DE2428136B2 - Verfahren zur Herstellung einer gewindeselbstdrückenden Schraube - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 (Prospekt »RIBE triform« vom April 1973).

Es ist aus DE-OS 21 OO 204 bekannt, zur kaltformenden Herstellung einer gewindeselbstdrückenden Schraube allerdings mit nicht — wie im Schaftbereich — auch am Schaftende vollprofilig ausgebildetem Schraubengewinde von einem in seinem Schaftbereich zylindrischen Rohling auszugehen, an dessen ebenfalls zylindrisches Schaftende aneinandergrenzend drei gleichmäßig über den Umfang verteilte, in sich konvex gewölbte Schrägflächen angeformt sind, die dem Rohling eine sich zu seinem Fußende hin stetig verjüngende Querschnittsform etwa eines Dreiecks mit ausgebeulten Seiten verleihen. Wird bei der Herstellung dieser Schraube von einem Rohling ausgegangen, dessen Schaftdurchmesser dem Schaftdurchmesser eines für die Herstellung von Normschrauben gleichen Durchmessers verwendeten Rohlings entspricht, so stimmt der Durchmesser des um diese Schraube gelegten Hüllzylinders mit dem des um die Normschraube gelegten Hüllzylinders überein.

Das Walzen vollprofiliger Schaftenden an Schrauben mittels abgewinkelter Walzflächen ist allgemein aus US-PS 21 97 732, dort F i g. 5, bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gewindeselbstdrückende Schraube der eingangs genannten Art in einfacher Weise aus Draht mit gleichem Ausgangsdurchmesser wie dem des Rohlings einer entsprechenden Normschraube so herstellen zu können, daß nach Fertigstellung der Durchmesser des um sie gelegten Hüllzylinders insbesondere im Übergangsbereich zwischen Schaft und Schaftende ein Plusmaß gegenüber dem Durchmesser ehjer entsprechenden

ίο Normschraube aufweist Dies hat den Vorteil, daß einerseits für den Schraubenrohling kein anders dimensioniertes Vormaterial als für normale Nonnschrauben benötigt wird, andererseits jedoch die mit der Schraube hergestellten Muttergewinde iehrenhaltig

ii sind, so daß z. B. in einem Reparaturfalle die gewindeselbstdrückende Schraube durch eine normale Normschraube ersetzt werden kann, ohne daß deren Einschrauben zu erhöhten Einschraubmomenten mit allen bekannten negativen Folgen führt Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruches i gelöst

Die erfindungsgemäße Schraube weist nach ihrer Fertigstellung im Übergangsbereich vom Schaft zum Schaftende ein Übermaß auf, welches dem bei einem Gewindebohrer vorhandenen Übermaß gegenüber einem Nonnschraubengewinde entspricht Im Bereich ihres dem Anschnitteil eines Gewindebohrers entsprechenden Schaftendes erhält die fertige Schraube eine Querschnittsform etwa eines Dreiecks mit ausgebeulten Seiten und abgerundeten Ecken. Der Krümmungsradius der Eckenabrundungen ist kleiner als der Krümmungsradius des Normalgewindes am kopfseitigen Ende des Schraubenschaftes, im Bereich des Schaftendes ist das Gewinde also unrund. Diese Unrundheit setzt sich über

α den Übergangsbereich zwischen Schaftende und Schaft in Richtung auf den Schraubenkopf fort, wobei dann allerdings die Querschnittsform sich zunehmend und stetig der eines Kreises annähert, die im weiteren Schaftbereich erreicht wird. Jfcienfalls ist im Übergangsbereich zwischen Schaftende und Schaft der Durchmesser des um die Gewindespitzen gelegten Hüllkreises größer als der Gewindedurchmesser des sich in Richtung auf den Schraubenkopf anschließenden, immer mehr ins Zylindrische übergehenden Gewinde-

*5 bereiches, der wieder mit dem Außendurchmesser des entsprechenden Normgewindes übereinstimmt Hierauf beruht die erwünschte Gewindebohrerwirkung der erfindungsgemäßen Schraube.

Das — wie an sich bekannt — das Gewinde im

Übergangsbereich zwischen Schaftende und Schaft unrund ausgebildet ist, hat den Vorteil, daß die Formung des Muttergewindes nur durch den mittleren, vorstehenden Teil der abgerundeten Ecken erfolgt, ohne daß dabei Späne entstehen können. Die ebenfalls an sich bekannte, vollprofilige Ausbildung des Schaftendes hat den weiteren Vorteil der Möglichkeit eines leichten

Ansetzens der Schraube, zu deren Eindrehen auch nur

eine geringe axiale Druckkraft notwendig ist.

Die Dimensionierung des Rohlings nach den Kenn-

Zeichnungsmerkmalen des Patentanspruchs 2 hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt.

Durch die erfindungsgemäße Formgebung des Rohlings wird bei der in üblicher Weise vorgenommenen Gewindeformung dem vom Schraubenkopf abgewandten Rolllingende eine starke Taumelbewegung aufgezwungen. Deren besonders großes Ausmaß beruht darauf, daß der hohe Verformungsdruck zur Herstellung eines vollprofiligen Schaftendes zyklisch alternierend

von den Gewindewalzbacken auf die zwischen den Schrägflächen verbliebenen, kegelstumpfförmigen Bereiche des Schaftendes und zusätzlich der übliche Verformungsdruck auf die zylindrischen Bereiche des an das Schaftende angrenzenden Schaftes des Rohlings wirksam wird. Die Taumelbewegung ist dabei so stark, daß sie bei gegenüber der Herstellung von Normgewinden bedeutend erhöhten Formdrücken im Obergangsbereich zwischen Schaft und Schaftende zu der erwähnten Vergrößerung des wirksamen Gewindeaußendurchmessers führt

Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht des Rohlings für dia Schraubenherstellung,

F i g. 2 eine Ansicht von unten gemäß F i g. 1,

F i g. 3 eine Ansicht zweier Gewindewalzbacken mit einem Schraubenrohling zu Beginn des Einformens des Schraubengewindes,

F i g. 4 eine Ansicht von unten gemäß F i g. 3,

F i g. 5 bis 7 verschiedene Phasen beim Einformen des Schraubengewindes in den mit den Sciträgflächen versehenen Bereich des Rohlings und

F i g. 8 eine erfindungsgemäß hergestellte Schraube.

Der Rohling 1 weist einen Schraubenkopf 2, einen zylindrischen Schaft 3 und ein kegelstumpfförmiges Schaftende 4 auf, das mit drei vorzugsweise ebenen Schrägflächen 5 versehen ist, die sich gleichmäßig über den Umfang verteilen. Der Kegelstumpf des Schaftendes 4 weist eine Länge a=3Pauf, wobei P die Steigung des Schraubengewindes ist. Die Länge b einer jeden Schrägfläche beträgt 5P. Die Schrägflächen 5 erstrekken sich also um etwa zwei Gewindesteigungen in den Bereich des zylindrischen Schaftes 3 hinein. In Winkelgraden ausgedrückt beträgt der Winkel zwischen Mittelachse 12 und Kegelmantel des Schaftendes 4 etwa 7° und der Winkel zwischen den Schrägflächen 5 und der Mittelachse 12 des Rohlings 1 etwa 11°.

Aus F i g. 2 geht hervor, daß der Querschnitt des Rohlings t im Bereich des Schaftendes 4 etwa ein Dreieck bildet, dessen abgerundete Ecken 6 auf dem als Kegelstumpf ausgebildetem Schaftende und dessen gerade Seiten 7 auf den Schrägflächen S liegen. Zur Gewindeformung wird gemäß F i g. 3 und 4 der Rohling 1 zwischen zwei Gewindewalzbacken 8 und 9 eingelegt. Die Gewindewalzbacken 8 und 9 müssen gemäß F i g. 3 im oberen Teil parallel zueinanderliegende Gewinderillen und im unteren Teil schräg zueinander verlaufende Rillen aufweisen. Bei der Gewindeformung wird die Gewindewalzbacke 8 ortsfest gehalten und die Gewindewalzbacke 9 parallel gegenüber der festen Walzbacke 8 in Richtung des Pfeiles 11 verschoben. Einlaufschrägen 10 ermöglichen das allmähliche Eindringen der Gewindezähne der Gewindewalzbacken in den Rohling 1 der Schraube.

Der Zustand bei Beginn des Walzens ist aus F i g. 3 ersichtlich, die den Rohling 1 zwischen den Einlaufschrägen 10 zeigt. Das Profil des Gewindes ist also noch kaum ausgeprägt. Beim Eindringen der Gewindezähne der Gewindewalzbacken 8 und 9 in den Rohling beginnt der Werkstoff des Rohlings 1 zu fließen. Wegen der Schrägflächen 5 hat die Gewindewalzbacke 8 weiniger Gewindezähne im Eingriff als die Walzbacke 9. Der Druck auf den Rohling 1 ist deshalb von der einen Seite her zunächst größer als von der anderen. Ein Ausgleich ist durch das Fließen des Werkstoffes des Rohlings 1 möglich, indem die M.itelachse 12 des Rohlings 1 um einen Winkel 13 geschwenkt wird bzw. taumelt. Diese Schwenkung um den Winkel 13 kommt dann zustande, wenn die Gewindewaizbacke 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

ίο geformt Im Abstand einiger Gewindegänge vom konischen Schaftende 4 sind die Gewinderadien 16 und 17 nahezu gleich, so daß also dort der Gewindequerschnitt praktisch kreisrund ist
Fig.4 zeigt den Querschnitt des unverformten Schaftendes 4 des Rohlings strichpunktiert im Zustand vor Beginn der Fertigung. Ein Pfeil 18 gibt die Drehrichtung des Rohlings während der Fertigung an.

Die F i g. 5 bis 7 erläutern die verschiedenen Phasen während der Gewindeherstellung durch Andeuten der Verformungen im Bereich des Schiftendes 4 als Folge der Druckwirkung der Gewindewar backen 8 und 9. Das Gewindeprofil ist in dieser Fertigungsphase bereits voll ausgebildet Der Einfachheit halber ist in den Schnittzeichnungen 5 bis 7 die schraubenförmige Anorinung 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 eimern Bereich 21 ist das Gewindeprofi! infolge der Schrägflächen 5 nicht vollkommen ausgeformt

Beim Gewindewalzen wird der Rohling 1, sobald seine abgerundete Ecke 6 (F i g. 2) mit einer Gewindewalzbacke 8 oder 9 in Berührung kommt, mit seiner der

J5 abgerundeten Ecke 6 gegenüberliegenden geraden Seite 7 des Dreiecks (F i g. 2) so in Richtung auf die gegenüberliegende Gewindewalzbacke gedrückt daß hierbei eine Schwenkung seiner Mittelachse 1,* um den Winkel 13 erfolgt. Bei der Abwälzbewegung des Rohlings 1 vollführt seine Mittelachse 12 ständige Sohwenkbewegungen zwischen den Walzbacken. Der Drehpunkt der Rohlingachse liegt dabei auf der Seite des Schraubenkopfes. Diese Bewegung des Rohlings 1 wird allein durch die Schrägflächen 5 bewirkt. Ein besonderers Führen des Rohlings 1 ist nach diesem Verfahren nicht notwendig.

Im Bereich des Schaftendes 4 pendelt bzw. taumelt die Mittelachse 12 des Rohlings 1 um eine Mittellinie 22. die in der Mittelebene zwischen den beiden Gewindeso backen 8 und 9 liegt. In F i g. 6 sind Kerndurchmesser 23 und Außendurchmesser 24 eingezeichnet, die sich beim Walzen eines Schraubenrohlings mit den beschriebenen Wi!zbacken 8, 9 ergeben würden, wenn dieser keine Schrägflächen 5 aufweisen würde. In F i g. 7 ist der entsprechende ICerndurchmesser mit 35 und der entsprechende Außendurchmesser mit 26 für ein verfahrensgemäß aus einem Rohling gemäß F i g. 1 erhaltenes Ge-winde bezeichnet. Die besondere Form des Rohlings 1 und seiner Schrägflächen 5 bewirken,

w) daß gemäß F i g. 6 und 7 die Durchmesser 25 und 26 im Übergangsbereich zwischen Schaftetide u.id Schaft größer sind als die Durchmesser 23 und 24.

Fig. 7 zeigt, daß auch der Krümmungsradius des Schraubengewindes 20 im Bereich des Schaftendes 4

^h5 kleiner ist als der halbe Außendurchmesser 26. Die ebenfalls erhaltenen Kanten 27 an dem Schraubengewinde 20, die sehr rauh sind, liegen offensichtlich genügend nahe der Längsachse des Gewindes.

F i g. 8 zeigt die durch das Verfahren gewonnene Schraube. Hier sind die Restschrägflächen 21 ersichtlich, in denen das Schraubengewinde nicht vollständig ausgeformt ist. Diese Bereiche sind für das gewünschte Gewindeformen beim Einschrauben der erzeugten Schraube in einen Mutterwerkstoff vorteilhaft.

Anstelle von drei Schrägflächen 5 kann der Rohling auch fünf, sieben oder neun usw. Schrägflächen aufweisen, wenn dadurch auch die gewünschte starke Taumelbewegung erzielt wird. Die Zahl der Schrägflächen am Rohling muß jedoch immer ungerade sein.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer gewindeselbstdrückenden Schraube durch Walzen, diese bestehend aus

1. Kopf

2. zylindrischem Schaft und

3. sich verjüngendem Schaftende, das

3.1 in axialer Richtung etwa drei Gewindesteigungen lang und

32 mit drei Restschrägflächen versehen ist, die

3.2.1 gleichmäßig Ober den Umfang verteilt sind.

4. Das Schraubengewinde ist sowohl im Schaftbereich als auch am Schaftende vollprofilig ausgebildet und wird mittels abgewinkelter Walzflächen gewalzt

5. Aus einem Rohling, der

5.1 in seinem Schaftbereich zylindrisch und
52 mit einem kegelstumpfförmigen Schaftende versehen ist,

52.1 an welches Schrägflächen entsprechend der Anzahl der Restschrägflächen angeformt sind.

Kennzeichen:

6. Die Schrägflächen (5) des Rohlings (1) erstrecken sich in axialer Richtung über **wa zwei Gewindesteigungen in den zylindrischen Bereich des Schaftes (3) des Rohlings [ 1) hinein.

2. Rohling zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägflächen (5) jeweils in einem Winkel von etwa 11° zur Mittelachse des Rohlings (1) stehen und der Winkel zwischen Mittelachse (12) und Kegelmantel des Schaftendes (4) etwa 7° beträgt