl es sich um einen radial vertieften Gewindetyp handelt, einen gegebenen wirksamen Teilkreis-oder Flankendurchmesser 28, der durch eine fc strichpunktierte Linie angedeutet ist. Man beachte hierbei, daß gemäß Fig. 2 die Gewindegänge 17A sich nach rechts verjüngen, damit für die Verformungsarbeit in der Mutter 26 ein Einlaufbereich vorhanden ist. Deswegen wird der Ausdruck "wirksamer Teilkreisdurchmesser" 28 benutzt, welcher dem maximalen Teilkreisdurchmesser der Gewindegänge 17A entspricht, also den Gewindegängen innerhalb des Vorbereitungsabschnittes A, welche den größten Spitzendürchmesser besitzen. Sollte im Vorbereitungsabschnitt A eine gleichmäßige Gewindeform 17A vorhanden sein, wie es durchaus in den Rahmen der Erfindung paßt, dann würden der wirksame und der Standard-Teilkreisdurchmesser den gleichen Wert aufweisen.

Ein Teilkreis- bzw. Flankendurchmesser 29 des Innengewindes 27 der Mutter 26 liegt innerhalb eines bestimmten Toleranzbereiches und ist durch eine strichpunktierte Linie in Fig. 2 angedeutet. Bei der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen selbsthaltenden Schraube 10 sind die normgemäßen Industrietoleranzen für das Innengewinde 27 in Betracht gezogen worden, und der wirksame Teilkreisdurchmesser 28 der kalibrierenden Gewindegänge 17A ist so eingestellt, daß er mindestens genauso groß und vorzugsweise etwas größer als der normgemäß maximal zulässige Teilkreisdurchmesser 29 ist. Auf diese Weise wird das Innengewinde

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27 durch die Gewindegänge 17A bearbeitet und zu einer gewünschten Konfiguration verformt, welche der wirksamen Form der radial zurückgesetzten Gewindegärige 17A entspricht.

Die Gewindegänge 17B im Selbsthalteabschnitt B sind vorzugsweise gleichmäßig zu einem durch eine strichpunktierte Linie angedeuteten Teilkreis-bzw. Flankendurchmesser 30 ausgebildet. Dieser Teilkreisdurchmesser 30 ist so gewählt, daß er größer ist als der wirksame Teilkreisdurchmesser 28 der Gewindegänge 17A ist; zwischen beiden Teilkreisdurchmessern besteht gemäß Fig. 2 eine Abweichung 32. Demzufolge sind gegenüber den Gewindegängen 17A mit größter Spitzenhöhe die entsprechenden Abschnitte der Gewindeflanken 22 und 24 der selbsthaltenden Gewindegänge 17B radial nach außen versetzt, und zwar um einen Betrag, welcher der Abweichung 32 zwischen den beiden Teilkreisdurchmessern entspricht.

In Verbindung mit Fig. 3 wird nun die erzielte Selbsthaltewirkung besprochen, wenn die Mutter 26 mit ihrem Gewinde 27 auf die selbsthaltenden Gewindegänge 17B aufgeschraubt ist. Wie bereits gesagt, entspricht die entstandene Gesamtform des Innengewindes 27 und damit der Wert seines resultierenden Teilkreisdurchmesser 29 den Abmessungen der kalibrierenden Gewindegänge 17A. Daraus folgt, daß der Teilkreisdurchmesser 30 der Gewindegänge 17B den resultierenden Teilkreisdurchmesser 29 des Innengewindes 27 um einen Betrag übersteigt, welcher etwa der zuvor besprochenen Abweichung 32. entspricht. Aufgrund dieser Teilkreisdurchmesser-Differenz dringen die Flanken 22 und 24 der Gewindegänge 17B in entsprechende Flanken 68 und 71 des Innengewindes ein. Gemäß Fig. 3 entsteht, eine Flankenpressung, wodurch äii© .Flanken 68 und 74 des Innengewindes

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durch die Gewindegänge 17B verdrängt werden und deren Form annehmen.

In Fig. 3 ist die Ursprungsform der Flanken 68 und 74 des Innengewindes 27 mit unterbrochenen Linien angedeutet, während die Flanken 22 und 24 des Gewindes 17B mit durchgehenden Linien gezeichnet sind. Aufgrund dieser Flankenpressung kommt es zu einer Verdrängung 40, wie sie in Fig. 3 zwischen zwei Pfeilen angedeutet ist. Der Grad dieser Pressung bzw. Verdrängung 40 bestimmt die Selbsthaltewirkung zwischen den miteinander selbsthaltend verschraubten Gewinden 17 und 27.

Aus dem zuvor Gesagten kann entnommen werden, daß das Innengewinde 27 unter Hinwirkung der kalibrierenden Gewindegänge 17A eine gleichmäßige Ausbildung erhalten hat, ohne Rücksicht auf vorher vorhandene Abweichungen.

Somit wird der Grad der Verdrängung 40, wenn das Gewinde 27 auf die selbsthaltenden Gewindegänge 17B aufgeschraubt ist, und damit der Grad der Selbsthaltewirkung lediglich von dem Unterschied in den Abmessungen zwischen den Gewindegängen 17A und 17B abhängig sein. Diese Abmessungsunterschiede lassen sich genau vorherbestimmen und 1 bei der Herstellung des Außengewindes 17 berücksichtigen. Somit kann der Hersteller solcher erfindungsgemäßen selbsthaltenden Schrauben die erzielbare Selbsthaltewirkung präzise vorausbestimmen.

In Fig. 4 der Zeichnung ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem aus Gründen der Übersichtlichkeit und zur Erzielung einer besseren Vergleichsmöglichkeit gleiche Einzelheiten mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Auch hier ist. wieder ein Vorbereitungsabschnitt A vorhanden, der im wesentlichen die

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gleiche Wirkungsweise aufweist wie der Vorbereitungsabschnitt A der Schraube 10 von Fig. 1 bis 3. Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Ausführungen liegt in der Form der selbsthaltenden Gewindegänge 17B und damit in der Art der Selbsthaltewirkung. Genauere Einzelheiten dieser besonderen Gewindeform der Gewindegänge 17B werden erst im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen aus den folgenden Figuren 5 bis 12 besprochen werden. Man bemerke, daß bei diesen Ausführungsbeispielen der wirksame Teilkreisdurchmesser 28 der kalibrierenden Gewindegänge 17A mit dem Teilkreisdurchmesser der selbsthaltenden Gewindegänge 17B zusammenfällt. Während es sich bei den Gewindegängen 17A um eine Standard-Profilform handelt, sind die Gewindegänge 17B davon abweichend ausgebildet, in dem ihre Vorderflanken in Axialrichtung ballig nach außen gewölbt und ihre Hinterflanken in gleicher Richtung um einen im wesentlichen gleichen Betrag nach innen gewölbt sind.

Wie Fig. 4 erkennen läßt, ist die gerade Profilform der Gewindegänge 17A durch unterbrochene Linien in den ersten Gewindegang des Gewindes 17B eingezeichnet. Hieraus läßt sich entnehmen, daß die Flanken 22 und 24 gegenüber den Flanken des Vorbereitungsabschnittes A in Axialer Richtung so verlagert sind, daß der Scheitel der Wölbungen etwa mit der Ebene des Teilkreisdurchmessers 28 zusammenfällt.

In der Praxis tfird das Gewinde 17 so hergestellt, daß sein wirksamer Teilkreisdurchmesser 28 so groß oder größer als der maximal zulässige Teilkreisdurchmesser einer nicht dargestellten, hierzu passenden Mutter ist, welche später auf dieses Gewinde gesehraubt wird. Beim Eingriff der kalibrierenden Gewindegänge 17A in das Muttergewinde wird dieses so verformt, daß es die Gestalt.der Gewindegänge

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im Vorbereitungsabschnitt A annimmt. Sobald dieses vorgeformte Muttergewinde auf die abweichend gestalteten Gewindegänge 17B des Selbsthalteabschnittes B trifft, werden die Innengewinde-Flanken zwangsläufig verformt, und es entsteht eine vorbestimmte und überschaubare Flankenpressung im Oberflächenbereich der Vorderflanke 24, welche den Selbsthalteeffekt erzielt. Wegen der hohlen Gestaltung der Hinterflanke 22 kommt es auf dieser Flankenseite nur zu einer geringen oder zu gar keiner Pressung.

Bei dem zweiten Ausführungsbeippiel läßt sich also genau wie beim Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 bis 3 der Selbsthalteeffekt genau voraussagen und steuern, in dem man die gegenseitige Dimensionierung der Gewindeteile 17A und 17B entsprechend abstimmt. Ebenfalls werden hierbei toleranzbedingte Abweichungen in der Form des Außengewindes durch den Vorbereitungsabschnitt A ausgebildet.

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Das Ausführungsbeispiel der Erfindung aus Fig. 5 und 6 unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen dadurch, daß hier nur ein blockierender Gewindeabschnitt vorhanden ist und kein Kalibrier- oder Vorschneideabschnitt zur Nacharbeit des Mufeter-Innengewindes und zur Eliminierung der Abweichungen, welche auf das Konto der in der Industrie zulässigen Toleranzen gehen. Das in Fig. 5 und 6 dargestellte Ausführungsbeispiel stellt ein selbsthaltendes Befestigungselement dar, welches dem im Zusammenhang mit Fig. 4 kurz besprochenen ähnlich ist, mit der Einschränkung, daß die hintere Gewindeflanke ballig gewölbt und die vordere Flanke konkav gewölbt ist, also gerade umgekehrt gegenüber Fig. 4. Auch im vorliegenden Falle werden wieder ähnliche Einzelheiten zwar mit gleichen Bezugszahlen versehen, sie erhalten jedoch in Fig. 5 und 6 als Zusatz einen (·).

Das in Fig. 5 dargestellte erfindungsgemäße Befestigungselement ist eine Schraube 10· mit einem Schraubenkopf 12·, einem Schaft 14' und mit einem sich verjüngenden Ansetzende 16 *· Der Schraubenkopf 12* stellt nur eine von vielen möglichen Ausführungsformen dar, da eine solche Schraube 10· beispielsweise auch ein kopfloser Gewindestift o. dgl. sein kann. Hinter dem Ansetzende 16' ist der Schaft 14' mit einer durchgehenden Gewindeformation 17· versehen, dem sich bis zum Schraubenkopf 12· ein gewindeloses Stück 13· anschließt, das man auch als Spannstück bezeichnen kann. Dieses zuletzt erwähnte gewindelose Stück 13· verläuft innerhalb eines entsprechenden Befestigungs— lpches eines Bauelementes, welches zwischen Schraubenkopf 12' und einer Mutter oder einem anderen, mit 6ewinde versehene« Werkstück festgeschraubt werden soll.

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Eine hintere Flanke 22' des Gewindes 17» ist axial nach außen hin ballig bzw. konvex gewölbt, und zwar in Richtung auf den Schraubenkopf 12· und mindestens über eine Windung hinweg. Die vordere Flanke 24· ist dagegen konkav bzw. vertieft eingewölbt. Die Vertiefung weist vom Ansetzende 16* weg und erstreckt sich über mindestens eine Windung des Gewindes. Die beschriebenen konvexen und konkaven Wölbungen auf gegenüberliegenden Flanken des Gewinde-Querschnitts verlaufen zwischen den Spitzen und dem Fuß der Gewindegänge in Abweichung von den bei üblichen Gewinden geraden Flankenlinien. Normalerweise erstrecken sich diese balligen und vertieften Formationen über mindestens mehrere Windungen des Gewindes 17·.

Bei einem Gewinde mit kreisförmigem Querschnitt verlaufen die Gewindespitzen 23' und die Gewinde-Fußbereiche 25* auf gleichmäßigen Kreisen, und diese weisen gegenüber einem gegebenen Muttergewinde mit beispielsweise 60° Flankenwinkel ein bestimmtes Passungsverhältnis auf. Die erfindungsgemäßen Flanken-Formabweichungen, welche im wesentlichen in axialer Richtung der Schraube verlaufen, erreichen ihr Maximum etwa im Verlauf des Teilkreisdurchmessers 30· des Gewindes 17', und der Querschnitt der Gewindegänge ist im Bereich dieses Teilkreisdurchmessers 30· etwa halb so groß wie die Gewindesteigung. Daraus geht hervor, daß die ballige Wölbung der hinteren Flanke 22· etwa einer gleich großen Vertiefung auf der gegenüberliegenden Flanke 24* entspricht.

Die erfindungsgemäße Schraube IO' gemäß Fig. 5 ist also so eingerichtet, daß sie ein fertiges Muttergewinde einer Mutter oder eines Werkstückes soweit verformt, daß eine starke Flankenpressung mit Gewindegängen des Muttergewindes hergestellt wird, und außerdem zwischen einer hinteren Flanke des Muttergewindes und dem Schraubenkopf 12·. Wäh-

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rend sich die ballige hintere Flanke 22· in das Muttergewinde eindreht, verformt sie die anliegende .Gegenflanke des Muttergewindes in ähnlicher Weise und erzeugt einen hohen Flächendruck gegenüber dieser Hinterflanke des Muttergewindes. '

Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt der in eine Mutter 26' eingeschraubten Schraube 10'. Die Einschraubrichtung verläuft in diesem Fall von links nach rechts und ist durch einen Pfeil 77· angedeutet. Die ballig ausgebildeten Schraubenflanken sind also der Einschraubrichtung 77' entgegengerichtet. Ferner sei erwähnt, daß das Muttergewinde vor dem Aufschrauben auf die Schraube 10" ein .übliches Standard-Gewinde mit rundem Querschnitt gewesen ist, welches zuvor gebohrt wurde und die gleiche Steigung aufweist wie das Gewinde 17' der Schraube 10·. Das Muttergewinde weist also gegenüber einem Standard-Schraubengewinde mit gleichem Fuß- und Spitzendurchmesser wie die Schraube 10' die übliche Standard-Passung auf. Auch die Schraube 10· weist ja, wie bereits gesagt, einen runden Querschnitt auf und unterscheidet sich gegenüber einem Standardgewinde nur durch die konkave und konvexe Flankenbildung. Wie groß die Toleranzen zwischen Mutter- und Schraubengewinde auch sein mögen, es wird erfindungsgemäß dennoch eine große Flächenpressung zwischen sich berührenden Flanken erreicht. Aus diesem Grunde muß die Balligkeit der konvex gewölbten hinteren Flanke 22' größer sein als die Summe aus den Toleranzen des Schraubengewindes, des Muttergewindes und dem normalen Spiel der Standardpassung. Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit, das Schraubengewinde 17* gegenüber dem Muttergewinde mit einem leichten Übermaß herzustellen, wie in Zusammenhang mit nachfolgenden Ausführungsbeispielen erläutert wird.

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Gemäß Fig. 6 haben die Schrauben-Gewindegänge 52·, 54· und 56' je einen Gewindegang der Mutter 26' zu einer vertieften hinteren Flanke verformt, und zwar durch einen Verformungs— oder Preßvorgang. Somit hat die hintere Flanke 62· des Gewindeganges 54' durch Einpressen in das Muttergewinde eine vertiefte hintere Flanke 68' erzeugt, wobei das Metall des Muttergewindes vor allem im Bereich des Teilkreisdurchmessers 3O¹ nach links verdrängt wurde.

ρ Durch den Pressvorgang wird auch eine ballige Vorderflanke 74' im Muttergewinde erzeugt, welche annähernd den Hohlraum einer vertieften Vorderflanke 76' des Gewindeganges 56' der Schraube 10' ausfüllt. In gleicher Weise entsteht eine ballige Muttergewindeflanke 64· an der vertieften Schraubenflanke 66'. Die vertieften Vorderflanken 66' bzw. 76' der Schraube 10* stellen also stets genug Raum zur Verfügung, in die das verdrängte Material des Muttergewindes beim Preßvorgang hineingedrückt werden kann, so daß die gegeneinanderliegenden Gewinde nicht fressen können. Die Metallverformung innerhalb des Muttergewindes kann innerhalb der elastischen Verformungsgrenzen des Materials bleiben, aus welchem die Mutter 26' gefertigt ist;

" dies muß aber nicht unbedingt der Fall sein. In Fig. 6 ist die ursprüngliche unverformte Flankenbildung der Mutter 26* mit unterbrochenen Linien 69' und 75*dargestellt.

Zwischen den balligen Schraubengewindeflanken und den durch diese vertieften Muttergewindeflanken, also beispielsweise zwischen Flanke 62' und der Nachbarflanke 68' in Fig. 6, besteht inniger Kontakt mit relativ hoher Flächenpressung, welche sich auch auf die Nachbar-Schraubengewindeflanke 64' überträgt, und zwar mindestens im Bereich 70' und 72'; diese Flächenpressung steigt jedoch nicht so hoch an, daß ein Fressen zwischen den Flanken beider Gewinde entstehen kann.

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Die Flächendruck-Kraftrichtung der hinteren Muttergewindeflanke 68' ist zum Schraubenkopf 12* gerichtet, und beim Festziehen der Schraube 10' wird diese Flanke zusätzlich unter Spannung gesetzt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches den zuvor in Zusammenhang mit Fig. 1-4 besprochenen ähnlich ist, zeigt Fig. 7. Es handelt sich hier.um ein Befestigungselement 110 mit einem Kalibrier- bzw. Vorbereitungsabschnitt A und mit einem selbsthaltenden Gewindeabschnitt B. Der Kalibrierabschnitt A führt beim Einschrauben eine Nachbearbeitung der Gewindegänge des Muttergewindes durch, so daß Abweichungen auf Grund der industrieüblichen Toleranzen ausgeglichen werden. Die Beseitigung dieser Abweichungen geschieht jedoch in etwas anderer Weise als zuvor bei den Befestigungselementen von Fig. 1-4*

Und zwar bewirkt der Kalibrierabschnitt A des Befestigungselementes 110 eine gewollte axiale Verformung bzw. Verlagerung der Muttergewindeflanken. Dagegen bewirkten die Befestigungselemente von Fig. 1—4 eine Vergrößerung der Gewindeabmessungen. Nach Verformung des Muttergewindes durch den Kalibrierabschnitt folgen die Gewindegänge des selbsthaltenden Gewindeabschnitts B nach und erzielen die gewünschte Selbsthaltewirkung.

Das Befestigungselement 110 besitzt einen Schraubenkopf in irgendeiner üblichen Form, einen Schaft 115 und ein Ansetzende 116. Auf dem Schaft 115 befindet sich vorn der Kalibrierabschnitt A, welcher sich in Richtung auf das Ansetzende 116 verjüngt, in der Mitte der selbsthaltende Gewindeabschnitt B, zwischen diesem und dem Schraubenkopf

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112 ein gewindeloses Spannstück 117, das bei Verwendung des Befestigungselementes üblicherweise durch ein ge~ lochtes Werkstück hindurchgesteckt wird. Eine Vorderflanke 118 der Gewindegänge des Kalibrierabschnitts A ist ballig bzw. konvex in Richtung auf das Ansetzende 116 nach außen gewölbt, während eine Hinterflanke 120 über mindestens einen Gewindegang hinweg in axialer Richtung vom Schraubenkopf 112 weg konvex bzw. hohl gewölbt ist. Vorzugsweise herrschen.die beschriebenen Bedingungen auf der ganzen Länge des Kalibrierabschnittes A. Der sich anschließende selbsthaltende Gewindeabschnitt B trägt im wesentlichen ein Standardgewinde mit im wesentlichen gerade verlaufenden Gewindeflanken. Auf jeden Fall befinden sich gemäß Fig. 7 die Gewindeflankeη des Abschnitts B linke von den Gewindeflanken des Abschnitts A, wenn man vergleichsweise die Spitzen— und Fußabschnitte der beiden Abschnitte gegenüberstellt.

Die Gewindesteigung des Befestigungselementes 110 ist im wesentlichen einheitlich, und nur die balligen Erhebungen bzw. Vertiefungen im Kalibrierabschnitt A weichen davon ab; auch die Fuß- und Spitzendurchmesser des Schraubengewindes sind im wesentlichen einheitlich, und sie sind einem Standard—Muttergewinde angepaßt, das heißt, das Befestigungselement 110 paßt zu einer Standardmutter. Die Flanken-Verformung im Kalibrierabschnitt B erreicht ihr Maximum im Teilkreisdurchmesser, wo der Flanken—Querschnitt etwa der halben Gewindesteigung entspricht.

Beim Einschrauben des Befestigungselementes 110 gemäß Fig. 7 verformt der Kalibrierabschnitt A die Gewindegänge des Muttergewindes axial in der dem Schraubenkopf 112 entgegengesetzten Richtung, also nach rechts. Wird jetzt der selbsthaltende Gewindeabschnitt B in das so vorbereitete Muttergewinde ηachgeschraubt, so liegt die verformte Hin-

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terflanke des Muttergewindes unter Druck an der Hinterflanke des selbsthaltenden Gewindeabschnitts B an, wenn der Schraubenkopf 112 angezogen wird. Die so erzeugte Flankenpressung ist wesentlich höher als zwischen den Gewindegängen einer normalen Schraube und Mutter.

In Fig. 8 ist ein Ausschnitt des mit einer Mutter 26 selbsthaltend verschraubten Befestigungselementes 110 gezeigt. In dem Schnitt von Fig. 8 ist ein Gewindegang 150 vom Kalibrierabschnitt A und zwei Gewindegänge 146 und 148 vom Abschnitt B enthalten. Die Mutter 26 hat wieder ein übliches Standardgewinde mit üblicher Passung und herkömmlichen Toleranzen. Das Schraubengewinde kann einen runden Querschnitt und außerdem ein leichtes Übermaß gegenüber dem Muttergewinde aufweisen, wie nachfolgend beschrieben wird. Im allgemeinen ist das Gewinde des selbsthaltenden Gewindeabschnitts B, von dem die Gewindegänge 146 und 148 zu sehen sind, ein zum Muttergewinde passendes Standardgewinde mit einem Flankenwinkel vom 60 und mit Fußabschnitten 129 sowie Spitzenabschnitten 136, welche die übliche Dimensionierung gegenüber dem Teilkreisdurchmesser 30 aufweisen.

Gemäß Fig. 8 hat der vorbereitende Gewindegang 150 mit seiner gewölbten Vorderflanke 118 durch Pressen einer Vorderflanke 154 des Muttergewindes konkav nach rechts ausgewölbt. Eine unterbrochene Linie 153 deutet den ursprünglichen Verlauf dieser Muttergewindeflarike vor der Verformung an. Selbstverständlich hat der vorbereitende Gewindegang 150 zuvor auch alle übrigen Gewindegänge des Muttergewindes nach rechts verformt, wie auch die benachbarte Flanke 156. Auf Grund dieses Verformungsprozesses im Muttergewinde ist auch eine gegenüberliegende Hinterflanke 158 im Muttergewinde nach rechts, also vom Schraubenkopf fort, herausgewölbt worden, so daß sie teilweise in dem Hohlraum der konvex gewölbten Hinterflanke 120

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des Schraubengewindes hineinragt.

Der erste Gewindegang 148 des selbsthaltenden Gewindeabschnittes B ist beim Einschrauben des Befestigungselementes 110 bestrebt, die so verformten Mutter-Gewindegänge wieder nach links zu verdrängen. Dabei legt sich eine Hinterflanke 162 des Muttergewindes eng gegen die benachbarte Hinterflanke 160 des Schraubengewindes, weil der Gewindeabschnitt A das Muttergewinde bleibend yerformt hat. Solange noch keine gerade Gewindeflanke des Gewindeabschnittes B auf die Muttergewinde-Hinterflanke 158 getroffen ist, also noch kein Material nach links gedrückt hat, Verbleibt ein Spalt zwischen Vorderflanke 159 und der gegenüberliegenden vertieften Vorderflanke 156 des Muttergewindes. Anschließend wird das Material des Muttei?- gewindes wieder im Verlauf des Teilkreisdurchmessers 30 nach links gedrückt und erzeugt in der Mutter eine gerade Vorderflanke 165, welche sich weitgehend der geraden Vorderflanke des Gewindeganges 146 des Befestigungselementes 110 anpaßt.

Das Ergebnis der Verformung der Gewindegänge des Muttergewindes zunächst nach rechts und dann wieder nach links ist eine relativ hohe Flächenpressung zwischen gegeneinanderliegenden Gewindeflanken, beispielsweise 160 und 162. Da der Verformungsgrad bei der Berührung des Gewindeganges 148. nur von der vorhergehenden Verformung durch den Kalibrierabschnitt A und nicht von den ursprünglichen Abmessungen des Muttergewindes abhängig ist, haben dessen Toleranzen auch keinen Einfluß auf den Selbsthalte-Effekt. Die Muttergewinde-Hinterflanke, beispielsweise 162, wird Ewischen Hinterflanke 160 des Schraubengewindes und dem Schraubenkopf 112 eingeepannt. Die Selbsthaltewirkung wird hauptsächlich durch Verformung des Muttergewindes im Bereich des Teilkreisdurchmessers erzielt, und Bereiche, in denen eine Überlastung oder ein Bruch möglich wä—

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re, werden vermieden. So werden die Spitzen- und Fußbereiche des Muttergewindes kaum aus ihrer ursprünglichen Lage verdrängt, und sie können daher auch keum beschädigt oder zerstört werden. Eine Überbeanspruchung wird auf Grund des nachfolgenden Verdrängungsraumes im Kalibrierabschnitt A vermieden. Das erfindungsgemäße Befestigungselement 110 weist eine geringere Belastung und ein kleineres Einschraub-Drehmoment auf als bekannte selbsthaltende Schrauben. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel trägt die zweifache Verformung des Muttergewindes, bei dem dessen Gewindegänge für die Selbsthaltung annähernd wieder ihre ursprüngliche Lage einnehmen, zur Erhöhung des Selbsthalte-Widerstandes und zur Erhöhung des Ausschraub-Drehmomentes bei.

Ein in Fig. 9 dargestelltes weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht aus einer Schraube 210 mit Schraubenkopf 212, Schaft 214 und Ansetzende 216. Man unterscheidet hier einen gegenüber dem Ansetzende 216 verjüngten Vorbereitungsabschnitt A, einen Übergangsabschnitt B und einen Selbsthalteabschnitt C. Zwischen diesem und dem Schraubenkopf 212 befindet sich wieder ein gewindeloser Spannabschnitt, welcher im Verwendungsfalle der Schraube 210 in einem entsprechenden Durchbruch eines zu befestigenden Werkstückes aufgenommen wird.

Der Vorbereitengsabachnitt A dieses Ausführungsbeispiels dient wieder in ähnlicher Weise,wie bereits bei Fig. 7 und 8 besprochen, zum Ausgleich von Abweichungen im Muttergewinde, welche den Selbsthalteeffekt stören könnten. Eine Vorderflanke 218 am Vorbereitungsabschnitt A ist in dem Schraubenkopf entgegengesetzter Richtung nach außen gewölbt, und zwar mindestens über einen Gewindegang hinweg, vorzugsweise jedoch über die gesamte Lange des Abschnitts A. Eine Hinterflanke 220 ist in dem Schraubenkopf 212 abgekehrter Richtung konvex ausgehöhlt. Während

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der Gewindegang des Übergangsabschnitts B im wesentlichen die Abmessungen des Standard-Gewindes besitzt, sind die Gewindegänge dee nachfolgenden Selbsthalteabschnittes C in einem dem Abschnitt A entgegengesetzten Sinne durchgewölbt. So ist hier eine Hinterflanke 222 des Abschnitts C in Richtung auf den Schraubenkopf 212 ballig herausgewölbt, während eine Vorderflanke 224 in gleicher Richtung konkav bzw. vertieft ausgebildet ist. So sind vorzugsweise sämtliche Gewindegänge des selbsthaltenden Abschnitts C gestaltet.

Auch diese Schraube 210 weist über ihre gesamte Gewindelänge hinweg eine im "wesentlichen gleichmäßige Steigung auf. Auch im Bereich der balligen und vertieften Flanken der Gewindeabschnitte A und C sind die Spitzen- und Fußkreise annähernd konstant ausgebildet und besitzen die vorgesehene Passung gegenüber einem normalen Muttergewinde. Die Flanken-Verformungen verlaufen im wesentlichen axial und im Bereich des Teilkreisdurchmessers und laufen harmonisch in die im wesentlichen unberührten Spitzen- und Fußabschnitte des Gewindes ein. Dabei entspricht der Querschnitt der Gewindegänge im Teilkreisdurchmesser etwa " der halben Gewindesteigung, und eine ballige Wölbung auf einer Seite eines Gewindeganges entspricht immer einer entsprechenden Vertiefung auf der gegenüberliegenden Seite.

Die in Fig. 9 dargestellte Schraube verformt ein vorhandenes Muttergewinde zunächst in einer vom Schraubenkopf 212 abgekehrten Richtung, wenn der Vorbereitungsabschnitt A in dieses eingeschraubt wird. Das so vorbereitete Muttergewinde stellt besonders bei großen Toleranzen zwischen Schrauben- und Muttergewinde noch eine sichere selbsthaltende Schraubverbindung her, weil anschließend eine entgegengesetzt gerichtete Verformung vorgenommen wird und somit ein sicherer Flankenkontakt auf dem gesamten Gewin-

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deumfang erzielt wird.

Die.zuvor herausgewölbte Hinterflanke des Muttergewindes wird nämlich von der ballig gewölbten Hinterflanke des Selbsthalteabschnittes C in Richtung auf den Schraubenkopf 212 eingepreßt, wenn die Schraube 210 fest gegen ein zu verschraubendes Werkstück gezogen wird. Somit entsteht eine sichere Rundum-Schraubverbindung gegenüber einem Werkstück bzw. einerMutter, deren Gewinde über den gesamten Toleranzbereich hinweg abweichen .darf.

Die Gewindeform sämtlicher bisher beschriebener Ausführungsbeispiele und auch der noch folgenden Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 11 und 12 können entweder im Gewindeabschnitt A oder B oder in beiden Gewindeabschnitten einen runden Standard-Querschnitt oder einen mit radialen Vertiefungen versehenen Querschnitt aufweisen. Bei einem beträchtlichen zu leistenden Verformungsaufwand am Muttergewinde empfiehlt sich die radial vertiefte Querschnittsform besonders für den Vorbereitungsabschnitt A, da sich hiermit das Einschraub-Drehmoment verringern läßt. Andererseits erzielt man mit einem kreisrunden Querschnitt im Selbsthalteabschnitt B bzw. C den größten Selbsthalteeffekt. Darum ist es dem Hersteller freigestellt, welche Querschnittsform er für die Gewindeabschnitte A, B und C wählen möchte, um der jeweiligen selbsthaltenden Schraube die optimalen Eigenschaften zu verleihen.

Es sind zwar schon mit radialen Querschnittsvertiefungen versehene Schrauben bekannt, beispielsweise aus US-Patent Nr. 3 426 642 und 3 195 156; dennoch ist in Fig. 10 ein bevorzugter Gewinde-Querschnitt mit radialen Vertiefungen aufgezeichnet. Dieser Querschnitt eignet sich besonders für die Ausführungen gemäß Fig. 1-4 und 9, weil hier eine beträchtliche Verformungsarbeit am Muttergewinde zu leisten ist. Selbstverständlich kann diese Qüerschnitts-

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form auch für andere erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele angewendet werden.

In Fig. 10 ist eine Schraube mit radial eingezogenem Querschnitt in ein Muttergewinde einer Mutter 226 eingeschraubt; die Darstellung ist teilweise abgebrochen. Die Schraube 210 hat in diesem Falle einen abgerundet-polygonalen Querschnitt, genauer gesagt, einen abgerundeten Dreiecks-Querschnitt, der nachfolgend in Übereinstimmung mit US-Patent 3 195 156 als dreinockiger Querschnitt bezeichnet wird. Eine Linie 228 stellt die Umhüllende der Gewindespitzen, eine Linie 229 den Fußbereich des Gewindes, und eine unterbrochene Linie 230 stellt den Teilkreisverlauf dieses im Querschnitt dreinockig verformten Gewindes dar. Selbstverständlich ist der Teilkreis 230 hier nicht kreisrund, sondern abgerundet polygonal verformt. Den Fußkreis des Muttergewindes der Mutter 226 repräsentiert eine kreisrunde Linie 232.

Der Radius der Fußkreislinie 232 der Mutter entspricht etwa dem Abstand zwischen einer Schraubenachse 234 und den äußersten Punkten von drei Schraubengewinde—Ausläufern 236, 238 und 240. Nur diese drei Ausläufer stehen im vollen Eingriff mit dem Muttergewinde, während drei dazwischenliegende vertiefte Seitenbereiche 242, 244, 246 keine Berührung mit der Mutter haben. Folglich besteht eine reduzierter Reibungswiderstand zwischen Schraube und Mutter. Wie erkennbar, gehen die Ausläufer 236, 238 und 240 beiderseits harmonisch in die vertieften Seitenbereiche 242, 244 und 246 über, deren Krümmungsradien selbstverständlich wesentlich größer sind. Die Radiusunterschiede zwischen den Ausläufern 236 usw. und den vertieften Seitenbereichen 242 usw. sind in Fig. 10 selbstverständlich so dargestellt, daß sie sich gut erkennen lassen; in der Praxis können diese Unterschiede größer

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oder kleiner sein. Die erfindungsgemäße Schraube 210 ist vorzugsweise härter als- die Mutter 226.

In Fig. 11 der Zeichnung ist eine Schraube 210 gemäß Fig. 9 in das Muttergewinde einer Mutter oder eines Werkstückes eingeschraubt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in Fig. 11 nur ein einziger Gewindegang 248 des Übergangsabschnittes B, ein Gewindegang 250 des Vorbereitungsabschnitts A und ein einziger Gewindegang 252 des Selbsthalteabschnittes C dargestellt. Die Einschraubrichtung verläuft in Fig. 11 von links nach rechts und ist durch einen Pfeil 277 angedeutet. Ferner sei erwähnt, daß der Schnittverlauf durch eine Ebene 11 - 11 von Fig. 10 gelegt ist und somit durch den oberen Schrauben-Gewinde-Ausläufer 236 hindurchverläuft. Im Schnittverlauf herrscht also hohe Flächenpressung zwischen den Gewindegängen der Schraube und der Mutter. Hätte die Schraube 210 kreisförmigen Querschnitt, so wären diese Bedingungen repräsentativ für den gesamten Umfangsbereich.

Für die Gewindeabmessung 5/16 Zoll - 18 weisen die Toleranzen im Teilkreis einer zuvor gebohrten Mutter und einer Schraube gemäß Fig. 11 folgende Werte auf:

Standard-Mutter, Klasse 2B: (Gewinde 5/16" - 18)

Selbsthaltende Schraube: 7,15 mm 7,20 mm

Bei einer selbsthaltenden Schraube gemäß Fig. 10 wird der Teilkreis-Durchmesser an den Gewindesausläufern gemessen. Die gleichen Abmessungen können für eine runde Schraube gelten. Die Standard-Toleranzen für eine runde Schraube

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der Standard-Klasse 2A mit Gewinde 5/16 Zoll mit 18 Gewindegängen pro Zoll weichen jedoch etwas von der Tabelle ab und liegen bei 6,89 mm für den Minimalwert und bei 6,99 mm für den Maximalwert.

Aus diesen Angaben geht hervor, daß mit diesen Toleranzen hergestellte Schraubengewinde-Ausläufer mit einem engen Preßsitz in die Mutter eingeschraubt werden. Es sei jedoch erwähnt, daß diese Toleranzen zwar typisch und bevorzugt sind, daß sich andererseits die Erfindung jedoch nicht auf enge Schiebe- oder Preßsitze an den Gewindeausläufern der Schraube beschränkt. Das Muttergewinde weist ursprünglich seine übliche rundeQuerschnittsform auf. Auch stimmen die Gewindeabmessungen, beispielsweise im Übergangsabschnitt B,proportional mit einem üblichen Schraubengewinde überein, welches für eine Standard-Mutter gedacht ist. So liegt der Flankenwinkel des Cewindeganges 248 im Übergangsabschnitt B der Schraube 210 aus Fig. 11, wie üblich, bei 60 °.

In Fig. 11 hat der Gewindegang 250 aus dem Vorbereitungsabschnitt A. die Mutter-Gewindegänge an ihrer Vorderflanke 254 durch Pressen konkav nach rechts eingedrückt. Eine unterbrochene Linie 255 gibt den geraden Urzustand dieser Flanke an· In gleicher Weise hatte der Gewindegang 250 zuvor den benachbarten .Mutter-Gewindegang nach rechts, also in dem Schraubenkopf 212 abgekehrter Richtung verformt. Bei der vorausgehenden Umdrehung der Schraube 210 ist also die Vorderflanke 256 nach rechts verformt worden, während gleichzeitig eine dahinterliegende Hinterflanke 258 im gleichen Sinne konvex herausgewölbt wurde. Somit füllt diese konvexe Vorderflanke 258 die konkave Hinterflanke 220 des Schraubengewindes im wesentlichen aus. Die Breite des Gewindeganges im Verlauf des Teilkreisdurchmessers ist also im wesentlichen die gleiche geblieben wie vor dem

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Verformungsprozeß.

Wandert jetzt der Gewindegang 248 des Übergangsab'schnittes B in diesen, zuvor nach rechts verformten Muttergewindegang ein, so verformt er ihn gemäß Fig. 11 wieder nach links, und eine nächste Hinterflanke 262 des Muttergewindes wird an die entsprechende Hinterflanke der Schraube 210 angepreßt. Da jedoch der gerade Gewindegang 248 des Übergangsabschnitts B noch nicht die zuvor herausgewölbte Hinterflanke 258 des Muttergewindes erreicht hat, verbleibt zunächst ein Spalt 250 zwischen Vorderflanke 259 des Gewindeganges 248 und der Vorderflanke 256 des Muttergewindes.

Der nachfolgende Gewindegang 252 des Selbsthalteabschnittes C verformt eine anliegende hintere Mutter-Gewindeflanke 268 aus ihrer vorherigen, durch eine strichpunktierte Linie 266 angedeuteten Lage nach links heraus, und zwar mittels ihrer ballig herausgewölbten Hinterflanke 222. In diesem Bereich dieses und aller weiteren Gewindegänge des Selbsthalteabschnittes C der Schraube 210 herrscht eine sehr innige Berührung mit den jeweiligen Hinterflanken des Muttergewindes. Eine innige Berührung herrscht auch an den Vorderflanken 224, jedoch nur an den Berührungspunkten 270 und 272. Diese Berührung erzeugt jedoch keine Zerstörung bzw. kein unbeabsichtigtes Fressen zwischen beiden Verschraubungsteilen.

Ein zwischen der konkav gewölbten Vorderflanke 224 und der noch im wesentlichen gestreckten Vorderflanke 264 des Muttergewindes vorhandener Spalt ist in dieser Form nur am ersten Gewindegang 252 des Selbsthalteabschnitts C vorhanden. Da bekanntlich die Breite des-Gewindeganges im Teilkreisbereich 230 im wesentlichen konstant bleibt, füllen die Mutter-Gewindegänge zwischen dem Gewindegang 252 und dem Schraubenkopf 212 durch Verformung die Hohl-

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räume in den Vorderflanken der Schraube 210 weitgehend aus, und zwar deshalb, weil die Hinterflanke 220 von Gewindegang 252 jeden Gewindegang des Muttergewindes, der diese Stelle passiert, im Bereich des Teilkreisdurchmessers nach links verformt.

So entsteht ein intensiver Flankenkontakt, während das Material des Muttergewindes zunächst in dem Schraubenkopf entgegengesetzter Richtung verformt wird, jedoch nur so-

^ weit, daß es zu keiner Gefügezerstörung kommen kann. Danach wird das Material über seinen ursprünglichen Zustand hinaus in entgegengesetzter Richtung, also zum Schraubenkopf hin, verformt, so daß es zum optimalen Flankenkontakt zwischen den Gewindegängen der Schraube und des Muttergewindes kommt, wenn die Schraube¹ festgezogen wird. Die mögliche Verlagerung des Muttergewindes, die zunächst vom Vorbereitungsabschnitt und nachher vom Selbsthalteabschnitt vorgenommen wird, bewirkt einen sehr festen Flankenkontakt mit einem größeren Verformungsgrad, als er in einem einzigen Schritt durchführbar wäre. Mit anderen Worten: Das Muttergewinde kann nicht auch nur annähernd soweit in einer

fc Richtung, beispielsweise in Richtung auf den Schraubenkopf verformt werden, als wenn man mit zweiseitiger Verformung arbeitet, wobei der erste Verformungsschritt im Vorbereitungsabschnitt erfolgt. Der Selbsthalteeffekt wird durch eine Querschnittsveränderung im Muttergewindegang erreicht, die sich jedoch im wesentlichen auf den Teilkreisbereich 230 beschränkt. Wie mehrmals betont, bleiben die Spitzen- und Fußabschnitte des Muttergewindes im wesentlichen von den.im Teilkreisbereich erfolgenden Verformungen verschont, so daß Verformungen an Stellen, wo sie häufig Zerstörungen oder Brüche im Muttern- oder Schraubengewinde verursachen, vermieden werden. Ferner wird bei sämtlichen Ausführungsbeispielen der Erfindung nicht nur die Gefahr des Fressens verringert, sondern auch das Einschraub-Dreh-

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moment. Die jedem vorspringenden Ausläufer 236 usw. gegenüberliegende Vertiefung 242 usw. trägt wesentlich . zur Drehmomenten-Verminderung und zur Verhütung von Ver— schweißungen bei. Die Gesamt-Balligkeit in axialer Richtung (im Vorbereitungsabschnitt und im Selbsthalteabschnitt) sollte die Gesamtsumme der möglichen Toleranzen im Muttern- und Schraubengewinde einschließlich des Spiels zwischen beiden übersteigen. Im Betrieb der erfindungsgemäßen Befestigungselemente hat sich gezeigt, daß man die gewünschte Spannung mit einem niedrigen Einsehraub-Drehmoment erzielen kann, während ein maximales Ausschraub-Drehmoment im gesamten Toleranzbereich eines vorgebohrten Muttergewindes erhalten bleibt.

Als weiterer Vorteil sämtlicher Ausführungsbeispiele der Erfindung ist eine verminderte Muttern-Dehnung zu nennen, welche auf einem kleineren Gewinde-Druckwinkel beruht. Der normale Gewinde-Druckwinkel beträgt beispielsweise im Falle des Übergangs-Gewindeganges 248 in Fig. 11 30 °. Auf Grund der Verformung der Mutter-Gewindegänge durch den Selbsthalte-Gewindegang 252 wird der Gewinde-Druckwinkel reduziert; man mißt diesen Winkel etwa zwischen einer an die Gewindeflanke angelegten Tangente und dem Lot auf der Schraubenachse. Bei der Schraube 210 aus Fig. 11 betrug dieser Winkel 25 °. Damit wird die radial nach außen verlaufende Kraftkomponente beim Festziehen des Schraubenkopfes kleiner, und die Mutter wird weniger auseinandergedrückt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße selbsthaltende Schraube zeigt Fig. 12. Entsprechende Einzelheiten der Gewindegänge dieser Schraube 210 und einer damit verschraubten Mutter 226· sind in Anlehnung auf das vorhergehende Ausführungsbeispiel durch einen (·) gekennzeichnet. So besitzt die Schraube 210· einen zum Vorbereitungsabschnitt gehörigen Gewindegang 274, einen zum

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Übergangsabschnitt gehörigen Gewindegang 2 76 und einen zum Selbsthalteabschnitt gehörigen Gewindegang 278. Wie zuvor, ist der Übergangsabschnitt im wesentlichen normal ausgebildet, so daß er in ein zugehöriges Muttergewinde mit leichtem oder engem Preßsitz einschraubbar wäre. Ferner können die Gewindegänge im Querschnitt einen abgerundeten Polygonal-Querschnitt wie beim Ausführungsbeispiel von Fig. 10 aufweisen, oder sie können auch einen kreisrunden Querschnitt haben. Die Einschraubrichtung der Schraube 210· verläuft auch in Fig. 12 von links nach rechts und ist durch einen Pfeil 287 angedeutet.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 12 unterscheidet sich von der Schraube 210 von Fig. 11 dadurch, daß ihre nichtlinearen Gewindeflanken nicht bogenförmig konvex bzw. konkav geformt sind, sondern unter Einschluß eines Winkels im Teilkreisbereich 230» ballig bzw. vertieft ausgebildet sind. Selbstverständlich bleiben auch hier wieder die Spitzen- und Fußbereiche von den Formabweichungen unberührt und damit im Rahmen der Gewinde-Standard-Abmessungen, Ein radial außerhalb der Teilkreislinie 2 30· gelegener Flankenabschnitt 280 am Gewindegang 2 74 weist einen übernormal großen Winkel gegenüber dem Lot auf der Schraubenachse auf. Dieser Winkel beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 32 ° gegenüber dem Standard-Winkel von 30 °. Ein innerhalb der Teilkreislinie 2 30! liegender Flankenabschnitt 282 der gleichen Vorderflanke des Gewindeganges 274 weist dagegen nur einen Winkel von 26 gegenüber dem Lot auf der Schraubenachse auf. Diese beiden Winkel ergeben die Balligkeit der Vorderflanke des Gewindeganges 274. In analoger Weise ist die Hinterflanke dieses Gewindeganges vertieft; so schließt ein radial außerhalb der Teilkreislinie 230' liegender Flankenabschnitt 284 mit dem Lot auf der Schraubenachse einen Winkel von 28 ° ein, während der darunterliegende Flankenbereich hiervon um einen Winkel von 34 ° abweicht. Daraus ergibt

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sich an jeder Stelle der beiderseitigen Flanken ein Flankenwinkel von jeweils 60 °. Die vorstehend gegebenen Winkelwerte haben lediglich exemplarische Bedeutung.

Beim Gewindegang 278 aus dem.Selbsthalteabschnitt der Schraube 210 ist die Wölbungsrichtung der Vorder- und Hinterflanke gegenüber dem Gewindegang 274 genau umgekehrt, wie sich leicht aus Fig. 12 entnehmen läßt. Die Verformungsvorgänge an den Gewindegängen des Muttergewindes sind bei dem Ausführungsbeispiel der Schraube 210· praktisch die gleichen wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel, nämlich der Schraube 210. Während das Ausführungsbeispiel von Fig. 11 leicht gekrümmte Gewindeflanken aufweist, liegen bei Fig. 12 bestimmte feste Winkel vor, welche die Gewindeflanken in der Nähe der Spitzen- und Fußabschnitte gegenüber dem vorher erwähnten Lot aufweisen. Die wirkliche lineare Verlagerung im Vorbereitungs- und im Selbsthalteabschnitt in Richtung der Teilkreislinie 230· ändert sich natürlich mit derGewindegröße und mit dem Passungsspiel· der Mutter. Je größer dieses Spiel ist, desto größer muß die Verlagerung ausfallen, damit ein fester Kontakt entsteht. Die gezeichneten Flankenveränderungen sind natürlich so gewählt, daß die notwendige Anschaulichkeit entsteht.

Wenn man im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch die besten Resultate mit einer selbsthaltenden Schraube erzielt, die einen Vorbereitungsabschnitt, einen Übergangsabschnitt und einen Selbsthalteabschnitt aufweist, so ist es natürlich auch möglich, eine derartige selbsthaltende Schraube nur mit einem Vorbereitungsabschnitt und einem Selbsthalteabschnitt zu versehen und auf den Übergangsabschnitt zu verzichten. Ferner ist es möglich - wie bereits erwähnt - eine derartige Schraube nur mit einem Selbsthalteabschnitt zu versehen.

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— ob —

Wenn auch alle zuvor beschriebenen selbsthaltenden Schrauben einen Schraubenkopf hatten, so hat dieser selbstverständlich nichts mit dem Wesen der Erfindung zu tun und kann entfallen. So kann die Schraube beispielsweise als Gewindestift oder Einstellschraube mit anderer Kopfform ausgebildet sein.

In Fig. 13 ist in schematischer Draufsicht ein Rollwerkzeug 308 dargestellt, mit dem man einem Ausführungsbeispiel der Erfindung entsprechende Schrauben rollen kann. Es handelt sich hier um ein Werkzeug zur Herstellung der Schraube 210 aus Fig. 9, deren Gewindegänge in einen Vorbereitungsabschnitt A, einen Übergangsabschnitt B und einen Selbsthalteabschnitt C unterteilt sindi Demgemäß ist auch die Oberfläche des Rollwerkzeuges 308, wie ein Schnitt durch eine Ebene 14 - 14 in Fig. 14 zeigt, in einen Abschnitt A, B und C unterteilt. So entspricht die Oberflächengestaltung der einzelnen Abschnitte A, B und C im wesentlichen den Konturen der entsprechenden Abschnitte der Schraube 210, und zwar im Längsschnitt. In den Fig. 15 und 16 sind entsprechende Werkzeugprofile dargestellt, wie sie zum Rollen von Schrauben gemäß Fig. 1-3 und 4 geeignet sind. Die Fig. 13 - 16 haben nur illustrativen Charakter und beanspruchen nicht, maßstäblich genau zu sein.

Erfindungsgemäß werden die in den Fig. 13 - 16 gezeigten Rollwerkzeuge in vom üblichen Rollvorgang etwas abweichender Weise verwendet. Jede Werkzeugrille im Werkzeug 308, beispielsweise eine Rille 302 zur Ausbildung eines Ganges im Vorbereitungsabschnitt A einer mit unterbrochenen Linien angedeuteten Schraube 304, verläuft mit im wesentlichen unverändertem Querschnitt vom rechten bis zum linken Ende des Werkzeuges in Fig. 13. Das Gleiche gilt für die benachbarten Werkzeugrillen für den Übergangsabschnitt und den Selbsthalteabschnitt. Da die Schraube einen Über-

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gangsabschnitt haben soll und das hierfür vorgesehene Formteil im Gesamtwerkzeug doppelt vorhanden ist, erhält man den gewünschten Übergangsquerschnitt, indem man alle Werkzeugrillen über ihre gesamte Länge hinweg mit dem gleichen Querschnitt fräst.

Ein geeigneter Schraubenrohling .(304) wird, zwischen zwei Rollwerkzeughälften, von denen eine in Fig. 13 dargestellt ist, eingelegt, und die komplementären gerillten Werkzeugoberflächen formen unter gegenseitiger Anpressung die Gewindegänge in den Schraubenrohling. Der Rohling liegt dabei im wesentlichen rechtwinklig zum Verlauf der Werkzeughälften, und unter einem vorbestimmten Winkel gegenüber den Werkzeugrillen. Das Rohteil(304) befindet sich zunächst am linken Ende des Rollwerkzeuges 308 und bewegt sich zwischen der einen statischen und der anderen beweglichen Werkzeughälfte rollend nach rechts hinüber. Im Verlauf dieser Rollbewegung kann sich der Gewindequerschnitt ändern. So kann sich in einem vorgegebenen Abstand vom Schraubenkopf das Rohteil erst in einen Abschnitt 306 eindrücken, welcher den Vorbereitungsabschnitt A herstellen soll. Während sich das Rohteil nach rechts hinüberbewegt, wird nach und nach der gleiche Gewindeabschnitt in einen Übergangsabschnitt und anschließend in einen Selbsthalteabschnitt umgeformt, wenn sich die gerollte Schraube am rechten Ende des Rollwerkzeuges 308 befindet. Diese Werkzeugausführung ist viel einfacher als bisher benutzte Vielabschnitt-Werkzeuge, wo die einzelnen Abschnitte A, B und C zwischen den Enden der einzelnen Werkzeugrillen abgegrenzt sind, so daß beispielsweise ein bestimmter Abschnitt des Schraubenrohlings nur Werkzeugrillen einer bestimmten Formgestaltung durchläuft. Der erfindungsgemäße Werkzeugaufbau macht kein Umsetzen von Fräswerkzeugen o· dgl. beim Fräsen von Rillen des Rollwerkzeugs erforderlich. Beim Rollwerkzeug werden angenähert gleichmäßige Abstände zwischen Spitzen- und Fußabschnitten eingehalten.

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Die Rollwerkzeug-Hälften werden möglichst in herkömmlicher Weise leicht gegeneinander verkantet, damit der Gewinde-Rollvorgang etwas progressiv abläuft. Das heißt, beim ersten Ansetzen an den Schraubenrohling haben die Rollwerkzeug-Hälften zunächst einen etwas größeren Abstand voneinander, der sich zunehmend verkleinert, so daß sich die Gewinderillen zunehmend vertiefen. Außerdem ist der Schraubenrohling günstigerweise leicht konisch gehalten, und zwar im Durchmesser zunehmend in Richtung auf den Schraubenkopf, so daß die Gewindegänge im Selbsthalteabschnitt etwas stärker ausgeprägt sind als im Vorbereitungs- ' abschnitt.

Abschließend sei gesagt, daß sich die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern auch auf alle möglichen Abwandlungen bezogen werden kann, welche im Rahmen der Erfindung liegen.

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Zusammengefaßt offenbart die Erfindung ein selbsthaltendes bzw. selbstsich^rndes Befestigungselement mit einem zu dessen Herstellung geeigneten Rollwerkzeug. Der Vorteil dieses Befestigungselementes ist darin zu sehen, daß sich mit seiner Hilfe eine vorhersehbare und steuerbare Selbsthaltewirkung erzielen läßt. Ferner offenbart die Erfindung eine neuartige selbsthaltende Gewindekonfiguration, bei der die Vorder- und/oder Hinterflanke eines oder mehrerer Gewindegänge des Schraubenartigen Befestigungselementes so auf die anliegenden Flanken des Muttergewindes einwirken, daß zwischen den Flanken eine Übermaß-Pressung entsteht. Das verwendete Muttergewinde liegt im industrieüblichen Toleranzbereich, und zur Erzielung der vorausschaubaren und steuerbaren Selbsthaltewirkung ist das erfindungsgemäße schraubenartige Befestigungselement mit einer Gewindeform ausgestattet, welches die toleranzbedingten Varianten, welche den Selbsthalteeffekt ungünstig beeinflussen könnten, ausschaltet. Zu diesem Zwecke ist der Gewindeabschnitt des Befestigungselementes in einen Vorbereitungsabschnitt und in einen Selbsthalteabschnitt unterteilt, wobei die Gewindegänge innerhalb des Vorbereitungsabschnittes so ausgebildet sind, daß sie das Innengewinde des anderen Gewindeteiles verformen und kalibrieren, so daß alle Unregelmäßigkeiten verschwinden. Wenn dann anschließend die so verformten Innengewindegänge mit den Gewindegängen des Selbsthalteabschnittes zusammentreffen, entsteht die vorbestimmte Selbsthaltewirkung.

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Claims (15)

1. Ansprüche

   ΐ Λ Selbsthaltendes Befestigungselement mit einem Außengewinde zum Einschrauben in ein Innengewindeteil, dessen Gewindekonturen einen im wesentlichen kreisrunden Querschnitt und im wesentlichen einheitliche, innerhalb der industrieüblichen Toleranzen liegende Abmessungen aufweisen, mit einem Schraubenkopf, einem Schaft, einem sich verjüngenden Ansetzende, und mit einer sich zumindest W über einen Teilbereich des Schaftes erstreckenden Außengewinde-Länge, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengewinde (17, 17') mindestens in einen an das Ansetzende (16;16';116;216) angrenzenden und aus mehreren Gängen (17A) eines" das Innengewinde (27) in eine gewünschte Form umwandelnden und kalibrierenden Gewindes bestehenden Vorbereitungs-Abschnitt (A), und in einen in Einschraubrichtung (77 ...) hinter dem Vorbereitungs-Abschnitt (A) liegenden selbsthaltenden Gewindeabschnitt (B, in Fig. 1 bis 4, 7, 8; und C in Fig. 9) unterteilt ist, dessen Gewindekonturen so gestaltet sind, daß sie im Eingriff mit den zuvor durch den Vorbereitungs-Abschnitt (A) verformten Gängen des Innengewindes (27) an einer oder mehreren anliegenden Innengewindeflanken (22-74; 24-68) einen vorbestimmten Grad von Pressung erzeugen, um auf diese Weise das Befestigungselement (10; 10'; 110; 210) innerhalb des mit dem Innengewinde versehenen Elementes (26, 26') im verschraubten Zustand selbsthaltend zu sichern.
2. 2. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vorbereitungs-Abschnitt (A) mehrere Kalibrier-Gewindegänge (17A) in radial zurückgesetzter

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   Ausführung gehören, deren wirksamer Teilkreis-Durchmesser (28) mindestens so groß ist wie der maximal zulässige Teilkreis-Durchmesser (29) des Mütter-Innengewindes (27); und daß zum selbsthaltenden Gewindeabschnitt (B) mindestens ein Gewindegang (17B) mit einem' Teilkreis-Durchmesser (30) gehört, der größer ist als der Teilkreis-Durchmesser (28) der Kalibrier-Gewindegänge (17A), so daß durch die Kalibrier-Gewindegänge alle toleranzbedingten Abweichungen des Innengewindes (27) ausgeglichen werden und ein Innengewinde von vorbestimmter Form entsteht, dessen Teilkreis-Durchmesser um einen vorbestimmten Wert (32) kleiner ist als der Teilkreis-Durchmesser (30) der selbsthaltenden Gewindegänge (17B), so daß die mit diesen Gängen im Eingriff befindlichen ausgeglichenen -Gewindegänge (27) eine vorbestimmte Flanken-Pressung erfahren, welche eine dauerhafte Schraubverbindung sicherstellt.
3. 3. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vorbereitungs-Abschnitt (A) mehrere Kalibrier-Gewindegänge (17A) in radial zurückgesetzter Ausführung und mit einem Standard-Profil gehören, deren wirksamer Teilkreis-Durchmesser mindestens so groß ist wie der maximal zulässige Innengewinde-Teilkreis-Durchmesser (29), und die beim Einschrauben das Innengewinde (27) in der vorbestimmten Weise verformen, so daß ihr Teilkreis-Durchmesser durch die Kalibrier-Gewindegänge bestimmt ist; und daß zum selbsthaltenden Abschnitt (B) mindestens ein ganzer Gewindegang (17B) gehört, dessen eine Flanke (22) axial nach außen und dessen andere Flanke (24) axial nach innen gewölbt ist, so daß die nach außen gewölbte Flanke (22) im Eingriff mit dem verformten Innengewinde (27) eine der Selbsthaltung zwischen beiden Gewindeteilen (lOund 26) dienende Flanken-Pressung bewirkt.

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4. 4. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vorbereitungs-Abschnitt (Ä) mehrere Gewindegänge mit je einer in eine erste Axialrichtung nach außen gewölbten Flanke (118) und einer in die gleiche Axialrichtung nach innen gewölbte Flanke (120) gehören, welche beim Einschrauben die Innengewindegänge (27) des Muttergewinde-Elementes (26) zu gegenüber ihrer Urform entsprechend nach außen (158) bzw. nach innen gewölkten Flanken (156) verformen; und daß zum selbsthaltenden Abschnitt (B in Fig. 7, 8; C in Fig. 9) zumindest ein selbsthaltender Gewindegang (146) gehört, dessen eine Flanke (160) an der axial nach außen gewölbten Flanke (158) des Innengewindes anliegt und dadurch die i-elbsthaltewirkung erzielt.
5. 5. Befestigungselement nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum selbsthaltenden Abschnitt (Bi bzw. C) eine in eine zweite Axialrichtung, welche der ersten Axialrichtung entgegengerichtet ist, nach außen gewölbte Hinterflanke (222) und eine komplimentär vertiefte Vorderflanke (224) gehört.
6. 6. Befestigungselement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet/ daß der Verlauf der Gewindespitzen (23; 23'; 136; 228) und der Gewindefuß-Bereiche (25; 25'; 129; 229) der Gewindegänge von abgerundetem Pölygonalquerschnitt sind, bei dem gekrümmte vertiefte Seitenbereiche (242, 244, 246) sich am Umfang mit dazwischenliegenden nockenförmigen Ausläufern (236, 238, 240) abwechseln, wobei die Scheitel der nockenförmigen Ausläufer einen größeren Abstand von der Symmetrieachse der Schraube (lo) aufweisen als die Scheitel der vertieften Seitenbereiche, welche zwischen diesen Ausläufern liegen und harmonisch in diese übergehen (Fig. 10).

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7. 7. Befestigungselement nach Anspruch 1, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen gewölbten Flanken (24, 22', 118, 218 und 222) konvex abgerundet, und die vertieften Flanken (22, 24", 120, 220 und 224) konkav abgerundet sind.
8. 8. Befestigungselement nach mindestens einem der Ansprüche 1, 3, 4, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen gewölbten Gewindeflanken (280, 282) eine dachartige Auswölbung bilden, deren winkliger Scheitel . in der Nähe des Teilkreises (23O¹) liegt; und daß die nach innen gewölbten Flanken 284, 286) in ähnlicher Weise zu einem in der Nähe dieses Teilkreises (23O¹) liegenden Scheitel abgewinkelt sind.
9. 9. Befestigungselement nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Gewindekonturen so ausgelegt sind, daß ein Muttergewinde (27) mit kreisförmigem Querschnitt, welches innerhalb der industrieüblichen Toleranzen liegt und dessen Teilkreisdurchmesser (29) kleiner ist als ein wirksamer Teilkreis-Durchmesser der Gewindegänge (17A) des Vorbereitungs-Abschnittes (A), durch diese Gewindegänge umgeformt wird.
10. 10. Befestigungselement in Form einer Schraube mit einem im wesentlichen geraden Schaftabschnitt, auf den ein durchgehendes Gewinde gerollt ist, nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Flanke (22¹) des Gewindes (17') über mindestens einen vollen Gewindegang hinweg zwischen Fußbereich (25') und Spitzenbereich (23') so axial nach außen' gewölbt ist, daß die größte Wölbung im wesentlichen auf dem Teilkreis-Durchmesser bzw. Flanken-Durchmesser (30¹) des Gewindes liegt, während die entgegengesetzte Flanke

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    (24¹.) des Gewindes um einen im wesentlichen gleichen Betrag zwischen Spitzenbereich und Fußbereich nach innen gewölbt ist.
11. 11. Befestigungselement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbung der Gewindeflanke (22¹V 24') einer Einschraubrichtung (77') der Schraube (ΙΟ¹) entgegengesetzt gerichtet ist.
12. 12. Befestigungselement nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde über mehrere Gänge hinweg einen im wesentlichen gleichartigen Querschnitt aufweist, wobei der Windungsabstand am Teilkreis- bzw. Flanken-Durchmesser (30¹) des Gewindes etwa halb so groß ist wie der Windungsabstand an den Spitzen- und Fußabschnitten.
13. 13. Befestigungselement nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbung der Flanken (280, 282) dachähnlich und mit einem annähernd im Teilkreis-Durchmesser (23O¹) liegenden Scheitel ausgebildet ist, während die Vertiefte Flanke (284, 286) in ähnlicher Weise nach innen gewölbt ist, wobei der Scheitel ebenfalls auf dem Teilkreis-Durchmesser der Schraube (210¹) liegt.
14. 14. Befestigungselement nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß der axialen Wölbung die Summe der Toleranzen einschließlich der Spielpassung für eine normgemäße vergleichbare Schraube und Mutter übersteigt.
15. 15. Rollwerkzeug zum Herstellen eines durchgehenden Gewindes aus einem Schraubenrohteil zur Fertigung eines

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    Befestigungselementes mit einem aus Metall bestehenden Grundkörper mit einer Anzahl von im wesentlichen parallel und mit annähernd gleichen Abständen zueinander verlaufenden Gewindeformrillen auf einer seiner Oberflächen, welche in mehrere Abschnitte mit unterschiedlichem Querschnitt aufgeteilt sind, wie sie zum Rollen von Abschnitten mit unterschiedlichem Querschnitt am Befestigungselement-Rohteil erforderlich sind, nach minestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gewindeformrille (302) über ihren ganzen Verlauf hinweg einen im wesentlichen gleichmäßigen Querschnitt aufweist, welcher zur Formung eines bestimmten Gewindeabschnittes (A, B oder C) einer bestimmten Gewindeart eingerichtet ist.

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