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Verfahren zur Herstellung einer ihr zugehöriges Muttergewinde spanlos
selbstformenden Schraube Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
einer ihr zugehöriges Muttergewinde spanlos selbstformenden Schraube, deren Rohling
einen zylindrischen Schaft und ein sich verjüngendes Schaftende aufweist und am
zylindrischen Schaft und am Schaftende mittels eines Gewindewalzbackenpaares mit
Gewinde versehen wird.
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Es ist ein Verfahren dieser Art bekannt (DT-OS 2 100 204), bei dem
das Schaftende des Rohlings einen etwa Dreiecks förmigen Querschnitt mit abgerundeten
Ecken und bogenförmigen Seiten aufweist und über entsprechende Abschrägungen in
den zylindrischen Schaft übergeht. Die Gewindewalzbacken sind an ihrer Innenfläche
eben ausgebildet und weisen einerseits ein voll ausgebildetes Profil zum Walzen
des Gewindes am zylindrischen Schaft und andererseits ein
von diesem
Gewinde ausgehendes, sich verjüngendes Profil zum Walzen des konischen Gewindes
auf. Mit Hilfe dieser Gewindewalzbacken wird in den zylindrischen Schaft ein volles
Gewinde und in die Abschrägungen ein sich zum Schaftende verjüngendes Gewinde eingewalzt.
Das Verjüngen des Gewindes zum Schaftende hin wird dadurch erreicht, daß die Gewinderillen
weniger tief in die ebenen Walzbacken eingeschnitten sind0 Die zwischen den Gewinderillen
liegenden Gewindekämme werden infolgedessen zum Schaftende hin zunehmend stumpfer
Das Schaftende selbst weist überhaupt kein Gewinde auf Dieser gewindelose Zapfen
ist allein zur Herstellung der Schraube notwendiy. Er wirkt störend, wenn die Schraube
zQBo in ein Sackloch geringer Tiefe eingeschraubt werden muß0 Bei einer Variation
dieser Schraube entfällt zwar der Zapfen, der konische Anschnitt des Rohlings muß
dann jedoch von beträchtlicher Länge sein, Bei anderen gewindeformenden Schrauben
wird der konische Anschnitt des Gewindes so erzielt, daß das Gewindeprofil der Schraube
zum Schaftende hin zunehmend abgestumpft wird0 Das Ansetzen d-er Schraube in eine
gewindelose Bohrung und das Formen des Muttergewindes sind dadurch erschwert Von
gewindeformenden Schrauben wird unter anderem auch
gefordert, daß
sie beim Eindrehen in eine gewindelose Bohrung ein lehrenhaltiges Muttergewinde
herstellen. In dieses Gewinde soll zOBO im Reparaturfall eine übliche Normschraube
ohne Schwierigkeiten eingedreht werden könnenO Um dieser Forderung zu genügen, müssen
die Gewindedurchmesser gewindeformender Schrauben entsprechend angehoben werden0
Zur Fertigung bekannter gewindeformender Schrauben sind deswegen stärkere Drahtdurchmesser
des Ausgangsmaterials notwendig. Ein wirtschaftlich arbeitender Betrieb ist jedoch
immer bestrebt, die Beschaffung, Lagerung usw. von zusätzlichen Drahtabmessungen
auf ein Minimum zu beschränken, um Kosten zu sparen Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, das Verfahren der obenbezeichneten Art so auszubilden, daß dadurch eine
in duktile Werkstoffe leicht einzudrehende Schraube wirtschaftlich hergestellt wird,
die sich durch ein kurzes, zum Formen des Muttergewindes bestimmtes Schaftende auszeichnetdnd
deren von ihr geformtes Muttergewinde ein für Normschrauben notwendiges Spiel aufweist0
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die Verwendung eines Rohlings,
dessen Schaftende als Kegelstumpf mit einer Länge von etwa gleich der dreifachen
Gewindesteigung und einem Spitzenwinkel von etwa 140 ausgebildet und mit mindestens
drei gleichmäßig auf den Umfang verteilten
gleichen Schrägflächen
versehen ist, deren axiale Lange etwa gleich der fünffachen Gewindesteigung ist
und die mit der Mittelachse des Rohlings einen Winkel von etwa 110 einschließen,
und durch die VerwendunçJ eines Cewindewalzbackenpaares mit einem zup5chraubenachse
paralleiverlaufenden Gewindeteil und einem sich daran anschlieLenden, schräg zur
Schraubenachse verlaufenden Gewindeteil sowie mit an ihren beiden Enden üblicherweise
vorgesehenen Ein-und Auslaufschrägeno Durch den parallel zur Schraubenachse verlaufenden
Gewindeteil der Walzbacken wird in den zylindrischen Schraubenschaft ein entsprechendes
vollprofiliges Gewinde eingewalzt, während mit dem schräg zur Schraubenachse verlaufenden
Gewindeteil am Schaftende im Bereich des Kegelstumpfes und der Schrägflächen ein
gleichmäßig verlaufendes, ebenfalls vollprofiliges kegeliges Gewinde eingeformt
wird; Durch die drei Schrägflächen am Schaftende erhält dieses Schaftende im wesentlichen
einen dreieckförmigen Querschnitt, wobei die abgerundeten Ecken des Dreiecks auf
der kegelstumpfförmigen Oberfläche und die geraden Seiten auf den Schrägflächen
liegen. Das Walzen des Gewindes auf den Rohling besteht nun darin, daß durch die
beiden Gewindewalzbacken entsprechendes Material verdrängt wird0 Hierbei wird die
eine Gewindewalzbacke ortsfest gehalten,
während sich die andere
Gewindewalzbacke in Längsrichtung bewegt, wobei der Rohling mitgenommen und zwischen
beiden Gewindewalzbacken gerolltwird. Bei dieser Rollbewegung gelangt nun jeweils
eine abgerundete Ecke des Dreiecks, das den Querschnitt des Schaftendes bildet,
mit der einen Gewindewalzbacke in Berührung, während sich im Bereich der anderen
Gewindewalzbacke die gegenüberliegende gerade Seite des genannten Dreiecks befindet
Auf diese Seite wird von der entsprechenden Gewindewalzbacke nahezu kein Druck ausgeübt,
sondern lediglich von der gegenüberliegenden Gewindewalzbacke auf die abgerundete
Ecke des Dreiecks, so daß der gesamte Rohling von der auf die abgerundete Ecke drückenden
Gewindewalzbacke mit seiner Mittelachse in Richtung auf die andere Gewindewalzbacke
geschwenkt wird. Da nun bei dieser Abwälzbewegung des Rohlings auf den beiden Gewindewalzbacken
infolge des etwa dreieckförmigen Querschnittes des Schaftendes jeweils auf eine
abgerundete Ecke eine gerade Dreieckseite folgt, führt die Mittelachse des Schraubenrohlings
eine Schwenkbewegung in einer senkrecht zur Bewegungsrichtung der Walzbacke stehenden
Ebene aus. Die Schwenkbewegung wird durch den Rohling selbst mit seinen über den
Konus hinausgehenden Schrägflächen eingeleitet. Ein gewindeloser Zapfen am Schaftende
der Schraube bzw. eine beträchtliche Länge des zum Muttergewinde-Formen vorgesehenen
Schaftendes
sind nicht erforderlich. Der Drehpunkt, um den die Rohlings
achse schwenkt, liegt im Schraubenkopf. Hierbei wird insbesondere in das Schaftende,
aber auch in den zylindrischen Schaft ein einwandfreies vollprofiliges Gewinde eingeformt
Die Schwenkbewegung der Mittelachse des Rohlings hat den großen Vorteil, daß hierbei
einerseits durch die Gewindewalzbacken Material des Rohlings zur Mitte der abgerundeten
Ecken hin und andererseits von den beiden Rändern der abgerundeten Ecken nach den
Schrägflächen hin tangential verdrängt wird, so daß sich für diese abgerundeten
Ecken ein Krümmungsradius ergibt, der kleiner ist als der Krümmungsradius des Gewindes,
Dadurch entsteht ein unrundes, dohç nicht kreisrundes Gewinde mit entsprechend angehobenem
Durchmesser nicht nur am konischen Schaftende, sondern auch in einem gewissen Bereich
des daran anschliessenden zylindrischen Schaftes. Wie bereits erwähnt, sind für
eine ausreichende Pendelbewegung der Mittelachse Schrägflächen einer axialen Länge
von ungefähr fünffacher Gewindesteigung vorgesehen. Das kegelige Gewinde ist aber
nur dreifache Gewindesteigung lang Zum Walzen des kegeligen Gewindes auf das Schaftende
besitzen die Gewindewalzbacken ebenso spitze Gewindekämme wie für das Gewinde auf
dem zylindrischen Schaft, Die Gewindekämme dringen daher in das Schaftende auch
ebenso leicht ein;
Durch ihre Anordnung auf einer schräg zur Schraubenachse
verlaufenden Ebene entsteht eine axiale Kraft auf den Rohling in Richtung des Schraubenkopfes.
Diese Axialkraft wird durch die gleichzeitig auch in den zylindrischen Schaft eindringenden
anschließenden Gewindekämgie aufgefangen, so daß der Rohling nicht aus den Walzbacken
hinausgeschoben werden kann0 Die axiale, zum Schraubenkopf hin gerichtete Druckkraft
verursacht insbesondere im Bereich der Schrägflächen eine Stauchung des Rohlings,
Demzufolge wird das Fließen des Werkstoffes am Schaftende auch in radialer Richtung,
also in die Gewinderillen der Walzbacken hinein, besonders gefördert. Auf diese
Weise kann trotz der Unterbrechungen durch die Schrägflächen auch auf das Schaftende
ein spitzes, vollprofiliges Gewinde gewalzt werden0 Zudem bewirken Schwenkbewegung
und axiale Kraft gemeinsam, daß praktisch nur etwa drei Gewindegänge an der fertig
gewalzten Schraube noch die von den Abschrägungen des Rohlings herrührenden Unterbrechungen
aufweisen, obwohl die Länge der Schrägen am Rohling die fünffache Gewindesteigung
ist0 Die auf diese Weise geformte Schraube mit unrundem Gewinde, insbesondere am
Schaftende, hat den großen Vorteil, daß beim Einschrauben einer solchen Schraube
in eine entsprechende gewindelose Bohrung das Muttergewinde nur durch den mittleren
vorstehenden Teil der abgerundeten Ecken geformt wird0 Da die nach
dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schraube ein volles einwandfreies Gewindeprofil
auch am Schaftende aufweist, wird von vornherein mit dieser Schraube ein scharf
profiliertes Muttergewinde geformt Hierbei läßt sich die Schraube relativ leicht
in die gewindelose Bohrung einschrauben0 Von besonderer Bedeutung ist, daß das Gewinde
nicht durch die scharfkantigen Übergänge von den abgerundeten Ecken zu den Schrägflächen
geformt wird, sondern durch den radial nach außen abstehenden mittleren Teil der
abgerundeten Ecken, in dem sich das voll ausgebildete Schraubengewinde befindet
Durch das kegelige, voll ausgebildete Gewindeprofil auf dem Schaftende wird das
Ausformen des entsprechenden Muttergewindes begünstigt, da am Umfang dieses Gewindes
keine Abflachung bzwo Abstumpfung vorhanden ist0 Das Gewindeprofil ist auf dem konischen
Schaftende genauso spitz wie auf dem zylindrischen Schaft ausgeprägt. Der Vorteil
des kegeligen Gewindes besteht außerdem im leichten Ansetzen der Schraube, Zum Eindrehen
der Schraube ist eine geringere axiale Druckkraft als bei abgestumpftem Gewindeprofil
notwendig.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich außerdem eine Schraube,
mit der ein lehrenhaltiges Muttergewinde hergestellt werden kann, so daß im Reparaturfalle
eine normale Schraube leicht in das hergestellte Muttergewinde
eingeschraubt
werden kann. Das hierfür im Muttergewinde notwendige Spiel wird von der durch das
erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Schraube erzeugt, In weiterer Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Herstellung des Rohlings Draht gleichen
Durchmessers wie für entsprechende Normschrauben verwendet. Dies ist ein erheblicher
wirtschaftlicher Vorteil gegenüber anderen Ausführungen gewindeformender Schrauben,
weil keine erstellung bzwO Beschaffung, Lagerung usw, zusatzlicher Drähte mit abweichenden
Durchmessern erforderlich sind0 An Hand der Figuren wird das erfindungsgemäße Verfahren
erläutert, Es zeigt: Fig. 1 eine Ansicht eines für das erfindungsgemäße Verfahren
verwendeten Rohlings, Fig. 2 eine Ansicht von unten gemäß Fig. 1, Fig9 3 eine Ansicht
zweier Gewindewalzbacken mit einem Schraubenrohling zu Beginn des Einformens des
Schraubengewindes, Fig. 4 eine Ansicht von unten gemäß Fig. 3, Fig. 5-7 verschiedene
Phasen beim Einformen des Schraubengewindes in das Schaftende und Fig0 8 eine durch
das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Schraube.
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Ein in Fig. 1 dargestellter Rohling 1 weist einen Schraubenkopf 2,
einen zylindrischen Schaft 3 und ein kegelstumpfförmiges Schaftende 4 auf, das mit
drei Schrägflächen 5 versehen ist, die sich gleichmäßig auf den Umfang verteilen.
Der Kegelstumpf des Schaftendes 4 weist eine Länge a = 3P auf, wobei P die Steigung
d s Schraubengewindes ist. Die Länge b einer jeden Schrägfläche 5 betrugt 5P. Die
Schrägfläche 5 erstreckt sich also bis in den Bereich des zylindrischen Schaftes
3 hinein Aus Fig. 2 geht hervor, daß der Rohling 1 im Bereich des Schaftendes 4
im Querschnitt etwa ein Dreieck bildet, dessen abgerundete Ecken 6 auf dem als Kegelstumpf
ausgebildeten Schaftende 4 und dessen gerade Seiten 7 auf den Schrägflächen 5 liegen,
Die Fig. 3 und 4 zeigen zwei Gewindewalzbacken 8 und 9, zwischen denen sich ein
Rohling 1 befindet, Insbesondere Fig. 3 zeigt, daß die Gewindewalzbacken 8,9 im
oberen Teil parallel zueinander liegende Gewinderillen und im unteren Teil schräg
zueinander verlaufende Gewinderillen aufweisen, Mit diesen schräg zueinander verlaufenden
Gewinderillen wird ein kegeliges Gewinde in das Schaftende 4 eingeformt0
Aus
Fig. 4 ist ersichtlich, daß die beiden Gewindewalzbacken 8 und 9 an ihren beiden
Enden je eine Einlaufschräge 10 aufweisen; Von den beiden Gewindewalzbacken 8 und
9 ist die Gewindewalzbacke 8 ortsfest angeordnet und die Gewindewalzbacke 9 verschiebbar
in Richtung eines Pfeiles 11 geführt, Die Einlaufschrägen 10 ermöylichen das allmähliche
Eindringen der Gewindezähne der Gewindewalzbacken 8 und 9 in den Rohling 1 der Schraube,
Die Schrägflächen 5 am Schaftende des Rohlings 1 haben zur Folye, daß ein unrundes,
dGhG nicht kreisrundes, Gewinde gewalzt wird, wie insbesondere aus den Fig. 5,6
und 7 ersichtlich isto Die Fig. 3 zeigt den Rohling 1 am Beginn des Walzen Der Rohling
1 befindet sich noch zwischen den E:inlaufschrägen 10. Das Profil des Gewindes ist
also noch nicht voll ausgeprägt, Beim Eindringen der Gewindezähne der Gewindewalzbacken
8 und 9 in den Rohling 1 beginnt der Werkstoff des Rohlings 1 zu fließen0 Wegen
der Schrägflächen 5 hat die Gewindewalzbacke 8 weniger Gewindezähne in Eingriff
als die Walzbacke 9o Der Druck auf den Rohling 1 ist deshalb von der einen Seite
her zunächst größer als von der anderen0 Ein Ausgleich ist durch das Fließen des
Werkstoffes des Rohlings 1 möglich, indem die Mittelachse 12 des Rohlings 1 um einen
Winkel 13 geschwenkt wird. Diese Schwenkung um den Winkel 13 kommt dann zustande,
wenn die Gewindewalzbacke 9 auf eine abgerundete Ecke 6 drückt und
sich
im Bereich der anderen Gewindewalzbacke 8 eine gerade Seite 7 des Dreiecks befindet,
Durch diese Schwenkung der Mittelachse 12 um den Winkel 13 wird insbesondere am
Schaftende 4 im Bereich der Schrägflächen 5 ein Gewinde mit kleinerem Radius 14
und im gegenüberliegenden Teil mit größerem Radius 15 als im zylindrischen Schaft
3 geformt. Im Abstand weniger Gewindegänge vom konischen Schaftende 4 sind die Gewinderadien
16 und 17 nahezu gleich, so daß also dort das Gewinde praktisch kreisrund ist0 In
Fig. 4 ist der Einfachheit halber der Querschnitt des unverformten Schaftendes 4
strichpunktiert eingezeichnet0 Ein Pfeil 18 gibt die Drehrichtung während des Gewindewalzens
an, Die Fig. 5 - 7 zeigen verschiedene Phasen beim Abwälzen des Schaftendes 4 auf
den Gewindewalzbacken 8 und 9o Das Gewindeprofil ist hierbei bereits voll ausgebildet0
Der Einfachheit halber ist in den Schnittzeichnungen 5 bis 7 die schraubenförmige
Anordnung der Gewindegänge nicht berücksichtigt, Eine strichpunktierte Linie 19
kennzeichnet den Querschnitt des Schaftendes 4 des Rohlings 1, und eine volle Linie
20 gibt den äußeren Umfang der geformten Schraube am Schaftende 4 an, In einem Bereich
21 ist das Gewindeprofil infolge der Schrägflächen 5 nicht vollkommen
ausgeformt0
Beim Gewindewalzen wird der Rohling 1, sobald seine abgerundete Ecke 6 (Fig. 2)
mit einer Gewindewalzbacke 8 oder 9 in Berührung kommt, mit seiner der abgerundeten
Ecke 6 gegenüberliegenden geraden Seite 7 des Dreiecks (Fig. 2) so in Richtung auf
die gegenüberliegende Gewindewalzbacke gedrückt, daß hierbei eine Schwenkung seiner
Mittelachse 12 um den Winkel 13 erfolgt, Bei der Abwälzbewegung des Rohlings 1 vollführt
seine Mittelachse 12 ständige Schwenkbewegungen zwischen den Walzbacken. Der Drehpunkt
der Rohlinyachse liegt dabei im Schraubenkopf.
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Diese Bewegung des Rohlings 1 wird allein durch die Schrägflächen
5 am Schaftende 4 bewirkt Eine besondere Führung des Rohlings 1 ist hierbei nicht
notwendig.
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Im Bereich des Schaftendes 4 pendelt die Mittelachse 12 des Rohlings
1 um eine Mittellinie 22, die die Mitte zwischen den beiden Gewindebacken 8 und
9 bildet. In Fig. 6 sind Kerndurchmesser 23 und Außendurchmesser 24 eingezeichnet,
die sich beim Walzen eines Schraubenrohlings ergeben, der keine Schrägflächen 5
aufweist0 In Fig. 7 ist der entsprechende Kerndurchmesser mit 25 und der entsprechende
Außendurchmesser mit 26 eines Gewindes bezeichnet, dessen
Rohling
in Fig 1 dargestellt und mit Schrägfläche 5 versehen ist, Aus den Fig. 6 und 7 ist
klar ersichtlich, daß die Durchmesser 25 und 26 größer sind als die Durch messer
23 und 24o Beim Eindrehen der Schraube gemäß Fig. 7 in eine entsprechende Bohrung
eines Werkstückes wird ein Muttergewinde mit dem Kerndurchmesser 25 und mit dem
Außendurchmesser 26 geformt. Eine normale Schraube mit dem Kerndurchmesser 23 und
dem Außendurchmesser 24 weist also in diesem geformten Muttergewinde das gewünschte
Gewindespiel auf Fig. 7 zeigt, daß der Krümmungsradius des Schraubengewindes 20
kleiner ist als der halbe Außendurchmesser 26.
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Das Muttergewinde wird also nur von dem Schraubengewinde 20 geformt.
Kanten 27 an dem Schraubengewinde 20, die sehr rauh sind, beeinträchtigen nicht
das Formen des MuttergewindesO Aus Fig. 8, die eine fertig gewalzte Schraube zeigt,
sind Bereiche 21 ersichtlich, in denen das Schraubengewinde nicht vollkommen geformt
ist.
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An Stelle von drei Schrägflächen 5 können fünf, sieben,
neun
usw, Schrägflächen vorgesehen sein. Die Zahl der Schräg#lächen muß ungerade sein.