DE2167036A1

DE2167036A1 - Selbstschneidende schraube, sowie verfahren und vorrichtung zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2167036A1
Application number: DE19712167036
Authority: DE
Inventors: Herman Gustave Muenchinger
Original assignee: Research Engineering and Manufacturing Inc
Current assignee: Research Engineering and Manufacturing Inc
Priority date: 1970-01-19
Filing date: 1971-01-05
Publication date: 1977-11-10
Also published as: GB1336878A; IE35529B1; IL35852A0; DK139341B; DE2100204C3; CA926165A; US3681963A; DE2100204A1; ES387335A1; ZA708293B; NL7809243A; CH541733A; IL35852A; SE382400B; SU419053A3; NL7100217A; BR7100305D0; FI61647C; JPS5621497B1; NL161697C

Description

Dipl. Ing. H. VH-kmann. Dipl. Phy< Dr. K. FIncke
Dipl. Ing. F. A. W.iuk.-nann, Dipl. uham. B. HubK - ■ ■
8 München 80, MöhistraBe 22

EESEARCH liN&lifjiIZiaiXKG & MANUFACTURING INO., 459 Ht, Plean."r?t Street, llev/ Bedford, Massachusetts,

Selbstschneidende Schraube, sowie Verfahren und Vorrichtung zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft gewindeforraende Befestigungselemente, v/ie selbstsclmeidende Schrauben, sov/ie Verfahren und Vorrichtungen zu deren Herstellung.

Es sind bereits selbstschneidende Schrauben bekannt, die lobuläre Vorderenden haben, an denen ein Gewinde mit !Flankenquerschnitten in Porru eines Vielecks meistens eines Dreiecks mit Bögen als Seiten ausgebildet ist, um mit einer möglichst kleinen Drehkraft auszukommen. Solche Schrauben können zum Zweck einer maximalen Haltekraft einen Hauptschaft mit kreisförmigem Querschnitt haben«. Eine Schraube, die auf ihrer ganzen Gewindelänge einen speziellen lobulären !Flankenquerschnitt' hat, ist einer Schraube vorzuziehen, die einen solchen Querschnitt nur auf dem Vorderende trägt, da erstere durch Walzen eines entsprechend geformten Rohlings zwischen sogenannten ebenen herkömmlichen GewindewaHabaoken hergestellt werden kann» Bisher mußten Schrauben, die

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einen runden Schaft und ein lobuläres End· hubjWt 5*1$ Hilft von SpezialWerkzeugen hergestellt werden. Solche Spezialwerkzeuge sind nicht nur teuer in der Herstellung, sondern_: *., lassen sich auch nur mit Mühe in der Maschine eo justieren, daß sie voll befriedigende Resultate ergeben· Wie man erkannt hat, iat jedoch eine Schraube, die nur auf dem Vorder*· ende einen lobülären Flankenquerschnitt hat, auf de» Hauptschart dagegen einen kreisförmigen GowiitdequeTöGhnltt,. für manche Verwendungszwecke sehr vorteilhaft, da bIö ein HInI-' raum an Drehkraft benötigt und dabei ein Maximum an Halte-! ;*. kraft bietet. ' .-..*" " , »

Die Erfindung sieht ein neues, verbessertes Herstellungs- -verfahren für selbstschneidende Schrauben oder ähnliche Befestigungselemente vor, die ein lobuläres, mit Gewinde versehenes, schräg zulaufendes 'Endstück und einen Gewindeschaft mit kreisförmigem Querschnitt haben· Das erfindungegemäße Verfahren bietet gegenüber den bisher bekannten Verfahren Vortolle. So können für die Fertigung der ßohraube billige Gewindewalzbaoken zuin Wal κ en der geraden Gewinde auf einem Hauptschaft und der ■ohrUg zulaufenden Gewindt auf dom gewindeformenden, in dae Werkstück eindringenden Ende verwendet werden. Kin weiterer Vorteil deo erfind unge«* geinäßen Verfahrens besteht darin, daß der Rohling, der awischen den erwähnten \/alabacken gerollt wird_# aus einem Runddraht geformt werden kann» Ferner kann die Schraubenkopfform, die dazu dient, dem Rohling vor dem Gewindewalzen seine endgültige Form zu geben, eine billige Konstruktion sein, die eine zylindrische Haupthöhlung verwendet» an deren Boden ein kurzer Extrueioneabechnitt mit lobularem Querschnitt vorgesehen ist·

Nach dem Verfahren· der Srfindung wird ein Rohling mit einem kreisförmigen, zylindrischen Schaft und feinem gebogenen lo-

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bulären· Vordersnde einschließlich eines sich verjüngenden Abschnittes zwischen den erwähnten Walzbaeken derart gerollt,· daß ü,er Ge v/in de kämme tragende Walzbackenteil zum formen des Gewindes über dem Schaft und dem sich verjüngenden Teil des Rohlings au liegen kommt und ein praktisch glatter, ungerillter Walzbackenteil mit dem lobulären Abschnitt des Rohlings in Kontakt tritt, Während der Rohling zwischen den Walzbacken gewalzt wird, bewirkt der von den glatten WaIabackenflächen ausgeübte Druck, daß die Achse des Vorderendes des Rohlings bei jeder Umdrehung des Rohlings zwischen · den sich gegenüberstehenden Walzbäckenflächen hin- und her- · schwingt, uiiä diese Oszillation wirkt auf den anschließenden 'üeil des Rohlings derart zurück, daß auf dem selbstschneidenden Seil des Rohlings ein sich verjüngendes Gewinde mit den gewünschten gebogten lobulären Gewindequerschnitten ausgeformt wird.

Me dabei entstehende erfindungsgemäße Schraube zeichnet sich durch einen geraden zylindrischen Schaft mit einem geraden Gewinde durch durch einen Vorderteil mit einem nach innen sich verjüngenden Gewinde von lobulärem Querschnitt au3, wobei jedoch die lobuläre Querschnittsform in einem allmählich abnehmenden Maß in den unmittelbar an den sich verjüngenden Vorderteil anschließ end e.n- Schaftteil hineinreicht»

Ferner sieht die Erfindung eine neuartige Schraubenkopfmaschine zum Formen des Rohlings vor, die eine relativ lange äußere zylindrische Formhöhlung mit kreisförmigem Querschnitt^ sowie eine relativ kurze innere Formhöhlung mit dem gewünschten gebogten lobulären Querschnitt aufweist, wobei die Wände der äußeren Formhöhlung nach innen schräg zulaufen und glatt in die Seitenwände der inneren Formhöhlüng übergehen,,

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Weiter sieht die Erfindung einen neuartigen Gewindswalz*- backen zum Walzen der Gewinde auf dem erwähnten Rohling vor, der einen ersten, Gewindekämcie tragenden Teil mit sich abwechselnden Kämmen und Fallen hat, der über dem geraden zylindrischen und über dem sich verjüngenden Abschnitt dea Rohlings zu liegen kommt. Der in Längsrichtung.äußere Randteil des Gewindewalzbackens ist praktisch glatt und kommt über dem lobuläreh Ende des Rohlings zu .liegen«. Der letztgenannte Randteil kann ein separates Element sein, das längs, dem ersterwähnten Walzbackenteil angeordnet ist_e

Zu den weiteren Vorteilen des Verfahrens,.der Vorrichtung und der Schraube gemäß der Erfindung gehört die,Verwendung eines vereinfachten Werkzeugs zur Herstellung der Schrauben, da erstens keine spezifisch geformte, unkreisförmige Drahtziehform notwendig ist, zweitens keine speziellen Eintragwalzen erforderlich sind, um den Draht in die Schraubenkopfmaschine vorzuschieben; drittens kein eigenes Messer zum Abschneiden, viertens keine speziellen Haltespulen, und fünftens keine eigenen Vorschubfinger, wie bei den bisher bekannten Verfahren notwendig sind.

Zusammenfassend sind die Ziele der Erfindung: 1 «> ein selbstschneidendes, gewindetragendes Befestigungselement mit einer in schmalen Toleranzgrenzen gleichbleibenden Form zu schaff eil, das einen Gewindeschaft mit kreisförmigen Plankenquerschnitten und ein mit Gewinde versehenes, sich verjüngendes Vorderteil mit- gebogten lobulären Plankenquerschnitten hat; 2„ ein vereinfachtes und verbilligtes Verfahren zum Herstellen des erwähnten Befestigungselementes zu schaffen und 3« ein vereinfachtes, billiges Werkzeug zur Ausübung dieses Verfahrens vorzusehen, das Gewindewalzbacken und eine Schraubenkopfmaschine aufweist.

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Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen hervor. Es zeigen:

Pig.1 eine. Seitenansicht eines Rohlings in seiner ursprünglichen Porm, aus dem die erfindungsgeraäße Schraube geformt wird;

Pig<>2 eine Bn.danRJ.cht des Rohlings der Pigd;

Pig.3 eine Seitenansicht des Rohlings nach dem Anstauchen des Kopfes und Anspitzen;

Pig.4 einen Tcilochnitt nach der Linie 4-4-der Pigo3» Figo 5 eine Teilend ansicht nach der Linie 5-5 der Pig.3; Pig.6 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schraube;

Pige7 einen schematischen Teilschnitt nach der Linie 7-7 der Figo 6;

Pigo8 eine Teilendansicht nach der Linie 8-8 der Pig.6;

Pigo9 eine fragmentarische Seitenansicht des Endstückes eines Schraubenrohlings gemäß einem sweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Figo 10 einen Schziitt durch zwei erfindungsgemäße Gewinde-A^alzbacken,' zwischen denen in einem Abstand der Schraubenrohling der Pig»3 liegt;

Pige11 eine Schnittansicht der V/alzbacken von Pig_o10, nachdem auf dem Rohling die Gewinde angebracht sind;

Pig.12 eine fragmentarische Sohnittansicht, die eine Zwischenstufe beim Porrnen des Gewindes auf dem Schraubenrohling zeigt;

Pig.13 eine schematische Endansicht der \falsbacken von Pigo.11 KU Beginn des Gewindewalzens auf einem Schraubenrohling;

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Fig· 1*4 einen .Schnitt durch eine Schraubenkopf maschine zum

Formen des Rohlings gemäß Figo, mit dem darinliegen-■* den Rohling5

Fig.15 und 16 Schnittansichten nach den Linien 15-15 bzw. 16-16 der Fig.H?

Fig. 17 eine Seitenansicht eines Schraubenrohlings gemäß einer weiteren Ausführungsform de,r Erfindung;

Figo 18 eine Teilendansicht des Rohlings der Figo 17; " "

Fig.19 eine Seitenansicht eines Schraubenrohlings in einer weiteren Ausbildung der Erfindung; ■ _ *

Fig»20 eine Teilendansicht des in Fig.19 gezeigten Roh-· lings;

Fig.21 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schraube;

Fig.22 eine Teilendansieht der in Figo21 gezeigten Schraube;

Fig.23 eine Seitenansicht eines Schraubenrohlings in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, der zwischen zwei (rewindewalzbacken ebenfalls gemäß einer anderen Ausführungsform liegt;

Figo24 eine fragmentarische Ansicht des Endstückes einer aus dem Rohling der Figo23 geformten Schrauben zusammen mit Teilen der G-ewindewalzbacken;

Fig·25 eine fragmentarische Ansicht des Endstückes einer Schraube in einer weiteren Ausbildung der Erfindung, sowie von Teilen zweier Gewindewalzbacken zur Herstellung der dargestellten Schraube;

Fige26 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schraube in noch einer anderen Ausführungsform und

Fig.27 eine Aufsicht eines erfindungsgemäßen Gewindewalzbackens»

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In Pig.6 ist eine selbstßchneiäende Schraube 10 in. einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Me Schraube weist einen verbreiterten sechseckigen Kopf 12 mit einer angeflanschten Beilagscheibe 14 auf, sowie einen Hauptgewinneschaft 16 und ein in das Yferkstück eindringendes vorderes Endstück 18 auf, das mindestens zum Teil mit einem Gewinde versehen ist. Der Gewindeschaft 16 trägt ein gleichmäßiges,gerades gewalztes Gewinde, wogegen das Endstück 18 mit einem sich verjüngenden gewalzten Gewinde versehen ist, das eine Fortsetzung des Gewindes auf dem Schaft 16 darstellt. Der Schaft 16 ist zylindrisch und,sein Gewinde zeigt im Schnitt durch die Gewindekämmei die Gewindeflanken und die Gewindefüße Kreisquer schnitte, wie aus Fig<>7-deutlich wird» Das vordere Endstück 1'8 trägt ein sich verjüngendes Gewinde, dessen Querschnitt durch die Gewindekämme, die Gewind'eflanken und die Gewindefüße eine lobuläre Form zeigt. Genauer hat bei diesem Ausführungsbeispiel das sich, verjüngende Gewinde die Querschnittsform eines Dreiecks mit bogenförmigen Seiten 24, die von gerundeten Vorsprüngen 26 mit kleinem Krümmungsradius ausgehen, wie in Fig.8 deutlich zu erkennen ist. Die Höhe der, Gewindegänge auf dem Endstück 18 wird in Richtung vom Schaft zum Vorderende 20 fortschreitend kleiner und verschwindet allmählich ganz, bevor noch das Vorderende erreicht ist, so daß ein gewindeloser Druckzapfen 22 entsteht.' Das sich verjüngende Gewinde 18 hat in diesem Fall praktisch voll ausgebildete, relativ scharfe Kämme auf seiner ganzen Länge, zumindest an den gerundeten Vor Sprüngen .der Gewindequeröchnitte«, Dagegen werden die Gewindefüße 23 des sich verjüngenden Gewindes zum Vorderende 20 hin allmählich immer mehr abgeflacht, v/ie aus Fig.6 hervorgehtο

Wie' Fig.8 erkennen läßt, springen die bogenför-migen Seiten. 24 der lobulären Querschnitte in den vorderen Endstück der

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Schra.ube im Vergleich zu den Querschnitten in äein flauptgewindeschaft in radialer Richtung zurück und diese radiale Rücksetzung wird zunehmend kleiner, je mehr sich die lobulären* Querschnitte dem Haupt schaft nähern. Auf diese Weise kommt ein glatter Übergang vom Gewinde des Schaftes zum lobulären Gewinde des vorderen Endstückes zustande_e Aus noch zu erklärenden Gründen können die Gewindegänge auf dem Hauptschaft in dem zum Vorderende nächsten Teil auch geringfügig lobulär sein infolge der noch au beschreibenden spe— fe ziellen ]?ertigungsmethode_e Der Haupt anteil der Gewindegänge auf dem Hauptschaft hat jedoch kreisförmige Gewindequerschnitte und bietet infolgedessen eine maximale '.Festhalte- '-kraft.

In dem eben beschriebenen Beispiel haben die Plankenquerschnitte des Gewindes auf dem vorderen .Endstück Dreieck— • form; doch können diese"Querschnitte eine beliebige gebogtlobuläre Form haben mit einer ungeraden Anzahl von abgerundeten Vor3prüngen und dazwischenliegenden gebogenen Seiten. Aus praktischen Gründen werden jedoch gewöhnlich nicht mehr als fürtf Vorsprünge, und bogenförmige Seiten vorgesehen, um "die Anforderungen eines niedrigen Drehmomentes beim Vortrieb zu erfüllenο

.Dei· Rohling, auf dem Gewinde gewalzt werden, · um die in ]Fige6 gezeigte Schraube herzustellen, ist in den Fig.3, 4 und 5 veranschaulichte Ein solcher Rohling wird aus einem Drahtstück 29 (siehe IPig.1 und 2) geformt und enthält den verbreiterten Kopf 12 und die angeflanschte Beilageacheibe 14 der fertigen Schraube, sowie einen zylindrischen Schaft 30 mit Kreisquerschnitt, ein vorderes Endstück mit einem Führungsteil 32 von lobiilärem geboten Dreiecksquerschnitt und einem dazwischenliegenden, sich verjüngenden Übergangsteil 34. Das vordere Endstück 18 der fertigen Gehraube von . ¥igo6 wird aus den Teilen 32 und 34 des Rohlings geformt«

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Das äußerste Ende 32 hat Querschnitte in der Form von gleichseitigen Bogendreiecken mit bogenförmigen Seiten 31, die von zwischengefüp;ten abgerundeten Ecken 33 ausgehen» Wie aus 3?igo5 hervorgeht, ist die Achse 35» zu der die lobulären -Querschnitte des Führungsteils des Rohlings symmetrisch angeordnet sind, eine Verlängerung der Achse des Rohlingschaftes und die abgerundeten Ecken oder Vorsprünge 33 liegen auf el&ev axialen Projektion der Zylinder.fläche 30 des Schaftes, so daß die VorSprünge 33 eine annähernd geradlinige axiale Verlängerung der Oberfläche des Schaftes 30 bilden, wie aus'Figo3 deutlich hervorgeht»

Wie Figo5 zeigt, liegt das Maximum der radialen Zurücknahme des Führungsteils gegenüber dem Schaft in der Mitte j ed ei¹ Bogenseite 31» Das Maß dieser Rücksetsung der Seiten 31 kann beispielsweise zwischen dem 0,3- und dem 0,6-fachen der Ganghöhe des Gewindes liegen. Gerade dieses Verhältnis wird sich für die Schrauben mit Gangabständen ändern. Die genannten Zahlen sind nur Beispiele für eine gegebene Größe des Rohlings; ohne Zweifel können andere Vierte der radialen Einrückung auch brauchbare Schrauben gemäß der Erfindung ergeben.

Der sich- verjüngende Übergangeteil 34 des Rohlings braucht keine spezielle Querschnittsform zu haben«, Bei dem dargestellten Rohling sind die den Teil 34 bildenden Flächen im Querschnitt konzentrisch zur !Krümmung der bogenförmigen Seiten 31 gekrümmte Sie könnten a.ber auch beispielsweise konisch zulaufen. Unter "konisch zulaufen" wird hier verstanden, daß die Krümmung dieser Übergangsflächen im Querschnitt konzentrisch zur Krümmung des Schaftes 30 verläuft« Wie in Fig.9 gezeigt, ist das äußerste Endteil 36 im Querschnitt gebogen-lobulär geformt, wie dies bej 31 Γ 33 in Fig_o5 dargestellt ist« Der Üb ergangsteil 37 mit der.,konischen Verjün-

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gung ist im Querschnitt konzentrisch zu dem runden Schaft 38 gekrümmte Ein solcher konisch zulaufender Übergangsteil ist in vielen Fällen zweckmäßig, weil er sich mit weniger kostspieligen Werkzeugen herstellen läßt.

Ob.nun der Übergangoteil des Rohlings im Querschnitt gebogen-lobulär geformt ist, wie in Figo3 gezeigt, oder konisch, wie in Fig«9 gezeigt, das darauf ausgebildete Gewinde ist im Querschnitt das gleiche, wie in Figo8 dargestellte Dies - liegt in dem nachstehend beschriebenen Herstellungsverfahren begründet. ' .· · .. , ■

Wenn der sich verjüngende Übergangsteil des vorderen Endstückes des Rohlings einen gebogen-lobulären Querschnitt hat, gleich dem in Figo5 durch die Linien 31, 33 dargestellten, kann die axiale Länge des geradwandig äußersten Endteiles 32 kürzer sein, als wenn die sich nach innen verjüngenden Flächen 34 des Rohlings einen Konus bilden. Wenn zudem die nach innen zulaufenden Flächen 34 von gebogen-lobulärem Querschnitt sind und wenn der Verjüngungswinkel sehr klein ist, können sich diese Flächen praktisch bis. zum äußersten Ende des Endstückes des Rohlings fortsetzen. Wichtig ist jedoch, daß ein Stück von beträchtlicher Länge über dem vorderen Endstück des Rohlings einen gebogenen-lobulären Querschnitt aufweist, ob es nun zueinander parallele Seiten hat, wie in Fig.3 gezeigt, oder ob seine Seiten leicht schräg nach innen verlaufen.

Die maximale Breite des vorderen Endstückes dec Rohlings darf nicht wesentlich größer sein als der Flankendurchmes— ser des Gewindes auf dem Schaft der fertigen Schraube? er kann jedoch kleiner sein. Der Flankendurchmesser ist in Fig.6 und 7 mit gestrichelten Linien 16a angedeutet.

Der ursprüngliche Rohling der Fig»1 und 2 wird in einer

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Schraubenkopfform, wie sie in Figo14 bis 16 gezeigt ist, in die in 'Figo3 gezeigte Form gebrachte Diese Form weist eine Ummantelung A4 auf, die in einer herkömmlichen Schraubenkopf maschine montiert werden kann. In ihr ist ein zylindrischer Formeinsatz 46 gehaltert· Der Forraeinsatz weist eine äußere Formhöhlung 48 mit kreisförmigem Querschnitt zur Aufnahme des zylindrischen Rohlings 29 eiuf. Der Formeinsatz wirkt mit· einem oder mehreren Pr.eßstempeln 50 der Schraubenkopfmaschine zusammen, um den verbreiterten Schrau-. benkopf 12 und den Beilagscheibenflausch 14 am einen Ende des ursprünglichen Rohlings anzustauohen und zu-formen«, Die Formhöhlung hat ferner einen Übergangsabschnitt 47, der. sich verjüngt und zum Formen des konischen Übergangsteiles 54 des Rohlings dient, sowie einen kurzen lobulären Abschnitt 49 mit parallelen V/änden, die mit der gewünschten gebogenlobulären Form' des !Führungsteils 32 des Rohlings, wie sie mit den Linien 31, 33 der Fig.5 gegeben ist, oder mit einer anderen der weiter unten beschriebenen lobulären Formen zusammenpaßt. Hinter dem Formeinsatz 46, der zur Extrusion dient, ist die Schraubenkopfform mit einem Entlastungseinsatζ 51 und einem Führungseinsatz 53 versehen, in dein das Ende eines in Achsrichtung hin- und herbev/eglichen Ausstoßdornes 52 befestigt ist, der zum Auswerfen des Rohlings aus der Schraubenkopfmaschine dient·

Zwei Gewindewalzbacken 56» 57 sind in einer beispielhafte^ Ausführung der Erfindung in Fig.10 dargestellt. Sie dienen zum Walzen der Gewinde auf. dem Rohling der Fig.3. Zur besseren Übersichtlichkeit sind sie in einem Abstand dargeotellt. Die Gewindewalzbacken sind mindestens in einer Längsrichtung des Rohlings, d.i. in einer Querrichtung der Gewindewalzbacken, im wesentlichen eben· Jeder Gewindewalzbacken hat eine Reihe von sich abwechselnden lCäminen 53 und Rillen 60, die derart geformt sind, daß" sie auf den Schaft

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30 α es Rohlings ein gejrades Gewinde und auf dem Üb er gangsteil 34 dea Rohlings ein sich verjüngendes Gewinde mit voll .entwickelten Kämmen, aber mit einer in Richtung zum stumpfen, xn das Werkstück eindringenden Bnde 32 sich allmählich verringernden Gewindehöhe bilden. Die Spitzen der Gewindekämme 5Ö der v/alzbacken liegen offensichtlich alle in der gleichen Ebene·, d.h. in Fig. 10 auf einer Geraden 62. In dem Abschnitt Jedes Yialzbackens, der an dem ,sich verjüngenden 34 des Rohlings anliegt, nimmt die liefe der Rillen

Richtung-zum unteren Rand der Walzbacken allmählich ab,

wie in Fig.10 dargestelltj doch bleibt der Boden dieser Rillen noch scharf definiert, wie bei 61 erkennbar« Jedoch werden die Spitzen 59» die am Übergangsteil des Rohlings liegen, in Richtung zum äußersten Ende des Rohlings mehr und mehr abgestumpft, bis schließlich die zunehmend abgeflachten Spitzen in den glatten oder praktisch glatten Randteil 64 der Gewindewalzbacken übergehen. Die glatten Randteile 64 kommen über dem äußersten Endteil 32 des Rohlings zu liegen und erstrecken sich in der gleichen Ebene wie die Spitzen der Kämme 58 des Walzbackengewindes, dargestellt durch die Linie 62, Man kann also sagen, daß jeder Gewindewalzbacken aus zv/ei feilen besteht, einem ersten Teil, dessen Kämme und Rillen über eine Breite reichen, die der länge des Gewindeteiles dee Rohlings entspricht, und einem zweiten, glatten oder im wesentlichen glatten Randteil 64·

Die Schraube der Fig·6 wird unter Verwendung der beschriebenen Werkzeuge nach folgendem Verfahren hergestellt:

Zuerst wird der ursprünglich zylindrische Rohling 29 unter Zuhilfenahme der in Fig,14 gezeigten Schraubenkopfform in einer herkömmlichen Schraubenkopfmaschine in den Schraubenrohling der Fig,3 verwandelt'. Der Schraubenrohling wird dann in die Gewinäewalzvorrichtung überführt, die mit Ge-

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windewalzbacken 56 und 57 versehen ist. Diese Gewindewalzbacken 56 und 57 wurden im Vorstehenden als flach geschildert,«· sie können aber auch ebenso gut Rotationswalzbacken sein« Der Vorgang des Gewindewalzen^ wird anhand der ]?ig«11, 12 und 13 beschrieben.

Zunächst sei auf die schematische Skizze der Fig«i3 Bezug genommen. Die Teile mit den parallelen Flächen 56, 57 stellen die einander gegenüberliegenden parallelen Oberflächen der Gewindewalzbacken dar. Der Schaft des Schraubenrohlirigs ist mit 30 gekennzeichnet. Hit 32 ist das Bndstück des Rohlings, das eine Bogendreiecksform mit gerundeten Ecken hat, dargestellt. Wie ersichtlich, sind die VJalzbackenflächen 56 und 57 in Kontakt mit diametral gegenüberliegenden Seiten des Rohlings 30, jedoch hat nur der oberste Vorsprung 33 des Endstückes 32 des Rohlings Berührung mit dem oberen Walzbacken, wogegen die unten liegende Seite 31 des Endstükkes einen Abstand 68 von der Oberfläche 57 des Gewindewalzbackens hat.. Es sei angenommen, daß nun ein Druck auf den Schraubenrohling zwischen den Y/alzbackenf lachen 56 und 57 ausgeübt wirdo Da die Oberflächen der Walzbaojcen 56, 57 mit dem runden Schaft 30 des Rohlings in Kontakt sind, werden in den sich gegenüberstehenden Seiten des Rohlings 30 Rillen entsprechend den Kämmen auf de-n Walzbacken geformt· Da jedoch der Randteil 64 des Walzbackens 56, der mit dem Vorsprung 33 des Endstückes 32 in Kontakt steht, glatt ist, kann er nicht in das Metall des Vorsprungs 33 eindringen« Demzufolge wird das Endstück 32 des Rohlings nach unten abgelenkt, wie dies in Pigoi3 durch den Pfeil 66 angedeutet ist.

In I?ig»i2 ist ein Schraubenrohling dargestellt, mit nur teilweise ausgebildeten Gewindegängen zwischen zwei sich gegenüberstehenden Gewindewalzbacken 56, 57 zu Beginn des Gewin-

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dewalzvprganges. Diese Fig. zeigt ferner, wie das Endstück 32 des Rohlinge durch den Druck des glatten Randteils 64 des oberen Walzbnclcens 56 gegen den oberen Vorsprung 33 des Endstückes 32 nach unten abgelenkt wird· Diese Ablenkung des Endstückes des Rohlings findet jedesmal statt, wenn einer der Vorspränge jnit dem einen oder dem anderen Gewindewalzbacken 56, 57 in Kontakt trittο In anderen Worten: Die Achse 70 des vorderen Endstückes des· Schraubenrohlings wird in eine mit 71 bezeichnete lage abgelenkt, jedesmal ·· wenn einer der Vorsprünge mit einem der glatten Randteile 64 des einen oder anderen_Walsbackens in Kontakt kommt" _o .. ■ Die Aohse des vorderen Endstückes des Rohlings wird daher praktisch kontinuierlich in Schwingungen um die Achse 70 des hinteren Teiles des Schraubenrohlings versetzt, zuerst in Richtung zum einen Walzbacken, dann in Richtung zum anderen. Die Bewegungskurve des abgelenkten Achsteils 71 während des Gewindewalzvorgangea ist daher sinusförmig oder wellenförmige Daraus ergibt sich, daß das nach innen sich verjüngende Gewinde am vorderen Endstück des Rohlings der Fig.3, einschließlich der konischen Schulter 34, Gewindeflanken, ■Gewindefüße und Gewindekämme mit gebogenen-dreieckigen Querschnittsformen erhält, die im wesentlichen der Querschnittsform des ursprünglichen Endstückes des Rohlings ähnlich: sind.

Fig.11 zeigt die Schraube mit fast vollendetem Gewinde kurz vor dem Auswerfen aus den Gewindewalzbaoken. Die Schraubenachse ist mit 70 bezeichnet. Der Winkel 72 stellt den gesamten Schwingungswinkel oder Ablenkwinkel des vorderen Endes der Schraube während des Gewindewalsprozesses dar« Die Achse 70 .rotiert in dem Schaft gegen das Hinter- oder Kopfende der Schraube zu selbstverständlich ohne Schwingung· In der Praxis wird die Achsschwingung am Vorderende des Rohlings durch den eich verjüngenden Abschnitt nach hinten übertragen und kann sich in ständig abnehmendem Maß ein kur-

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zes Stück weit in das Schaftende hinein fortsetzen, das unmittelbar an den sich verjüngenden Coil anschließt. Diese Schwingung der Achse des Rohlings in dem vorderen Teil und dem Übergangsteil des Rohlings ergibt in diesen Bereichen ein Gewinde mit voll entwickelten Spitzen von im wesentlichen lobulärer Form. Genauer.gesagt ist es ein Gewinde, bei dem die Querschnitte durch die Gewindeflanken eine gebogen-lobuläre Form haben, die von der" Querschnittsform des vorderen lind stücke a des Rohlings diktiert ist» Wenn al-' " so das Endstück im Querschnitt eine Bogendreieclcsform mit gerundeten Ecken hat, sind die resultierenden Flankenquer-schnitte des auf dem vorderen Stück der Schraube entstehenden Gewindes ebenfalls bogendreiecksförmig« Aufgrund der Tatsache jedoch, dai3 der Schwingungsausschlag der Achse während des Gewindewalzen sich in Richtung zum Schaft des Rohlings verringert, v/erden die Flankenquerschnitte des Gewindes allmählich immer mehr kreisförmig, je weiter sie sich dem Schaft de3 Rohlings nähern, und sind genau kreisförmig in denjenigen Schaftabschnitten, in denen die Rotationsachse nicht schwingtο

Aufgrund des Druckes der Randteile 64 des Gewindewalsbakkens auf die Vorsprünge 33 des Schraubenrohlings werden letztere im Verlauf des Gewindewalzvorganges weiter abgerundet bis zu einem Zustand, der in Fig*i3 durch gestrichelte Linien 75 angedeutet ist ο Auch kann die vorderste Fläche, der Schraube etwas ausgehöhlt werden, wie in den Fig«8 und 11 dargestellt.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel des in Figo 3 gezeigten Schraubenrohlings hat das vordere Endstück oder Führungsteil 32 eine beträchtliche axiale länge mit in Achsrichtung parallelen Seitenwänden und auch-dieses Endstück wird in erster Linie von den glatten Randteilen 64

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der Gewindewalzbacken erfaßt. Wenn der sich verjüngende Abschnitt 34 Querschnitte von Bogendreiecksform und eine beträchtliche axiale Iiänge hat| kann die Länge des geradwandigen End ab schnitt es reduziert v/erden, ja dieser Abschnitt kann manchmal ganz wegfallen. Die verhältnismäßig breiten, ebenen Spitzen der abgeflachten Kämme 59» siehe Figo 10, dienen, in gleicher V,^reise wie die benachbarten glatten Randteile 64 dazu, eine Ablenkung und Rotationsschwingimg des Endstückes des Rohlings während dos Gewindewalzens.

^ zu be\virken_e

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Gemäß weiteren Ausbildungen der Erfindung, - die in den Figo * 17 bis 22 dargestellt sind, sind selbatschneidende Schrauben mit einem einsigen Vorsprung vorgesehen, der exzentrisch zur zentralen Längsachse der Schraube liegt« In Fig»17 und 13 ist ein Rohling dargestellt, der demjenigen der Figo3 ähnlich ist und einen runden zylindrischen Schaft. 82 sowie ein exzentrisches, lobuläres Endstück oder Führungsteil 84 aufweist. Das Endstück 84 ist in diesem Fall von kreisförmig gern Querschnitt und hat einen Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser des Schaftes 82. Eine konisch zulaufende Schulter 86 verbindet das vordere Endstück 84 mit dem . Schaft 82a

Das vordere exzentrische Endstück 84 muß nicht unbedingt einen Kreisquerschnitt haben, es kann auch elliptisch sein, wie in den Figoi9 und 20 dargestellte In diesem Fall ist. das vordere Endstück 88, das am Ende des runden zylindrischen Schaftes.89 angefügt ist, von elliptischem Querschnitt, wie deutlicher aus Figo20 ersichtlich, und mit dem Schaft durch eine konisch zulaufende Schulter 91 verbunden»

In den Fig.21 und 22 ist eine fertige Schraube nach dem Gewindewalzen dargestellt. Die beim Walzen auf den Rohlingen der Fig»17 und 19 entstehenden Gewinde sind sich ähnliche Der einzige Unterschied ist eine leichte Abweichung " 709845/0007

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in der Quer schnitt sforrn des Vorderendes, wie oben bereits bezüglich der Rohlinge erwähnte Gemäß dem Verfahren der Erfindung können die Gewinde- auf den Rohlingen der Pig.17 und 19 mit Hilfe von Gewindewalzbacken geformt vier den, entweder v/ic oben geschildert oder wie nachstehend beschrieben«,

Wird das Gewinde mit zwei Gewindewalzbacken gemäß Fig »10 gewalzt, so wird das vordere Endstück 88 jedesmal, wenn seine obere Fläche 92 mit einem flachen Randteil 64 eines Gewindewalzbackens 56 oder 57 in Kontakt kommt, von dem berührrenden Walzbacken weggelenkt, wobei die untere Fläche 94 des sich verjüngenden Abschnittes 91» clie dem Vorsprung -92 entgegengesetzt ist, in die gewindeformenden Kämme des gegenüberliegenden Gewindewalzbackens hineingedrückt wird. V/ährend des Ge'windews-lzvorganges schwingt die longitudina-Ie Mittellinie 96 des Rohlings, die selbstverständlich exzentrisch zum vorderen 3Dnd stück 88 ist, zwischen der mit bezeichneten Position und der in gestrichelten Linien 98 angedeuteten Position hin und her, etwa wie im vorherigen Fall beschriebene

Wie Figo21 zeigt, sind die Spitzen 102 der Gewinde entlang der oberen Seite der Schraube über deren Vorderende und die Spitzen 104 auf der entgegengesetzten Seite scharf, während die Spitzen 105 der dazwischenliegenden Gewindeabschnitte verhältnismäßig flach und unfertig sind« Das Gewinde auf dem sich verjüngenden Abschnitt ist mit Vorsprüngen 102 und 104 und dazwischenliegenden Einziehungen 106 versehen, siehe Fig_o22.

Im Fall der in den Figo 10 und 11 gezeigten Gewindewalzbakken sind die glatten Randteile 64 in einem Stück mit den Y/aJLzbacken ausgebildet. Solche glatten Randteile können

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aber auch als gesonderte Elemente geformt und mit den Längsrändern der Yfaltbacken 56 und 51 funktionell verbunden v/erden. In gewissen Pullen mag es wünschenswert sein, solche glattflächigen Elemente als gesonderte Teile der Gewindewalzbacken vorzusehen, wie dies beispielsweise in Fig.23 gezeigt ist. In dieser Fig. ist ein Schraubenrohling 110 zwischen zwei Gewindewalzbacken 112 und 114 gezeigt. Die Gewindewalzbacken· sind bei diesem Ausfülirungsbeispiel mit gewindeformenden Kämmen 116 versehen, die auf ihrer ganzen. seitlichen Erstreckung gleichmäßig hoch sind. Hit den unteren Rändern der ■'Gewindewalzbacken 112 und 114 sind längliche Randteile 118 bzw. 120 funktionell verbunden, deren " glatte Oberflächen 122 einander zugekehrt sind und je nachdem mit der Exzentrizität der den Exzentrizitäten in Kontakt treten, wie bei 124 am Rohling angedeutet. In diesem Fall ist die diagonale Breite des vorderen Endstückes 126 des Rohlings kleiner als der Durchmesser des zyündrisehen Schaftes 128 des Rohling.^r3 110 und dementsprechend haben die Randteile 118, 120 einen kleineren Abstand voneinander als die Ebenen der Spitzen der Gewindekämme 116, um dadurch den reduzierten Durchmesser des vorderen Endstückes 126 zu kornpensiereno Die glattflächigen Randteile 118, 120 funktionieren in der gleichen V/eise wie die glattflächigen Randteile 64 der in Fig.10 dargestellten Gewindewalzbacken. Sie treten mit dem Vorsprung oder den TorSprüngen des vorderen Endstückes 126 des Schraubenrohlings in Kontakt und lenken dieses intermittierend nach der Seite ab, wodurch auf der schrägen Schulter 130 des Rohlings 110 ein lobuläres sich verjüngendes Gewinde erzeugt wird·

Für Fig.2-3 gilt, daß das vordere Endstück' oder Führungsteil 126 des" Rohlings einen einzigen Vorsprung hat, wie dies auch in Fig.17 gezeigt ist. An die Stelle des Rohlings 110 könnte aber auch ein Rohling mit drei Vorsprüngen, wie er in Fig.3 gezeigt ist, treten.

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Bei Verwendung von Gewindewalzbacken mit Kämmen 116, die über die ganze Breite des Backens die gleiche Höhe haben, werden die Spitzen des auf dem sich verjüngenden Abschnitt des Rohlings ausgebildeten Gewindes nicht scharf, wie in Fig.6 gezeigt. Vielmehr zeigen sie eine unfertige Form, wie in Figo24 bei 132 dargestellt.

Aus verschiedenen Gründen können Gewindewalzbacken mit· gesonderten Randteilen zweckmäßig sein_o In Fig.25 sind zwei Gewindewalzbacken 140, 142 veranschaulicht, die in dieser Beziehung den Gewindewalzbacken 112', 114 gleichen. Hit den· unteren Kanten sind zwei Randstreifen 144 und 146 funktionell verbunden. Die Randstreifen 144 und 146 haben glatte Oberflächen 148. Auf einem Großteil der Länge der Randstreifen 144 und 146 erstrecken sich die glatten Oberflächen 148 über deren ganze Breitee An den Hinterenden der Randstreifen und 146 sind jedoch etwas erhabene Flächen 149 ausgebildet, so daß in dem vorderen Endstück der Schraube 153 unmittelbar am Ende 154 des sich verjüngenden Abschnittes des Schraubgewindes eine Hut 152 entsteht«. Die ITutbildung erfolgt während der letzten Umdrehungen des Gewindewalzvorganges nach der Formung der lobuläreii vorderen Gewindegänge. Bine derartige leichte Einsenkung oder Hinterdrehung neben dem Ende der ersten' Gewindegärige ist manchmal wünschenswert, um das Gewinde besser greifen zu lassen, etwa wenn eine Schraube in Verbindung mit einem eng tolerierten Führungsloch verwendet" wird. "'-·· ·

Die Erfindung ist besonders'vorteilhaft in Verbindung mit Schrauben, die große Abstände der Gewindegänge haben, wie ' beispielsweise in Fig.26 gezeigt. Die Schraube 160 dieser Figo ist durch Gewindegänge 162 charakterisiert, die über ihre ganze Länge scharfe Spitzen haben, getrennt durch breite Gewindefüße 164. Das Gewinde ist natürlich an dem in das

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Werkstück eindringenden Ende abgeschrägt, wie bei 166 dargestellt. Solche Schrauben sind besonders zweckmäßig für Kunststoffe und äbnliche, verhältnismäßig v/eiche Materialien. Schrauben des in Pig.26 gezeigten Typs lassen sich gut nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer lobulären'Form des in das Werkstück eindringenden Endes nach obiger Beschreibung herstellen.

Zusammenfassend besteht das erfindungsgemäße Verfahren ' * fc darin, daß ein Rohling mit einem Hauptschaft von kreisförmigem Querschnitt und mit einem vorderen !endstück, das kurzer. · ist als der Schaft und das an seinem äußeren Ende einen'Abschnitt von beträchtlicher axialer länge mit einem exzentri-.sehen lobulären Querschnitt, -sowie zwischen diesem Abschnitt und dem Schaft einen sich verjüngenden Abschnitt aufweist, vorgesehen wird, daß sowohl auf dem Schaft als auch auf dem sich verjüngenden vorderen Abschnitt gleichzeitig ein Gewinde angebracht wird mit Hilfe von Gewindewalz« backen, die glatte oder verhältnismäßig glatte Randteile haben, mit denen sie die gebogenen lobulären Seiten des vor- ' deren Endstückes des Rohlings erfassen und bewirken, daß dieses um die Achse des Hauptschaftes des Schraubenrohlings kreist, so daß auf dem vorderen Endstück vom gebogen-lobulären Querschnitt ein sich verjüngendes. Gewinde erzeugt wird, das im wesentlichen der Querschnittsform des gebogenen lobulären Endstückes des Schraubenrohlings entspricht. Die gebogen-lobuläre Querschnittsforn des Gewindes setzt sich günstigerweise in die ersten G-ewindegänge auf dem Schaft, die unmittelbar an den sich verjüngenden Abschnitt anschlies-„ sen, fort, aber mit fortschreitend geringer werdender Abweichung von der Kreisform. Diese geringfügig unrunden Gewindegänge gehen allmählich in die kreisförmigen Gewinäegänge des Kaupt.schaftes über und dienen dazu, das Gewinde, das^zunächst von den hauptsächlichen gewindeschneidenden

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G-ewindegängen auf dem in das Werkstück eindringenden Ende der Schraube in den Seitenwänden des Führungsloches geformt worden ist, au glätten· ·

In Figo27 ist schematisoh in Aufsicht ein Gewindewalzbacken dargestellt, der einen mit gewindeschneidenden Kämmen versehenen Teil 170 und einen zweiten Teil 172 mit einer ebenen, glatten Oberfläche aufweist. Dei- Teil 170 kann selbstverständlich mit gewindeschneidenden Kämmen jeder geeigne— · ten Form versehen sein, beispielsweise nach Art der in FigdO auf den (Jewindewalzbacken 56» 57 oder in-Fig<>23 auf ^ den G-ewindewalzbacken 112, 114 dargestellten oder mit solchen, wie sie zum Walzen der Gewinde auf Schrauben nach Fig·26 erforderlich sind. Ferner kann der Randteil 172 in einem Stück mit dem Teil 170 des Gewindewalzbaokens ausgebildet sein, wie in Fig»10 bei 64 gezeigt; oder er kann ein gesondertes Teil sein, wie bei 122 in Fig.23. Der Teil 172 . kann auch neben dem Teil 170 am hinteren Ende des Vialabakkens mit einer erhabenen Rippe versehen sein, wie durch die • gestrichelten Linien 173 angedeutet, entsprechend dem erhabenen Teil 149 der Figo25»

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Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. EWeickmann, D1PL.-PHYS. Dr. K.Fincke Dipl.-Ing. R A-Veickmann, Dipl.-Chem. B. Huber 8 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22 Patentansprüche

1. Gewinde schneidende Befestigungsschraube mit einem mit Gewinde versehenen Schaftteil, einem sich verjüngenden Gewindeschneidteil und einem Führungsteil, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeschneidteil (86, 91) sich zwischen dem Schaftteil (82, 89) und dem Führungsteil (84, 88) befindet, daß der Schaftteil (82, 89) und der Führungsteil (84, 88) zylindrisch sind und der Durchmesser des Führungsteiles (84, 88) geringer als derjenige des Schaftteiles (82, 89) ist, daß der Gewindeschneidteil (86, 91) vom Führungsteil (84, 88) zum Schaftteil (82, 89) divergierend ausgebildet ist und eine im wesentlichen konische Gestalt aufweist, daß die Achse des Konus, der den Gewindeschneidteil umschreibt, gegenüber der Achae des Führungsteiles versetzt und parallel zu diesem ist, wodurch der Gewindeschneidteil und der Führungsteil exzentrisch zueinander angeordnet sind und einen Nockenvorsprung (92) auf einem Teil des Gewindeschneidteiles (86, 91) bilden, daß der Gewindeschneidteil (86, 91.) und der Führungsteil (84, 88) sich auf einer Linie schneiden, die sich unter einem spitzen Winkel zur Achse des Führungsteiles erstreckt, wodurch alle Ebenen, die transversal zur Achse des Führungsteiles verlaufen und sich durch diese Linie erstrecken, sowohl den Führungsteil als auch den Gewindeschneidteil schneiden, daß der Gewindeschneidteil (86, 91) einteilweise ausgebildetes Gewinde mit einer im wesentlichen voll ausgebildeten Gewindespitze (102) auf

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dem Nockenvorsprung (92) aufweist und daß das Gewinde des Gewinde. Schneidteiles eine Fortsetzung des Gewindes auf dem Schaftteil darstellt.

2. Befestigungsschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeschneidteil (91) im wesentlichen elliptische Querschnitte aufweist.

3. Befestigungsschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeschneidteil im wesentlichen ovale Querschnitte aufweist.

4. Befestigungsschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespitze (102, 104) am Gewindeschneidteil (9I) entlang eines Umfangabschnittes vollständig ausgebildet ist, der im wesentlichen weniger als eine volle Schraubenwindung ist.

5. Befestigungsschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespitze (102, 104) am Gewinde schneidteil (9I) entlang eines Umfangabschnittes vollständig ausgebildet ist, der etwa einer halben Schraubenwindung entspricht.

6. Befestigungsschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsteil (84, 88) einen gewindefreien Teil an dem dem Gewindeschneidteil (86, 91) gegenüber liegenden Ende aufweist.

7. Befestigungsschraube nach ein$m der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindefuß des Gewindes des Gewindeschneidteiles (86, 91) eine fortschreitend sich ändernde Breite aufweist.

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