DE2415941C3 - Selbstschneidender und sich selbst sichernder Gewindeeinsatz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen selbstsehneidenden und sich selbst sichernden Gewindeeinsatz, dessen Außengewinde einen Bereich mit vollem Gewindedurchmesser und im daran anschließenden Schneidbereich einen allmählich abnehmenden Gewindedurchmesser aufweist, wobei der Einsatz wenigstens im Schneidbereich hohl ist und mit wenigstens einer sich im wesentlichen axial erstreckenden, zumindest den ersten Gewindegang des Bereiches mit vollem Gewindedurchmesser und die Gewindegänge des Schneidbereiches unterbrechenden Nut versehen ist.

Ein derartiger Gewindeeinsatz zum Einschrauben einer Schraube, besteht aus einem hülsenförmigen Körper mit einem Innengewinde, das sich zumindest über den Bereich des Körpers erstreckt, der von dem Außengewinde mit vollem Gewindedurchmesser eingenommen wird. Wird der Einsatz mit einem Bolzen od. dgl. kombiniert, ist er wenigstens in seinem Schneidbereich hohl ausgebildet.

In der US-PS 24 55 885 werden verschiedene Ausführungsformen von selbstschneidenden Gewindeeinsätzen vorgeschlagen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der sich konisch verjüngende Schneidbereich des Einsatzes mit längs seines Umfanges in Abstand voneinander angeordneten und sich in Längsrichtung erstreckenden Schlitzen versehen, die einerseits mit den benachbarten Gewindegängen des Schneidbereiches die Schneidkanten bilden und andererseits den zwischen den Nuten liegenden Teilen des Schneidbereiches federnde Eigenschaft verleihen. Hierdurch soll erzielt werden, daß zwischen dem in die Bohrung eines Werkstückes eingeschnittenen Innengewinde und dem Gewindeeinsalz eine verklemmende Verankerung eintritt. Während des Eindrehens des Gewindeeinsaizes in die Werkstückbohrung geben die federnden Teile des Schne'dbcreiches nach, so daß die Gefahr besteht, daß das Einschneiden des Innengewindes in die Werkstückbohrung unkontrollierbar erfolgt, so daß die Gewindegänge des Einsatzes mit vollem Gewindedurchmesser auf nicht ordnungsgemäß vorbereitete Innengewindegänge der Werkstückbohrung treffen. Die Gewindegänge mit vollem Durchmesser des Einsatzes können daher im Innengewinde der Werkstückbohrung festfressen, so daß ein weiteres Einschrauben des Gewindeeinsatzes unmöglich wird. Auch kann durch die federnden Teile zwischen den Nuten eine so starke Verklemmung des Gewindeeinsatzes gegebenenfalls eintreten, daß dieser einmal eingeschraubt praktisch nicht mehr lösbar ist. Des weiteren wird in der US-PS 24 55 885 ein Gewindeeinsatz vorgeschlagen, bei dem an Stelle von Schlitzen sich h Längsrichtung erstreckende und mit den benachbarten Gewindegängen Schneidkanten bildende Nuten im Schneidbereich ausgebildet sind. Dabei haben die Nuten eine solche Länge, daß zumindest der erste sich an den Schneidbereich anschließende Gewindegang des Bereichs mit vollem Gewindedurchmesser ebenfalls durch die Nuten unterbrochen wird. Hierdurch wird zwar sichergestillt, daß in der erwünschten Weise das Innengewinde in die Werkstückbohrung beim Einschrauben des Gewindeeinsatzes eingeschnitten wird, doch erfolgt dies unter Einbuße der selbstsichernden Eigenschaft des Gewindeeinsatzes.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Gewindeeinsatz der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, der eine gute selbstsichernde Eigenschaft besitzt, ohne daß hierdurch das exakte Einschneiden des Innengewindes in die Werkstückbohrung beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Außenumfang des Gewindeeinsatzes wenigstens eine sich von dessen vorderem Ende bis zumindest hinter die beiden ersten Gewindegänge des Bereiches mit vollem Gewindedurchmesser im wesentlichen axial erstreckende und nach außen radial etwas vorstehende Ausbuchtung vorgesehen ist, in deren Bereich die Gewindegänge die gleiche Tiefe wie die daran sich bündig anschließenden übrigen Gewindegänge aufweisen, und die Nut im wesentlichen längs der Ausbuchtung verläuft und äußerstenfalls vor dem letzten vollständigen, mit einer Ausbuchtung versehenen Gewindegang endet.

Dabei ist; es grundsätzlich aus der US-PS 31 92 819

kfkannl bei einer ihr Gewinde seihst schneidenden Schraube eine selbstsichernde Eigenschaft dadurch zu rzielen daß statt eines kreisförmigen Kernauerschnitts ein Kernquerschnitt mit ovaler Gestalt vorgesehen ist.

Bei der Erfindung hingegen wird die selbstsichernde Eigenschaft des Gewindeeinsatzes durch Ausbildung einer Ausbuchtung an einem lokal begrenzten Bereich des Umfangs des Schneidbereiches und eines Teils des Bereiches mit vollem Gewindedurchmesser erzielt, wobei die Gewindegänge, die eine solche Ausbuchtung überqueren, eine gleiche Tiefe wie die benachbarten Gewindegänge haben. Die selbstsichernde Wirkung des erfindungsgemäßen Gewindeeinsatzes kommt dadurch zustande daß die Wurzel jedes Gewindeganges im Bereich der Ausbuchtung von der Mittellinie des Gewindeeinsatzes etwas weiter entfernt liegt als die Wurzel der übrigen Gewindegänge, wodurch nicht nur ein selbstsicherster Sitz an der Gewindespitze sondern auch an den daran sich anschließenden Flanken und an Her Wurzel erzielt wird. Dabei verläuft längs der Ausbuchtung die die Schneidkanten bildende Nut, die jedoch eine solche Länge hat, daß wenigstens ein nicht durch die Nut unterbrochener, ausgebuchteter Gewindeeang im Bereich mit vollem Gewindedurchmesser verbleibt Der erfindungsgemäße Gewindeeinsatz besteht aus einem relativ harten, steifen Material, wie einem Kohlenstoffstahl oder rostfreiem Stahl, Messing, harte Aluminiumlegierungen oder anderen Materialien, die deutlich härter als das Material für das Werkstück sind in die der Gewindeeinsatz eingeschraubt wird. Bei dem weicheren Material für das Werkstück kann es sich ζ B um eine Guß- oder Knetlegierung aus Aluminium oder Zink, um gegossenes Magnesium oder um relativ steife Kunststoffe handeln.

Für die wirksame Anwendung des erfindungsgemaßen Gewindeeinsatzes ist es wichtig, daß der Radius am schneidenden, vorderen Ende von wenigstens einem, vollen Durchmesser aufweisenden, nicht unterbrochenen Gewindegang ein wenig größer als der Nennradius eines Gewindeganges in den Teilen des Einsatzes ist, die nicht durch eine Ausbuchtung in Querrichtung vergrößert sind Die sich längs der Ausbuchtung erstreckende Nut sollte wenigstens durch den ersten Gewindegang mit vollem Durchmesser gehen, der sich unmittelbar an den Schneidbereich anschließt, so daß die Schneidspitze dieses ersten unterbrochenen Gewindeganges im wesentlichen auf diesem etwas größeren Radius hegt. Dieser ausgebuchtete Bereich kann in Querrichtung so ausgebildet sein, daß der eine merklich größere Breite aufweist. Diese erhöht liegende Schneidspitze hat die Aufgabe, die dem Material für das Werkstuck innewohnende Eigenschaft etwas zurückzufedern zu unterbinden, da andernfalls ein so fester Sitz auf den auseebuchteten Gewindeabschnitten eintreten konnte, daß die Haftkraft möglicherweise zu einem Bruch des den Gewindeeinsatz betätigenden Drehwerkzeugs und damit zu einem unvollständigen Einbringen des Gewindeeinsatzes führen könnte.

Für die wirksame Verankerung des vollständig eingeschraubten Gewindeeinsatzes ist es weiter wichtig, daß sich zumindest ein Gewindegang mit vollem Gewindedurchmesser über die Ausbuchtung erstreckt, jedoch nicht von der Nut unterbrochen .st. Dieser buckeiförmig verlaufende Gewindegang, ζusammen ιn.t seinen ebenfalls ausgebuchteten Wurzeln bildet eine Art Sicherungsfeder, die gegen das gegenüberliegende kreisförmige Innengewinde des Werkstucks druckt. Durch Vorsehen von mehr als einem Gewindegang mit vollem Durchmesser im Bereich der Ausbuchtung kann die Verankerungswirkung beliebig erhöht werden. Jeder zusätzliche derartige Gewindegang führt zu einer Erhöhung der Verankerungskraft, so daß sich hierdurch eine Anpassung an das für den Gewindeeinsatz und das Werkstück verwendete Material sowie an die Abmessungen des Gewindeeinsatzes vornehmen läßt.

Die Höhe der Verankerungskraft iäßt sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch dadurch steigern, indem mehrere Ausbuchtungen vorgesehen sind, die längs des Gewindeeinsatzes in im wesentlichen gleichen Winkelabsländen angeordnet sind. Diese Ausbuchtungen können z. B. in Winkelabständen von 90°, 120° oder 180° angeordnet werden, wobei gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung nur eine der Ausbuchtungen mit einer Nut versehen ist.

Die Höhe der Ausbuchtung im Bereich der durch die Nut unterbrochenen Gewindegänge mit vollem Gewindedurchmesser sollte relativ gering sein und liegt je nach Größe des Gewindeeinsatzes bei etwa 0,025 bis 0,25 mm. ]e größer der Durchmesser des Gewindeeinsatzes ist, desto größer kann die Differenz /wischen dem Radius der buckeiförmig verlaufenden Gewindegänge mit vollem Gewindedurchmesser und dem Radius der benachbarten, nicht ausgebuchteten Gewindegänge sein.

Um ein ausgeglichenes Drehmoment zu erhalten, wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Ausbuchtungen einander nicht diametral gegenüber liegen, während eine zusätzliche Nut diametral gegenüber der ersten Nut vorgesehen ist. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn drei in Winkelabständen von 120° voneinander versetzte Ausbuchtungen angeordnet werden, wobei eine Ausbuchtung die in Längsrichtung sich erstreckende Nut aufweist, und eine zusätzliche Nut diametral gegenüber dieser Ausbuchtung angeordnet ist. Auch können ein Paar mit Nuten versehene Ausbuchtungen einander diametral gegenüberliegen.

Um eine gute Brechung und Abführung der aus dem Gewindeschneidvorgang entstehenden Späne zu gewährleisten, kann gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung die Nut eine in tangenlialer Richtung im wesentlichen flach und in Längsrichtung des Gewindeeinsatzes konkav verlaufende Bodenfläche aufweisen.

Die lokalen, sich in Längsrichtung erstreckenden Ausbuchtungen am Außenumfang des Gewindeeinsatzes können in irgendeiner, dem Fachmann bekannten Weise ausgebildet werden. Z. B. kann das Außengewinde durch einen Drehstahl oder Gewindestrehler geschaffen werden, wobei der Einsatzrohling gedreht wird, während das von einem Support gehaltene Werkstück z. B. über eine Nockeneinrichtung zu einer solchen Querbewegung gebracht wird, daß die Ausbuchtungen entstehen. Hierzu kann der Werkzeugsupport die Form eines Schwingarmes mit einer Nockenrolle haben, die auf einem geeigneten, sich drehenden Nocken abläuft. Die Steigung des Außengewindes wird tjurch die Längsbewegung des Einsatzrohlings relativ zum Werkzeugsupport bestimmt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine vergrößerte Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß aufgebauten Gewindeeinsatzes,

F i g. 2 eine Ansicht des Gewindeeinsatzes nach F i g. 1 von dessen verjüngtem Ende aus,

Fig.3 eine geschnittene Ansicht von einem Detail

des Gewindeeinsatzes nach Fig. 1 und 2, wobei der Schnitt längs der rechten Seite der in Fig. t und 2 gezeigten Nut gelegt ist, und

Fig.4 eine der Fig.2 ähnliche Ansicht von einem Gewindeeinsatz gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.

Nach Fig. 1 bis 3 besteht der Gewindeeinsatz 5 aus einem hülsenförmigen Körper 6 mit einem Außengewinde 7, während in der axialen Bohrung des Gewindeeinsatzes ein durchgehendes, d. h. nicht unterbrochenes Innengewinde 9 ausgebildet ist. Der mit dem Innengewinde versehene Einsatz hat ein vorderes, sich verjüngendes Ende 10, einen vorderen Schneidbereich 11, ein hinteres, gerades Ende 12 und einen zwischen 11 und 12 liegenden Gewindebereich 13. Die Gewindegänge des Außengewindes im Bereich 13 haben den vollen Gewindedurchmesser, während der Gewindedurchmesser am Schneidbereich U allmählich abnimmt, um die Gewindetiefe in Richtung auf das vordere Ende 10 zu verringern, wobei der Verjüngungswinkcl λ etwa 12,5° betragen kann. Das Außengewinde 7 ist an den vorderen Gewindegängen unterbrochen, um hintere Schneidkanten zu bilden, die beim Eindrehen des Gewindeeinsatzes ein Innengewinde in die Wand einer Aufnahmebohrung in einem Werkstück aus einem Material einschneiden, das relativ weicher als das Material ist, aus dem der Gewindeeinsatz besteht.

Eine allgemein längs sich erstreckende Ausbuchtung 14 bis 1 (Fig. 1 und 2) ist am Außenumfang des Gewindeeinsatzes 5 vorgesehen, die sich vom verjüngten Ende 10 nach hinten bis in den Gewindebereich 13 und zwar zumindest bis hinter dessen ersten beiden Gewindegänge mit vollem Durchmesser erstreckt. In den F i g. 1 bis 3 sind drei solche, im allgemeinen längs verlaufende Ausbuchtungen 14 bis 1,14 bis 2 und 14 bis 3 im Winkclabstand von /.. B. 120° am Außenumfang des Gewindeeinsat/es 5 ausgebildet. Zumindest die ersten beiden, vollen Durchmesser aufweisenden Gcwindegän· gc des Bereiches 13 sind in diese allgemein in Längsrichtung verlaufende Ausbuchtungen eingeschlossen. Die Ausbuchtungen 14 ragen in ziemlich begrenztem Ausmaß radial nach außen, so daß die die Ausbuchtungen kreuzenden Gewindegänge an diesen Stellen buckclförmig verlaufen, um dann wieder bündig in die ihnen benachbarten anschließenden Gcwindegüngc überzugehen, wie dies am besten aus I'ig. 2 ersichtlich ist. Die Tiefe der Gewindegänge im Bereich der Ausbuchtungen ist somit gleich der Tiefe der sich daran anschließenden ticwindcgangc.

F.inc dieser lokalen Ausbuchtungen, /. R. die Ausbiich tung 14 bis 3, hat eine vordere Zone, die mit einer in» allgemeinen längsverlaufcndcn, die Gowindegangc des Außengewindes unterbrechenden Nut IS versehen ist, die sich von einem Punkt hinter zumindest dem ersten Cicwindcgang mit vollem Durchmesser des Gewindebc reiches 13 bis zum vorderen Ende 10 erstreckt. Ks ist darauf hinzuweisen, daß die Nut nicht die Wand des Gewindeeinsatzes 5 bis in dessen rohrformiges Innere durchdringt. Die beim Eindrehen hintere Flüche 16 der Nut und die unterbrochenen Enden der Gcwindegttngc des Außengewindes bilden Schneidkanten, die das Innengewinde in die Aufnnhmcbohriing des WcrkstUk- >*cs schneiden. Da die Nut H zumindest einen Cicwindcgang mit vollem Durchmesser unterbricht, bildet sie an ihrem hinteren F.nde 17 eine Schneidkante mil einem Radius, der ein wenig großer als der Radius der sich anschließenden kreisförmigen Gcwindegltngc mit vollem Durchmesser ist. Dieser ein wenig grollen· Radius ist im wesentlichen der Radius der Spitzen der Buckel aller nicht unterbrochenen, vollen Durchmesser aufweisenden Gewindegänge, die durch solche Ausbuchtungen hindurchlaufen. Die Höhe dieser buckelförmig verlaufenden Gewindegänge gegenüber den benachbarten Gewindegängen ist ziemlich gering, d. h. sie liegt in der Größenordnung von ungefähr 0,025 mm bis etwa 0,25 mm, wobei dies von der Größe des Gewindeeinsatzes und dessen Verwendungszweck

ίο abhängt.

Indem die die Gewindegänge unterbrechende Nut 15 auf eine vordere Zone der Ausbuchtung begrenzt ist, verbleibt unmittelbar hinter der Nut zumindest ein Gewindegang mit vollem Durchmesser des Gewindebereichs 13, der nicht unterbrochen die Ausbuchtung überquert. Dieser ausgebuchtctc, jedoch nicht unterbrochene Gewindegang erzeugt mit dem in die Bohrung des Werkstücks eingeschnittenen Innengewinde eine Verankerung, sobald der Gewindeeinsatz vollständig in die Werkstückbohrung eingedreht ist.

Bei dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist darauf hinzuweisen, daß die lokalen, langgestreckten Ausbuchtungen 14 bis 1 und 14 bis 2 keine derartigen Nuten aufweisen, so daß jeder Gewindegang mit vollem Durchmesser eine solche Verankerungsfunktion ausübt. Bei dieser Ausführungsform können z. B. je nach Steigung des Gewindes, neun solcher verankernder Gewindegänge vorgesehen sein.

Ferner ist aus F i g. 2 zu entnehmen, daß eine weitere ähnliche Nut 150 diametral gegenüber der Nut 15 vorgesehen ist. Diese zweite Nut unterbricht jedoch keine ausgcbuchtctcn Gewindegänge. Sie bildet eine hintere Schneidkante und Schneidspilzen an den Gewindegängen mit kleinerem Radius, um die Sehneidwirkung der Nut 15 zu unterstützen, so daß das Drehmoment beim Gewindcschn iden weitgehend ausgeglichen.d. h. in etwa gleichmäßig verteilt ist.

Aus den F i g. I und 2 ist zu entnehmen, daß der Boden 18 jeder Nut 15 und 150 in tangcntialcr Richtung im

4<> wesentlichen flach und in Längsrichtung konkav verläuft, so daß er in einen Gewindegang mit vollem Gewindedurchmesser ausläuft um¹ damit das vom Werkstück abgetrennte Material in Späne bricht, die in die Aufnahmebolmmg im Werkstück geleitet werden

Es ist ferner zu bemerken, daß jede Nut an der hinterer schneidenden Flüche einen positiven Spanwinkel hat um das Gewindeschneiden wirkungsvoll vornehmen /1 können. Die Form jeder Nut ist so, daß in erwilnschiei Weise Spane hinter dem eindringenden GcwindceinsuW

ähnlich wie bei einem Spiralbohrer gebildet werden.

Ils versteht sich, daß das nicht unterbrochen« Innengewinde im Inneren des Gcwindecinsatzes, dai zum Einschrauben einer Schraube od. dgl. dient, nich über die gesamte Lunge des Gcwindceinsntzcs vorgcsc

hen werden braucht. Für gewisse Anwendungsfttlle kam es vielmehr ausreichen, wenn das Innengewinde ii einem Abschnitt, der sich vom geraden hinteren End« des Einsatzes bis ungefflhr in die Nöhc der Ausbuchtun gen erstreckt, vorgesehen wird.

Die Form der Nut und deren Anzahl konnci variieren. Obwohl das in den l·' i g. I bis 3 dargestellt' Ausführungsbeispiel der Erfindung sich als besonder vorteilhaft erwiesen hat, zeigt auch das in Fig.' abgebildete Ausführungsbciüpiel eines crfindungsgcm«

Ben Gewindeeinsatzes ahnlich gute Eigenschaften. De Gewindeeinsatz 30 nach Fig.4 ist mit einem Pflo diametral einander gegenüberliegender lokaler, langge slreckter Ausbuchtungen 14 bis 1 und 14 bis 2 verseher

die jeweils cine Nul 1500 aufweisen. Die Nut 1500 bildet an ihrer hinteren Fläche cine Schneidkante, die eine gewindeschneidende Spitze 170 im wesentlichen in der Mitte eines ausgebuchteten Gewindeganges mit vollem Gewindedurchmesser hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Selbstschneidender und sich selbst sichernder Gewindeeinsatz, dessen Außengewinde in einen S Bereich mit vollem Gewindedurchmesser und im daran anschließenden Schneidbereich einen allmählich abnehmenden Gewindedurchmesser aufweist, wobei der Einsatz wenigstens im Schneidbereich hohl ist und mit wenigstens einer sich im i« wesentlichen axial erstreckenden, zumindest den ersten Gewindegang des Bereiches mit vollem Gewindedurchmesser und die Gewindegänge des Schneidbereiches unterbrechenden Nut versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenumfang des Gewindeeinsaizes (5j wenigstens eine sich von dessen vorderem Ende (10) bis zumindest hinter die beiden ersten Gewindegänge des Bereiches (13) mit vollem Gewindedurchmesser im wesentlichen axial erstreckende und nach außen radial etwas vorstehende Ausbuchtung (14) vorgesehen ist, in deren Bereich die Gewindegänge die gleiche Tiefe wie die daran sich bündig anschließenden übrigen Gewindegänge aufweisen, und die Nut (15) im wesentlichen längs der Ausbuchtung verläuft und äußerstenfalls vor dem letzten vollständigen, mit einer Ausbuchtung versehenen Gewindegang endet.

2. Gewindeeinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ausbuchtungen (14 bis.

1, 14 bis 2, 14 bis 3) vorgesehen sind, die längs des Umfanges des. Gewin Jeeinsatzes in im wesentlichen gleichen Winkelabständen angeordnet sind.

3. Gewindeeinsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine der Ausbuchtungen (14) mit einer Nut (15) versehen ist.

4. Gewindeeinsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbuchtungen (14) einander nicht diametral gegenüberliegen, während eine zusätzliche Nut (150) diametral gegenüber der ersten Nut (15) vorgesehen ist.

5. Gewindeeinsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar mit Nuten (1500) versehene Ausbuchtungen (14) einander diametral gegenüberliegen.

6. Gewindeeinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (15; 150; 1500) eine in tangentialer Richtung im wesentlichen flach und in Längsrichtung des Gewindeeinsatzes (5) konkav verlaufende Bodenfläche aufweist.

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