DE2316609A1 - Schraubgewindekoerper sowie verfahren und einrichtung zur herstellung - Google Patents

Description

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Randolph Buckley, Tanworth-in-Arden, Warwickshire,

England

Schraubgewindekörper sowie Verfahren und.Einrichtung

zur Herstellung

Die Erfindung betrifft einen neuartigen Schraubgewindekörper sowie ein Verfahren und eine Einrichtung zur ■ Herstellung dieses Schraubgewindekörpers.

Um die Gefahr des Lockerns eines mit Schraubgewinde versehenen Bauteiles beispielsweise unter der Wirkung einer Belastung oder einer Vibration zu verhindern bzw. zu verringern, sind die verschiedenartigsten Sicherungsmittel bekannt, beispielsweise Sicherungsscheiben, Kunststoffeinsätze oder an den Gewindegängen vorgesehene Kunststoff butzen. Die Herstellungs- oder Montagekosten dieser Sicherungsmittel sind beträchtlich und übersteigen oft die des eigentlichen Schraubgewindekörpers.

Man hat auch schon versucht, eine Sicherung durch eine Abänderung des Schraubgewindeprofiles zu erreichen. Diese Versuche waren «Jedoch bisher nicht zufriedenstellend.

Bei der Ausführung nach der brit. Patentschrift 1 169 842 wird beispielsweise bei jedem Gewindegang einer Gruppe von benachbarten Gewindegängen ein Segment vollständig versetzt, so daß es mit dem komplementären Gewindegang der Mutter nicht mehr übereinstimmt. Dies erfolgt beim Rollen der Gewindegänge, wobei «jeder Gewindegang des Schraubbolzens zunächst als echtes Profil ausgebildet und erst später verformt wird. Da die Höhe des Gewindeprofiles

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nur wenige Tausendstel eines Zoll betragen kann, kann man auf diese Weise keine ausreichend versetzten Gewindegänge mit genügender Festigkeit für die beabsichtigte Verwendung erzielen, insbesondere dann nicht, wenn der Schraubbolzen in Verbindung mit einer Mutter oder einer Gewindebohrung eines Materiales von größerer Zugfestigkeit und/oder Härte verwendet werden soll (was oft der Pail sein wird, wenn es sich um eine Gewindehohrung mit einem geschnittenen Gewinde i d.h. einem durch spanabhebende Verformung hergestellten Gewinde handelt). Es ist daher wahrscheinlich, . daß beim Versuch, mäßige oder gar hohe Drehmomentbelastungen auszuüben, die genannten verformten Gewindeteile bereits bei zu niedrigen Werten nachgeben. Es ist weiterhin auch mit Verschleißproblemen zu rechnen.

Die brit. Patentschrift 751 230 schlägt eine Ausführung vor, die im wesentlichen der gemäß der brit. Patentschrift 1 169 842 entspricht, wobei sich jedoch jedes Segment über einen größeren Winkel als der Schraubenwinkel und über die wahre Linie des Flankenscheitels erstreckt; eine solche Ausführung ist mit denselben oder gar noch größeren Nachteilen wie die Ausführung gemäß der brit. Patentschrift 1 169 842 behaftet. ■ , ' \

Weitere bekannte Vorschläge betreffen Nicht-Standard-Gewindeprofi Ie, bei denen insbesondere der zwischen benachbarten Gewindeflanken eingeschlossene Winkel verringert und die Scheitelbreite vergrößert ist (vgl. etwa die brit. Patentschriften 1 234 175, 1 234 176 und 1 228 242). Wie jedoch in der letztgenannten Patentschrift dargelegt ist,, resultiert dies beim Anziehen des Schraubbolzens in einer Anspitz- bzw. Schmiedewirkung; die Wirksamkeit hängt infolgedessen von der relativen Härte von Schraubbolzen und Mutter und möglicherweise von der Zugfestigkeit ab; der WiederVerwendbarkeitsfaktor ist klein.

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Ein anderer bekannter Vorschlag gemäß brit. Patentschrift 7^2 577 verwendet Standard-Profile, verändert ,jedoch die Abstandsteilung einer Gruppe von Sehraubgewindegangen relativ zu anderen Gruppen.. Dies führt zu einem progressiven Anstieg des Drehmomentes beim Eintritt der zweiten Gruppe von Gewindegängen in die Mutter. Ein brauchbares Resultat erhält man infolgedessen nur, wenn die genaue Länge des Schraubbolzens und die genaue Lage der zweiten Gruppe von Gewindegängen fest vorgegeben werden können.

Aus der Zahl und der Verschiedenartigkeit der bekannten Versuche ergibt sich die Schwierigkeit des Problems und läßt sich zugleich die Zielsetzung der Erfindung ableiten.

Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß eine Anzahl von Gewindegängen mit Standard-Profil und eine Anzahl aufeinanderfolgender Gewindegänge derselben Steigung, derselben Höhe und desselben eingeschlossenen Plankenwinkels vorgesehen sind, wobei jedoch der Flankengrund oder der Plankenscheitel des erst'en dieser weiteren Gewindegänge eine Nicht-Standard-Abstandsteilung von dem Plankengrund bzw. dem Flankenscheitel des benachbarten Standard-Profil-Gewindeganges aufweist, so daß die einzelnen Flankenwinkel jedes dieser weiteren Gewindegänge relativ zu Ebenen senkrecht zur Achse des Gewindekörpers vergrößert bzw. verkleinert werden.

Die genannten weiteren Gewindegänge, die im folgenden als Nicht-Standard-Gewindegänge bezeichnet werden, weisen somit im wesentlichen ein wahres Profil auf, sind jedoch lediglich im Bereich des Plankenscheitels oder des Plankengrundes (nicht jedoch im Bereich von beiden) versetzt. Kommen sie in Eingriff mit den komplementären, wahren

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Profilgewindegängen, so können sich diese Nicht-Standard-Gewindegänge innerhalb der elastischen Grenzen des Materiales verformen und somit zum wahren Profil zurückkehren. Diese Verformung ist innerhalb bestimmter Grenzen ein federelastisches Verhalten, wobei die Federkräfte die Rückhaltedrehmoment-Charakteristik bestimmen. Das Ausmaß der Abweichung vom wahren Profil ist somit bestimmend für das Sicherungsverhalten. Da mindestens ein ganzer Gewindegang, vorzugsweise jedoch zwei bis vier vollständige Gewindegänge, in dieser Weise (Scheitel oder Grund versetzt) ausgebildet sind, besteht keine Tendenz für irgendeine Schneidwirkung oder einen übermäßigen Verschleiß an den komplementären Gewindegängen.

Die Nicht-Standard-Gewindegänge werden vorzugsweise bereits bei der Herstellung in einer Gewinderollmatrize in ihre endgültige Lage gebracht und nicht etwa beim Rollvorgang (in einem zusätzlichen Arbeitsgang) in einer bestimmten Richtung versetzt.

Durch die Erfindung werden damit die eingangs aufgezeigten Nachteile der bekannten Ausführungen vermieden.

Die Erfindung betrifft ferner eine Form bzw. Matrize zur Herstellung des geschilderten Gewindekörpers.

Der Gewinderollvorgang kann mittels Planmatrizen durchgeführt werden, die Profilgänge aufweisen, die geradlinig quer über die Matrize verlaufen. Die eine Gruppe der Profilgänge sind dabei komplementär zu dem im Schraubgewindekörper gewünschten zweiten Profil ausgebildet, und können dies über ihre ganze Länge sein. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch a uch möglich, eine Matrize mit einem Einsatz zu verwenden, die das zweite Profil nur über einen- Teil der Länge der von der Matrize gebildeten Gewindegänge darstellt, wobei

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dies der am Schluß des Rollvorganges zur Wirkung kommende Teil der Matrize ist, wodurch eine MaterialVerlagerung eines bereits erzeugten Gewindeganges vermieden wird.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Schraubgewindekörpers können jedoch auch zylindrische Matrizen verwendet werden, wie sie zum Rollen von Gewinde benutzt werden. Derartige Matrizen besitzen im allgemeinen einen einzigen schraubenförmigen Profilgang, der erfindungsgemäß in einem ersten und einem dritten Teil seiner Länge das eine Profil und in einem Zwischenbereich das zweite Profil bildet.

Die Erfindung betrifft schließlich.ein Verfahren zur Herstellung der erläuterten Schraubgewindekörper.

Die Erfindung ist in der Zeichnung näher veranschaulicht. Es zeigen

Pig.l einen Schnitt durch das Profil eines erfindungsgemäßen Schraubgewindekörpers;

Fig.2 eine Prinzipdarstellung einer Gewinderolleinrichtung;

Fig.3 eine Abwandlung der Matrize gemäß Fig.2.

Fig.l zeigt einen radialen Schnitt durch einen mit Schraubgewinde versehenen Bauteil, der - soweit seine Länge in der Zeichnung veranschaulicht ist - drei Schraubgewindegänge 20 eines ersten Profiles, drei folgende Schraubgewindegänge 22 eines zweiten Profiles und schließlich eine weitere Gruppe von Schraubgewindegängen 24 mit dem gleichen Profil wie die Schraubgewindegänge 20 aufweist.

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Der Grund der einzelnen Gewindegänge weist die einheitliche Abstandsteilung P auf. Die Scheitel der Gewindegänge 20, 22, 2¹I weisen dieselbe Abstandsteilung P^ bzw. P₂ auf, die gleich P ist. Der Scheitel des ersten'Gewindeganges 22 weist jedoch vom Scheitel des letzten Gewindeganges 20 einen verringerten Abstand P, auf, der dem Wert P. abzüglich dem Versetzungsfaktor D entspricht. Der Scheitel des· letzten. Gewindeganges 22 ist vom Scheitel des ersten Gewindeganges 24 um den Abstand P₂J entfernt, der gleich P^ + D ist. Es ist somit D der Abstand, um den der Scheitel «Jedes der Gewindegänge 22 gedanklich versetzt wurde, obwohl die Scheitel dieser Gewindegänge natürlich in dieser Lage erzeugt wurden.

Jede Planke der Gewindegänge 20 und 24 bildet einen Winkel a mit einer Ebene senkrecht zur Achse 26 des Gewindekörpers. Der eingeschlossene Flankenwinkel der Gewindegänge 20 und 24 beträgt somit 2a. Bei den ßewindegängen 22 besteht der eingeschlossene Plankenwinkel dagegen aus den ungleichen Teilwinkeln b und c.

Normalerweise ist der Kopf des Sehraubbolzens an dem Ende mit den Gewindegängen 20; auch die umgekehrte Ausführung ist jedoch möglich.

Alle Gewindegänge besitzen dieselbe Höhe H, Auch der Radius des Scheitels und des Grundes ist für alle Gewindegänge praktisch gleich.

Die dargestellte Gewindeausbildung kann in einer im wesentlichen konventionell ausgebildeten Gewinderolleinrichtung hergestellt werden, die Formen (Matrizen) verwendet, die von den üblichen Rollformen hinsichtlich der Profile von einzelnen Gewindegängen abweicht. Fig.2 zeigt beispielsweise eine Vorrichtung mit zwei Platten 30_s 32_S die in etwa parallelen Ebenen liegen und zur Bearbeitung eines dazwischen angeordneten Bolzens 34 in Richtung auf-

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einandergedrückt werden. Jede dieser Platten kann Nicht-Standard-Profilgänge 36 und Standard-Profilgänge 38 aufweisen (diese Profilgänge sind komplementär zu den in Pig.l dargestellten Gewindegängen ausgebildet). Führt man mit einer solchen Vorrichtung einen Gewinderollvorgang aus, so wird dieser Arbeitsgang etwa dieselbe Zelt in Anspruch nehmen, als wenn der ganze Bauteil mit einer üblichen und gleichförmigen Gewindeprofilierung versehen wird. Die Herstellungszeit und die Herstellungskosten sind daher nicht größer als bei den konventionellen Gewindekörpern.

Fig.3 zeigt eine Abwandlung, bei der eine Gewinderollform ¹IO mit einem Einsatz k2 versehen ist, der bei Benutzung die Nicht-Standard-Profile erzeugt.

Im Rahmen der Erfindung können in gleicher Weise auch zylindrische Gewinderollformen verwendet werden.

Es wurde experimentell ein Bolzen (1/4", UNC Class 2A) untersucht, der nach dem beschriebenen Verfahren und mit einer Vorrichtung gemäß Fig.2 hergestellt war. Dieser Bolzen besaß vier vollständige Gewindegänge des zweiten, Nicht-Standard-Profiles, wobei der normale 60°-Winkel zwischen den Flanken (d.h. jede Flanke unter 90 gegenüber einer Ebene senkrecht zur Schraubbolzenachse) aufrechterhalten wurde, wobei jedoch die einzelnen Flankenachsen der Nicht-Standard-Profilgewindegänge bei 37 bzw. 23° lagen. Um einen solchen Schraubbolzen aus einer Standard-Sechskantmutter (Stahl) mit einem eingeschnittenen Gewinde herauszuziehen, wurde ein Drehmoment von 6 pounds/inch benötigt.

Das vorstehend genannte Drehmoment wurde beim erstmaligen Entfernen des Versuchsbolzens aus der Mutter benötigt. Wurde dieser Bolzen dann wieder in die Mutter eingeschraubt und zu wiederholten Malen entfernt, so wurde beim fünften Entfernen hierfür nur noch ein Drehmoment von etwa 3*5 pounds/inch benötigt.

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Der oben beschriebene Versuchsbolzen wurde an seinem freien Ende mit zwei Standard-Profil-Gewindegängen versehen, um auf diese Weise einen Führungsteil zu bilden und das Einschrauben des Bolzens in eine Gewindebohrung oder in eine Mutter zu erleichtern.

Eine noch weitergehende Versetzung der Scheitel (über die bei dem oben beschriebenen Versuchsbolzen vorgesehene 7°-Versetzung) würde wohl noch höhere Rückhalte-Drehmomente erzeugen, könnte jedoch beispielsweise zu Verschleißprob.lemen führen, insbesondere dann, wenn der Schraubbolzen in eine Gewindebohrung eines aus relativ weichem Material, wie Leichtaluminium, hergestellten Bauteiles eingeschraubt wird.

Gewünschtenfalls kann die Abstandsteilung von Scheitel zu Scheitel gleichförmig bleiben und statt dessen die Abstandsteilung von Plankengrund zu Plankengrund variiert werden. Es ergibt sich dadurch ein Gewindeprofil, das genau komplementär zu dem in Pig.l dargestellten ausgebildet ist und das im wesentlichen gleiche Resultate liefert₉ obwohl dies von den verwendeten Materialien abhängen kann.

Der Verriegelungseffekt (Sicherungseffekt) kann seine Ursache darin haben, daß die Nicht-Standard-Profile elastisch verformt werden, wenn sie mit den" Standard-Profilen des Gegenteiles in Eingriff kommen.

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Claims (8)

Patentansprüche

1. jSchraubgewindekörper, dadurch gekenn -

elchnet , daß eine Anzahl von Gewindegängen mit Standard-Profil und eine Anzahl aufeinanderfolgender Gewindegänge derselben Steigung, derselben Höhe und desselben eingeschlossenen Plankenwinkels vorgesehen sind, wobei jedoch der Plankengrund oder der Plankenscheitel des ersten dieser weiteren Gewindegänge eine Nicht-Standard-Abstandsteilung von dem Flankengrund bzw. dem Plankenscheitel des benachbarten Standard-Profil-Gewindeganges aufweist, so daß die einzelnen Plankenwinkel jedes dieser weiteren Gewindegänge relativ zu Ebenen senkrecht zur Achse des Gewindekörpers vergrößert bzw. verkleinert werden.

2. Schraubgewindekörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende des Gewindekörpers in einem Führungsbereich wenigstens zwei Standard-Profil-Gewindegänge vorgesehen sind.

3. Schraubgewindekörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der weiteren Gewindegänge vorgesehen sind.

4. Schraubgewindekörper nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß vier oder mehr weitere Schraubgewindegänge vorgesehen sind.

5. Schraubgewindekörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Form eines Schraubbolzens, dadurch gekennzeichnet, daß der Plankenscheitel der weiteren Schraubgewindegänge in Richtung auf den Kopf des Schraubbolzens versetzt ist.

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6. Matrize zum Rollen der Gewindegänge eines Schraubgewindekörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Profilgängen zur Erzeugung der Zwischengewinderäume der beiden Gruppen von Gewinden vorgesehen sind. ·

7. Flachmatrize nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Profilgänge zur Erzeugung der weiteren Gewindegänge über die ganze Breite der Matrize erstrecken«

8. Verfahren zur Herstellung eines Schraubgewindekörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindegänge'.in einem Rollverfahren hergestellt werden.