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Reibschlußschraube Die Erfindung bezieht sich auf eine Reibschlußschraube
der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattung, ferner auf ein Verfahren
zur Reibschlußschraubenherstellung und eine Walzbacke zur 3urchführung des Verfahrens.
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Unter Reibschlußschrauben sind solche Schrauben zu verstehen, welche
dem gegenseitigen Verschrauben von Schraube und zugehöriger Mutter oder dergleichen
einen Reibungswiderstand entgegensetzen. Zur Herstellung solcher Reibschlußschrauben
sind bereits Walzbacken besonderer Gestalt und Konstruktion vorgeschlagen worden.
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Jede von zwei komplementären Walzbacken weist dabei Felder von Vertiefungen
und Erhöhungen üblicher Gestalt auf, geeignet zum Aufwalzen von Schraubgewinden
üblichen Profils auf zylindrische Rohlinge. Jede Walzbacke ist jedoch mit einer
Unstetigkeit
versehen, welche die Arbeitsfläche der Backe in zwei Bereiche teilt, die beidseitig
einer Linie liegen, welche sich parallel zur Richtung der gegenseitigen Bewegung
der Walzbacken beim Gewindewalzen erstreckt. Jeder dieser beiden Bereiche ist mit
regelmäßigen Feldern von Vertiefungen und Erhöhungen versehen, wobei die Ausgestaltung
so getroffen ist, daß auf einem Rohling ein Schraubgewinde üblicher Länge ausgebildet
werden kann.
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Die Vertiefungen und Erhöhungen in einem Bereich sind jedoch nicht
auf diejenigen im anderen Bereich ausgerichtet, so daß beim Gewindewalzen mit Hilfe
der Walzbacken die jeweils hergestellte Schraube zwei verschiedene Gewindeabschnitte
aufweist, welche beidseitig von einer zur Schraubenachse normalen Unstetigkeitsebene
liegen, wobei die Unstetigkeit zwischen den beiden Gewindeabschnitten den Unstetigkeitslinien
zwischen den beiden Bereichen jeder Walzbacke entspricht. Hinsichtlich Profil und
Steigung entsprechen die beiden Gewindeabschnitte einander, jedoch liegen sie gegenseitig
außer Phase.
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Die Gestalt der Schraube kann also als derjenigen einer üblichen
Schraube mit einheitlichem Gewinde ähnlich angesehen werden, welchs jedoch entlang
einer zur Schraubenachse senkrechten Ebene durchtrennt worden ist, und wobei dann
ein Abschnitt gegenüber dem anderen geringfügig verdreht ist, so daß das Gewinde
auf dem einen Abschnitt nicht mehr die Fortsetzung des Gewindes auf dem anderen
Abschnitt bildet. Auch kann man sich die Gestalt der Schraube als derart zustande
gekommen vorstellen, daß wiederum eine Schraube mit einheitlichem Gewinde entlang
einer zur Schraubenachse senkrechten Ebene in swei Abschnitte geteilt wird, worauf
diese ohne gegenseitige
Verdrehung geringfügig axial voneinander
wegbewegt werden und der so entstandene Spalt durch eine Scheibe geschlossen wird,
deren Durchmesser dem Gewindekerndurchmesser entspricht. 8chlieBlich kann die Gestalt
der Schraube hypothetisch auch so hervorgebracht vorgestellt werden, daß man eine
Schraube mit einheitlichem Gewinde entlang zwei jeweils zur Schraubenachse senkrechten
Ebenen durchtrennt und in drei Abschnitte teilt, worauf der mittlere Abschnitt entfernt
wird und die beiden übrigbleibenden Abschnitte axial aufeinander zu bewegt werden,
ohne Relativirehung.
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Jedes dieser hypothetischen Verfahren führt zu einer Schraube derselben
Art, wobei das Gewinde eines Abschnitts und das Gewinde des anderen Abschnitts außer
Phase sind bzw.
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die Schraube zwei axial getrennte Gewindeabschnitte derselben Gewindesteigung
aufweist, welche jedoch gegenseitig außer Phase angeordnet sind.
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Wird eine solche Schraube in eine Mutter oder dergleichen mit einem
zu jedem der beiden Gewindeabschnitte komplementären Innengewinde eingeschraubt,
dann läuft das vorlaufende Ende der Schraube anfänglich auf die übliche Art und
Weise in das Innengewinde hinein. Wenn jedoch der andere Abschnitt der Schraube
in das Innengewinde eintritt, dann wird das vorlaufende Ende entweder nach vorne
gedrückt oder nach hinten gezogen, um mit Reibschluß em Innengewinde ansugreifen.
Die Schraube wirkt also als Reibschlußschraube.
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Die oben beschriebenen Walzbacken zur Herstellung von Schrauben mit
axial getrennten Gewindeabschnitten weisen
insofern eine verhältnismäßig
verwickelte Gestalt auf, als auf jeder Seite der Unstetigkeitslinie die Enden von
Vertiefungen und Erhöhungen liegen, welche sich teilweise überlappen. Damit ist
die Gefahr von Beschädigungen und übermä-Bigem Verschleiß verbunden. In Ansehung
der Fertigungsschwierigkeiten hat man vorgeschlagen, jede Walzbacke aus zwei gesonderten,
aneinander befestigten Bauteilen herzustellen.
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Die mit diesen Walzbacken hergestellten Schrauben weisen eine abrupte
Gewindeunstetigkeit dort auf, wo die beiden Gewindeabschnitte aufeinandertreffen.
Dies hat zur Folge, daß die Schrauben beim Einschrauben beschädigt werden können,
und daß auch das zugehörige Innengewinde der Mutter oder dergleichen beschädigt
werden kann, worin die Schraube eingeschraubt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden.
Diese Aufgabe ist durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Reibschlußschraube,
das im Anspruch 2 gekennzeichnete Herstellungsverfahren dafür und die im Anspruch
3 gekennzeichnete Walzbacke zur Durchführung des Verfahrens gelöst.
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Das für eine Schraube mit irgendeinem bestimmten Anwendungszweck
geeignete Ausmaß, in welchem die beiden Gewindeabschnitte außer Phase sind, kann
am besten durch Versuche ermittelt werden und sich mit der Anzahl der wahrscheinlich
bei Benutzung wirksam werdenden Umdrehungen, dem Schraubenmaterial und dem Material
derjenigen Mutter oder dergleichen, mit welcher die jeweilige Schraube wahrscheinlich
verwendet
wird, dem jeweils verwendeten Gewindetyp, dem Schraubendurchmesser
usw. ändern.
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Werden die Schrauben mit normalen Fertigungstoleranzen hergestellt
und mit Muttern oder dergleichen verwendet, welche mit ähnlichen Toleranzen hergestellt
sind, ist es unwahrscheinlich, daß die Gewindeabschnitte in einem Ausmaß kleiner
als etwa 10 % außer Phase sind. In besonderen Fällen können die Gewindeabschnitte
jedoch nur in einem AusmaB von 5 % oder weniger außer Phase sein. Theoretisch liegt
das größte, wirksame Ausmaß, in welchem die Gewindeabschnitte außer Phase sind,
bei 50 9'. In praxi wird jedoch das besagte Ausmaß kaum jemals über 40 % betragen
und in der Regel nicht größer als 20 bis 30 % sein.
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Die Gestalt des Gewindes auf einem Schraubenschaftabschnitt ist vorzugsweise
dieselbe wie diejenige des Gewindes auf dem anderen Schraubenschaftabschnitt, jedoch
ist dies nicht wesentlich. Es kann jede Gewindeform verwendet werden.
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Vorzugsweise ist das Gewinde oder jedes Gewinde von üblicher Gestalt.
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Die geschilderten, erfindungsgemäßen Schrauben weisen ein einfaches
Einlaufgewinde auf. Dies ist jedoch wiederum nicht wesentlich. Die erfindungsgemaßen
Schrauben können auch ein mehrfaches Einlaufgewinde, beispielsweise ein doppeltes
Einlaufgewinde, aufweisen.
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Die beiden Schraubenschaft- bzw. Gewinde abschnitte können beliebig
lang sein. Der vorlaufende Abschnitt oder
Endabschnitt ist vorzugsweise
ausreichend lang, um zu gewährleisten, daß beim Einschrauben der Schraube dieser
Abschnitt vollständig in das zugehörige Innengewinde eingreift, bevor der nachlaufende
Abschnitt mit dem Innengewinde in Eingriff kommt. Weiter ist der vorlaufende Abschnitt
vorzugsweise so lang, daß bei eingeschraubter Schraube die Reibungskräfte über wenigstens
zwei Umläufe des Gewindes bzw. jedes Gewindes, wenn mehr als ein Gewinde vorgesehen
ist, verteilt sind.
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Der nachlaufende oder zweite Abschnitt ist vorsugsweise so lang,
daß bei eingeschraubter Schraube die Reibung kräfte über wenigstens zwei Umläufe
des Gewindes bzw. jedes Gewindes verteilt sind. Der nachlauf ende oder zweite Abschnitt
kann sich bis zum nachlaufenden Ende des Schaftes oder wenigstens bis zum nachlaufenden
Ende der mit Gewinde versehenen Abschnitte des Schaftes erstrecken. Jedoch kann
es wünschenswert sein, wenigstens einen zusätzlichen, mit Gewinde versehenen Abschnitt
hinter dem nachlaufenden Ende des zweiten Abschnittes vorzusehen. Ist dies der Fall,
dann kann dieser zusätzliche Gewindeabschnitt eine Fortsetzung des ersten oder vorlaufenden
Gewindeabschnitts darstellen. Stattdessen kann der zusätzliche Gewindeabschnitt
auch so angeordnet sein, daß bei eingeschraubter Schraube und reibschlüssiger Anlage
des ersten und zweiten Gewinde abschnitts an den gegenüberliegenden Flanken des
zugehörigen Innengewindes das Gewinde des zusätzlichen oder dritten Abschnitts symmetrisch
zum zugehörigen Innengewinde liegt und zu den Reibungskräften im wesentlichen nichts
beiträgt, welche dem Ausschrauben der Schraube aus dem Innengewinde entgegenwirken.
Bei einer solchen
Schraube erreichen die Reibungskräfte ein Maximum,
wenn die beiden ersten beiden Schraubenschaft- oder Gewindeabschnitte vollständig
in das zugehörige Tnnengewinde eingreifen. Jedes weitere Einschrauben der Schraube
in das zugehörige Innengewinde vergrößert diese Reibungskräfte kaum oder überhaupt
nicht.
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Die erfindungsgemäßen Reibschlußschrauben werden vorzugsweise so
hergestellt, daß ein zylindrischer Rohling bzw. der zylindrische Schaft eines Rohlings
einem Gewindewalzen unterworfen wird, und zwar unter Verwendung einer Gewinde-Walzbacke
oder zweier komplementärer Gewinde-Walzbacken, zwischen denen der Rohling bzw. dessen
Schaft gewalzt wird.
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Die erfindungsgemäße Walzbacke zur Durchführung dieses Verfahrens
ist grundsätzlich einfacher herzustellen, als die oben beschriebene, bekannte Walzbacke.
Insbesondere kann sie als einstückiges Bauteil hergestellt werden. Eine einstückige
Walzbacke weist eine größere Festigkeit und höhere Genauigkeit auf, als eine aus
mehreren Teilen zussmmengesetzte Walzbacke. Weiterhin weist die erfindungsgemäße
Walzbacke keine Vertiefungs- und Erhöhungsenden beidseitig der von der Zone gebildeten
Unstetigkeit auf und ist somit weniger beechädigungs- und verschleißanfällig in
der Nähe der Unstetigkeit.
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sie Walzbacke ist für die Verwendung als ein Element eines Satzes
komplementärer Walzbacken bestimmt, von denen jede mit einer entsprechenden Zone
versehen ist. Die
Walzbacken können flach ausgebildet sein und sich
bei Gebrauch hin- und herbewegen, jedoch sind auch eine andere Ausgestaltung und
Bewegung möglich, beispielsweise als zylindrische Walzen oder als Einzelwalze und
stationäres Segment.
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Es ist üblich, Gewinde-Walzbacken mit einer solchen Lange zu versehen,
daß beim Gewindeeinwalzen in einen zylindrischen Rohling bzw. in den zylindrischen
Schaft eines Rohlings dieser zwischen den Walzbacken mehrere vollständige Umdrehungen
vollführt, beispielsweise zwischen 3 und 3,5 Umdrehungen. Weisen die erfindungs
gemäßen Gewinde-Wal z backen eine solche länge auf, dann wird die Unstetigkeit anfänglich
an einer bestimmten Stelle der Rohlings- bzw. Schaftlängsachse gebildet, und dann
werden die benachbarten Gewindeumläufe auf einer Seite progressiv zerstört und während
dem Gewindewalzen neu gebildet, so als ob die Unstetigkeit sich in Rohlings- bzw.
Schaftlängsrichtung bewegen würde. Die Wirkungen dieser sekundären Deformation können
bei der fertigen Schraube durchaus sichtbar sein.
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Sind die Unstetigkeiten der Gewinde-Walzbacken von Vertiefungen größerer
Breite gebildet, um an der Schraube eine Unstetigkeit in Gestalt eines oder mehrerer
Gewindeumläufe größerer Breite als diejenige der übrigen Gewindeumläufe hervorzubringen,
dann kann es geschehen, daß die breiten Vertiefungen in den Walzbacken nicht vollständig
mit Rohlingsmetall gefüllt werden. In diesem Fall können die breiten Gewindeumläufe
der Schraube die Gestalt eines Gewindes normaler Breite aufweisen, dem ein Teil
des Wurzelabschnitts eines zusätzlichen Gewindes an einer Flanke
zugefügt
ist. Normalerweise ist dadurch die Wirksankeit der Schraube als Reibschlußschraube
nicht nachteilig beeinflußt.
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Das Vorliegen des zusätzlichen Wurzelabschnitts kann nämlich die Reibungswirkung
der Schraube unterstützen.
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Weisen die Walzbacken Zonen in Gestalt breiter Erhöhungen auf, dann
ist die Unstetigkeit jeder damit hergestellten Reibschlußschraube von einer Vertiefung
größerer Breite gebildet. Ein zusätzlicher Wurzelabschnitt wird nicht gebildet.
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In jedem Fall sind jedoch die beiden gebildeten Gewindeabschnitte
durch einen Gewindeabschnitt bzw. ein Gewinde miteinander verbunden, welcher bzw.
welches die Unstetigkeit durchquert und überbrückt. Dieser Abschnitt kann aus nur
einem Gewindeumlauf bestehen. Weist jedoch die Zone jeder Walzbacke mehr als eine
Vertiefung und/oder Erhöhung auf, dann kann der überbrückende Gewindezwischenabschnitt
bzw. das überbrückende Gewinde sich über mehr als einen einzigen Umlauf erstrecken.
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Der überbrückende Zwischenabschnitt bzw. das überbrückende Gewinde,
welcher bzw. welches die beiden Gewindeabschnitte miteinander verbindet, bewirkt,
daß zwischen den beiden Gewindeabschnitten keine abrupte Unstetigkeit besteht.
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Im vorliegenden Zusammenhang ist unter Schraube jedes Befestigungselement
mit Außengewinde zu verstehen, insbesondere Kopfschrauben und Schraubenbolzen ohne
Kopf.
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Obwohl die erfindungsgemäße Walzbacke in der Regel zum Gewindewalzen
auf glatte, zylindrische Rohlinge bzw. Rohlinge
mit glattem, zylindrischem
Schaft verwendet wird, kann sie in manchen Fällen auch zum Gewindewalzen auf zylindrische
Rohlinge bzw. zylindrische Schäfte von Rohlingen benutzt werden, welche bereits
mit einem andersartigen Gewinde versehen sind, insbesondere mit einem einheitlichen
Gewinde.
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Nachstehend ist eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung
beispielsweise beschrieben. Darin zeigen: Fig. 1 die Draufsicht auf eine erfindungsgemäße
Gewinde-Walzbacke; Fig. 2 den Querschnittsausschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig.
1 in größerem Maßstab; und Fig. 3 eine mit zwei komplementären Gewinde-Walzbacken
gemäß Fig. 1 hergestellte, erfindungsgemäße Reibschlußschraube in Seitenansicht.
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Die in Fig. 1 dargestellte Gewinde-Walzbacke 1 ist als rechteckige
Stahlplatte ausgebildet, welche auf der Vorderseite zwei Felder 2 und 3 mit zueinander
parallelen, in gleichem Abstand voneinander angeordneten Vertiefungen oder Furchen
4 und Erhöhungen oder Graten 5 (Fig. 2) aufweist.
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Die Vertiefungen 4 und Erhöhungen 5 des Feldes 2 weisen dieselbe Neigung
auf, wie diejenigen des Feldes 3, jedoch sind die beiden Felder 2 und 3 durch eine
Zone in Gestalt einer Erhöhung eines Grate 6 voneinander getrennt, welche bzw.
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welcher breiter als die Grate oder Erhöhungen 5 ist. Die Erhöhung
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verläuft parallel zu den übrigen Erhöhungen 5 und den Vertiefungen 4. Die Erhöhung
6 ist so breit, daß die imaginäre Fortsetzung des Feldes 2 oder des Feldes 3 über
die Erhöhung 6 hinaus nicht mit dem anderen Feld 3 bzw. 2 koinzidiert, sondern damit
außer Phase liegt, also demgegenüber versetzt ist.
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Zwei komplementäre Walzbacken gemäß Fig. 1 können in einer üblichen
Gewindewalzmaschine verwendet werden, um eine Reibschlußschraube mit mehreren Gewindeabschnitten
herzustellen, wie sie in Fig. 3 wiedergegeben ist, wobei das Gewinde auf einen Rohling
mit einem glatten, zylindrischen Schaft aufgewalkt wird.
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Die Schraube gemäß Fig. 3 weist ein Gewinde mit einem Endabschnitt
7 und einem Kopfabschnitt 8 auf. Diese Abschnitte 7 und 8 sind durch einen Zwischenabschnitt
9 voneinander getrennt, welcher aus einer Furche oder Vertiefung besteht, die breiter
als die übrigen Furchen oder Vertiefungen ist. Der Grat bzw. die Erhöhung des Endabschnitts
7 und der Grat bzw. die Erhöhung des Kopfabschnitts 8 sind durch einen in Fig. 3
nicht sichtbaren Grat- bzw. Erhöhungsabschnitt miteinander verbunden, welcher in
die Erhöhungen der Abschnitte 7 und 8 übergeht und sich durch die Vertiefung 9 hindurch
erstreckt, also eine ffberbrückung bildet. Die Schraube weist einen Kopf 10 üblicher
Gestalt auf.
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Wird die Schraube gemäß Fig. 3 in eine Mutter mit einem über diese
gesamte Lange gleichbleibenden Innengewinde komplementär zum Gewindeendabschnitt
7 bzw. Gewindekopfabschnitt 8 der Schraube geschraubt, dann tritt der vorlaufende
Endabschnitt
7 in die Mutter auf die übliche Art und Weise ein. Sobald der nachlaufende Kopfabschnitt
8 in die Mutter eintritt, wird die Schraube jedoch axial nach vorne gedrückt, so
daß die vorlaufenden Flanken des Gewindeendabschnitts 7 mit Reibschluß an den benachbarten
Flanken des Innengewindes der Mutter zur Anlage kommen. Gleichzeitig kommen die
nachlaufenden Flanken des Gewindekopfabschnitts 8 mit Reibschluß an den benachbarten
Flanken des Innengewindes der Mutter zur Anlage.
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Je weiter die Schraube in die zugehörige Mutter hineingeschraubt
wird, desto größer ist diejenige Lange des Gewindekopfabschnitts 8, über welche
der Gewindekopfabschnitt 8 mit Reibschluß an der Mutter anliegt. Es ist ein wesentliches
Merkmal der erfindungsgemäßen Reibschlußschraube mit unterbrochenem Gewinde, also
mit mehreren Gewindeabschnitten, daß im allgemeinen diejenige Reibungskraft mit
wachsendem Einschrauben der Schraube in das zugehörige Innengewinde einer Mutter
oder dergleichen größer wird, welche sowohl beim Anziehen der Schraube als auch
beim Lösen überwunden werden muß.