DE2544531A1 - Selbstgewindeschneidender befestiger - Google Patents
Selbstgewindeschneidender befestigerInfo
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Description
TEXTRON INC., eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Delaware, 10 Dorrance Street, Providence,
Thode Island 02903 (V.St.A.)
Selbstgewindeschneidender Befestiger
Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstgewindeschneidenden Befestiger, der in eine vorgefertigte Bohrung ein
Gewinde einarbeitet, mit einem an einem Ende eine Treibeinrichtung aufweisenden und am entgegengesetzten Ende
ein Werkstückeindringende ausgebildeten länglichen Schaft, an den ein sich vom Eindringende zur Treibeinrichtung
erstreckender Gewindeabschnitt angeformt ist, der in der
Nähe des Eindringendes einen sich verjüngenden Gewindeformabschnitt und zwischen diesem und der Treibeinrichtung
einen zylindrischen Abschnitt mit einer kreisrunden Gewindeformation aufweist, bei der mehrere Gewindegänge
unterbrochen sind·
Es sind bereits verschiedene selbstschneidende'Schrauben
bekannt, beispielsweise aus den US-Patenten'3 681 963
und 3 218 905. Diese Befestiger deckten einen ersten kommerziellen Bedarf für selbstgewindeschneidende Einrichtungen
und hatten■auch einen großen wirtschaftlichen
KG/il
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-■ 2 -
Bedarf, obwohl diese bekannten Befestiger nicht ohne Probleme und Nachteile sind, so daß noch Raum für Verbesserungen
vorhanden ist. Beispielsweise waren die bekannten Befestiger relativ teuer in der Herstellung und
benötigten zum vollständigen Pestziehen ein relativ hohes Drehmoment und entsprechend teure Treibwerkzeuge. Ein
weiteres Problem bildet bei den bekannten Befestigern das.Ansetzen und die Bildung der ersten Gewindegänge in
der Wand der vorgefertigten Bohrung.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Befestiger der genannten Art
vorzugschlagen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend
dem Kennzeichen des anliegenden Anspruches 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Befestiger ist der gewindeformende
Abschnitt, speziell der sich verjüngende Abschnitt am Werkstückeindringende mit einer besonderen Gewinde—
form versehen, die das erste Ansetzen erleichtert und das Treibdrehmoment wesentlich reduziert, ohne auf hohe
Qualität am hergestellten Innengewinde verzichten zu müssen. Zu diesem Zwecke weist jeder Gewindegang ein Paar
diametral gegenüberliegender Erhöhungen auf, welche in der Wandung der vorgefertigten Bohrung eine" Kaltbearbeitung
durchführen. Zwischen diesen Erhöhungen befindet sich ein Paar asymmetrischer Seitenabschnitte mit einer
Spitzenhöhe, welche geringer ist als die maximale Spitzenhöhe an den Erhöhungen in dem betreffenden Gewindegang·
Einer dieser vorgenannten Seitenabschnitte 'ist durch eine kontrollierte Aussparung in der Gewindeforirt definiert,
d.h. durch vollständige Abwesenheit von Material. Im hinteren Bereich des Gewindeformabschnitts sind die
Gewindegänge vorzugsweise von konventioneller Ausführung.
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Das Radialausmaß der kontrollierten Aussparung nimmt in der Richtung ab, die vom Werkstückeindringenfde zum Treibkopf
führt. Somit ist die Gesamtquerschnittsfläche des verjüngten Werkstückeindringendes reduziert, und dieses
Merkmal erleichtert das Ansetzen und Eingreifen des Befestigers in die vorgefertigte Bohrung.
Die erfindungsgemäße Gewindekonstruktion besitzt doch
im Vergleich zu bekannten Ausführungen eine -vermehrte
radiale Entlastung, verbunden mit einer Herabsetzung des erforderlichen Treibdrehmomentes für vergleichbare Befestigergrößen.
Diese vermehrte Radialentlastung wird ohne Verzicht auf einen leichten Eingriff des Befestigers in
die vorgefertigte Bohrung oder auf die Qualität des in die
Wandung der Bohrung eingeformten Gewindes erreicht.
Der Grad oder die Ausdehnung der in der erfindungsgemäßen
Gewindekonfiguration vorgesehenen Aussparung ist kontrolliert,"
und während die Winkelausdehnung der Aussparung in Richtung auf das Werkstückeindringende des Befestigers
zunimmt, bleibt dennoch der von den Extremitäten der Aussparung gebildete Winkel immer kleiner als 180°·
Dieses Merkmal macht es bei der Gewindekonfiguration möglich,
ein Paar gegenüberliegender Kantenabsehnitte sbu
besitzen, deren Spitzenhöhe im betreffenden"Gewindegang
kleiner ist als beim Erhöhungsabschnitt. Aufgrund der Tatsache der in dieser Weise kon-trollierteii Kantenhöhe
I.
kann in dem Wandmaterial ein Innengewinde durch Kaltbearbeitung anstelle eines Schneide- bzw. spanabnehmenden
Prozesses eingeformt werden. Die Einhaltung1 dieser Unterbrechung
des Gewindeganges über weniger alsr180° wird
dadurch erzielt, daß man die Form des Rohteils kontrolliert, aus dem der Befestiger gerollt wird.. Zu diesem
Zwecke wird ein im wesentlichen kreisrundes
Rohteil mit
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einem angeflachten oder abgeplatteten Abschnitt versehen,
der sich nahe dem Werkstückeindringende befindet und unter einem Winkel zur Rohteilachse erstreckt. Die Lage dieser
Ebene wird gezielt so angeordnet, daß die sich durch den abgeflachten Abschnitt erstreckende Ebene die Rohteilachse
nicht vor dem Werkstückeindringende schneidet. In jeder beliebigen, durch das Rohteil in der Nähe des abgeflachten
Abschnitts gelegten Schnittebene ist somit ein flacher Abschnitt enthalten, dessen Winkelerstreckung
kleiner als 180° ist.
Wird dann ein Gewinde in das Rohteil eingerollt, dann ist immer genügend Material vorhanden zur Erzeugung der oben
erläuterten diametral gegenüberliegenden Erhöhungen und der in ihrer Höhe niedriger als die Erhöhungen liegenden
Gewindekanten, und zwar auf sämtlichen Gewindegängen. Dies wäre nicht der Fall, wenn der abgeflachte Abschnitt
sich über mehr als 180 erstrecken würde. Angenommen, die Aussparung würde sich über einen größeren Umfangsbereich
als 180 erstrecken, dann würden die erzeugten Gewindek'anten im Bereich der Erhöhungen liegen und relativ
scharfkantig sein, so daß sie in die Oberfläche der vorgefertigten Bohrung hineinbeißen und wie Schneidkanten
Späne bei der Herstellung des Innengewindes abnehmen würden. Durch gesteuerte Bemessung der Winkelerstreckung der Unterbrechung bzw. Aussparung wird erfindungsgemäß
sichergestellt, daß sämtliche!erzeugten Kanten eine abgerundete Konfiguration und eine geringere
Höhe als die Erhöhungsabschnitte aufweisen,jso daß nur
eine Kaltbearbeitung der Bohrungswand bei dfer Herstellung des Innengewindes stattfinden kann. ■
Mit den obenstehenden Ausführungen im Kopf sei die Aufmerksamkeit nun auf das nachstehend in Verbindung mit
einer Zeichnung beschriebene Ausführungsbeispiel gerichtet. In der Zeichnung stellen dar:
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Pig. 1 und 2 je eine Seitenansicht in zwei um 90 zueinander versetzten Richtungen
eines Rohteils für einen selbstgewindeschneidenden Befestiger,
Fig. 3 einen Schnitt im Verlauf einer Linie ΙΪΙ-III von Fig. 2,
Fig. 4 eine geschnittene Darstellung vom Gewinderollen bei dem Rohteil von Fig. 1 bis 3
zwischen zwei Gewinderollbacken,
Fig. 5 und 6 je eine abgebrochene Seitenansicht des gemäß Fig. 4 gerollten Rohteils von
Fig. 1 bis 3 aus zwei um 180 zueinander versetzten Richtungen,
Fig. 7 und 8 jeweils den ersten Eingriff bzw.
den fortgeschrittenen Gewindeform-Prozeß
des Befestigers von Fig. 5 und 6 in einer vorgefertigten Bohrung, in vergrößertem
Maßstab,
Fig. 9, 10 und 11 je einen Schnitt durch entsprechende Ebenen von Fig. 8 und
Fig. 12 einen Fig. 9 ähnlichen Schnitt in vergrößertem Maßstab mit Darstellung der bei
der Einwirkung des Befestigers- auf die Bohrung auftretenden Kräfte.
Unter Bezugnahme auf die einleitende Würdigung des Standes der Technik und der Merkmale dieser Erfindung wird nachstehend
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel in Aufbau, Herstellung und Anwendung näher erläutert. In der Zeichnung
zeigen die Fig. 1 bis 4 Rohteil und Herstellverfahren,
die Fig. 5 und 6 den grundsätzlichen Aufbau eines gewindebildenden Abschnitts des fertigen Befestigers, und die
Fig. 7 bis 12 verschiedene Stufen und Verhaltnisse der Einwirkung des Befestigers in eine vorgefertigte Bohrung.
Das den Ursprung des Befestigers bildende Rohteil 20 ist in einen länglichen Schaft 22 und einen sechseckigen
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Treibkopf 24 unterteilt. Das dem Treibkopf entgegengesetzte freie Ende 26 bildet später beim fertigen Befestiger
das Werkstückeindringende; es ist mit einer Fase 2 7 sowie mit einer durch Abschneiden eines Segmentes entstandenen
abgeflachten Oberfläche 28 versehen, die vorzugsweise eben ausgebildet ist, aber auch leicht konkav
oder konvex gewölbt sein kann, falls erwünscht. Der hier als' Sechskant ausgebildete Treibkopf 24 kann selbstverständlich
auch jede andere zweckentsprechende Form besitzen.
Ohne Rücksicht auf den Grad der Ebenheit der abgeflachten Oberfläche 28 nimmt diese einen mit A bezeichneten
Winkel zu einer Rohteilachse 30 (Fig. 1) ein. Dieser Winkel A ist so gewählt, daß die durch die abgeflachte Oberfläche
28 verlaufende Ebene die Rohteilachse 30 nicht mehr innerhalb der Schaftlänge, sondern erst hinter dem
Werkstückeindringende 26 schneidet.
Das· Rohteil 20 kann ursprünglich mit vollständig zylindrischem
Schaft 22 hergestellt sein, an dem"dann durch Abschneiden eines Segmentes die abgeflachte Oberfläche
gebildet wird. Vorzugsweise entsteht jedoch'die abgeflachte
Oberfläche 28 und die Fase 2 7 in einem Extrudier- bzw. Schmiedeprozeß zusammen mit der Bildung des Treibkopfes
24.
Durch Kontrolle des Winkels A zwischen Oberfläche 28 und Rohteilachse 30 läßt sich leicht sicherstellen, daß
beide sich nicht innerhalb des Schaftes 22 schneiden. Die Kontrolle des Winkels A in dieser Hinsicht hat eine
weitere wichtige Bedeutung insofern, als dadurch sichergestellt wird, daß die Winkelerstreckung der abgeflachten
Oberfläche 28 überall weniger als 180 beträgt, bezogen
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OBlGiNAL INSPECTED
auf den Gesamtumfang. Siehe hierzu Fig. 3, wo diese Winkelerstreckung
der Oberfläche 28 mit "B" bezeichnet ist.
Zur Herstellung eines Außengewindes auf dem Schaft 22 des Rohteils 20 benutzt man im wesentlichen konventionelle
Gewinderollbacken 32, von denen die eine in PfeiIrichtung
relativ zu der anderen bewegbar ist. Dabei entstehen durch Kaltbearbeitung in einem Aufrichtprozeß schraubenförmig
angeordnete Gewindegänge auf dem Rohteil 20, während
dieses zwischen den Gewindebacken eine Relativdrehung ausführt. Es sei hier festgestellt, daß das Rohteil 20 in
Fig. 4 mit Blickrichtung vom Werkstückeindringende zum Treibkopf dargestellt ist, während die Blickrichtung der
Fig. 9 bis 12 entgegengesetzt, also vom Treibkopf zum Werkstückeindringende des Befestigers hin verläuft. Die
Darstellung des Gewinderollprozesses in Fig. 4 ist übrigens rein schematisch, und die Gewinderollbacken 32 und 34
stehen hier für verschiedene bekannte anwendbare Gewinderoll—Methoden. "
Da das Gewinderollen auf ein Rohteil dem Fachmann gut bekannt
ist, soll darüber hier nur kurz eingegangen werden, wobei besondere Aufmerksamkeit auf die Konfiguration des
auf dem freien Endabschnitt 26 des Rohteils 20 gebildeten Gewinde zu richten ist. Das auf die zylindrische Oberfläche
des Schaftes 22 des Rohteils 20 aufgebrachte Gewinde ist konventionell, d.h. vollständig ausgebildet
und im wesentlichen kreisrund im Querschnitt1.
Im Verlauf der eine Kaltbearbeitung darstellenden Gewinderoll-Operation
wölben sich die Gewindegänge laus dem Material des Rohteils 20 auf; dabei wird im wesentlichen kein
Metall abgenommen, es tritt lediglich eine Umschichtung des vorhandenen Metalles auf, und der zule;tzt erreichte
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Scheiteldurchmesser des fertigen Befestigers ist größer als der Ursprungsdurchmesser des Rohteils 20. Dabei ist
die Gewindeausbildung im kreisrunden Schaftbereich konventionell, während die Gewindekonfiguration am freien
Ende 26 des Rohteils 20 Erhöhungen bildet, verursacht durch das Vorhandensein der abgeflachten Oberfläche 28.
Zur Vermeidung von Mißverständnissen sei erwähnt, daß das Rohteil bzw. der Befestiger durchgehend mit der Bezugszahl
20 bezeichnet wird, ohne Rücksicht darauf, ob er sich nun im Zustand ohne oder mit Gewinde befindet.
Das gleiche gilt für die mit den Bezugszahlen 22, 26 und 2 7 bezeichneten Abschnitte des Rohteils bzw. Befestigers.
Während des Gewinderollens bleibt die Gewinderollbacke 32 stationär, während die andere relativ dazu in Pfeilrichtung
bewegt wird. Gleichzeitig rollt das-Rohteils darin von einem Ende zum anderen ab. Während der Rollbewegung
behalten beide Gewinderollbacken 32 und 34 einen vorgewählten Abstand zueinander ein, und kammartige Gewindeformvertiefungen
36 an beiden Backen führen die Kaltbearbeitung der Oberfläche des Rohteils 20 unter
Bildung schraubenförmiger Gewindegänge durch·
Im gleichmäßig zylindrischen Teilbereich dek Rohteil-Schaftes
22 ist der von den Gewindeformvertiefungen 36 ausgeübte Druck während der gesamten Gewinderoll-Operation
konstant, so daß dort ein einheitliches normgerechtes Gewindebild entsteht. Wegen der symmetrischen Natur dieses
Schaftabschnittes bewegt sich auch die Rohteilachse 30 während des gesamten Rollprozesses auf einer im wesentliehen
geraden Linie, dort hat das Rohteil 20 keinen Schlag,
Da jedoch das die abgeflachte Oberfläche 28l aufweisende
freie Schaftende zu der Rohteilachse 30 asymmetrisch
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ausgebildet ist, kommt es dort während des Rollprozesses zu einer ungleichen Druckverteilung. Zur Verdeutlichung
der Verhältnisse wird in Fig. 4 eine strich-punktierte Bezugslinie 40 eingeführt. Bei der linksseitig in Fig. 4
dargestellten Lage des freien Endes 26 verläuft diese Bezugslinie 40 parallel zur abgeflachten Oberfläche 28
und senkrecht zu den gegenüberliegenden Bearbeitungsoberilachen
der Gewinderollbacken 32 und 34. Wenn man das über die Kaltbearbeitungs-Operation Gesagte auf die in Fig. 4
linksseitige Rohteil-Position übertragt, wo die Bezugslinie 40 senkrecht zu den Rollbackenoberflächen verläuft,
dann ist dort zweifellos genügend Rohteilmaterial zur Bearbeitung durch die Gewindeformvertiefungen 36 vorhanden,
und es wird ein vollständiges Gewindeprofil hergestellt.
Die Spitzenhöhe des dort geformten Gewindes nimmt um den Umfang des Rohteils 20 in von der Bezugslinie 40
abgekehrter Richtung ab. Es sei erwähnt, daß das Rohteilmaterial
bis zum Boden der Gewindeformvertiefung 36 reicht, die das Gewindeprofil des Befestigers bestimmt, während
die, Kammabschnitte der Vertiefungen 36 den Gewindefußbereich
gestalten.
Während das Rohteil 20 in Fig. 4 von links nach rechts weiterrollt, nimmt die Bezugslinie 40 schließlich eine
parallel zu den Oberflächen der Gewinderollbacken 32 und 34 verlaufende Lage ein, wie rechts in Fig."4 dargestellt
ist. Jetzt liegt die abgeflachte Oberfläche"28 in einem
Abstand den Gewindeformvertiefungen 36 der oberen Rollbacke
32 gegenüber, so daß dort kein Gewindeprofil eingerollt werden kann. Es entsteht eine Gewindeunterbrechung.
Diese wirkt sich auch auf den Eindringungsgrad der gegenüberliegenden Gewinderollbacke 34 aus. Da, wie gesagt,
beide Gewinderollbacken 32 und 34 einen festen Abstand voneinander einhalten und den kreisrunden Abschnitt des
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Schaftes 22 erfaßt halten, kann das Rohteil 20 während des Gewinderollens keine Taumelbewegung durchführen bzw.
nicht schlagen. Weil nun auf der gegenüberliegenden Seite die abgeflachte Oberfläche 28 liegt, die in.dieser Position
nicht oder nur ungenügend bearbeitet wird, und weil keine Taumelbewegung stattfindet, kommt es jetzt zu einem
Mangel an Formdruck im Bereich der abgeflachten Oberfläche 28. Weil die Gewxndeformvertxefungen,36 gegenüber
der abgeflachten Oberfläche 28 überhaupt nicht gefüllt werden, kommt es auch auf der diametral gegenüberliegenden
Seite zu einem ungenügend ausgefüllten Gewindeprofil.
Zusätzlich wird, während das Material in Richtung auf die abgeflachte Oberfläche 28 kaltbearbeitet wird, ein
Paar voneinander entfernter jäher Kanten geformt, welche ■ eine Unterbrechung in dem Gewindebild ergeben und mit
den Bezugszahlen 42 und 44 bezeichnet sind.'
Man vergesse bei Betrachtung der rechten Seite von Fig. 4
nicht, daß sich die beiden Backen aufgrund ihrer festen Voreinstellung und wegen des Eingriffs am kreisrunden
Teilbereich des Schaftes 22 nicht zueinander bewegen können. Deshalb wird sich die Achse 30 auf einer im allgemeinen
geraden Linie entlangbewegen, jedoch kann es im Bereich des freien Endes 26 zu einer gewissen Verbiegung
kommen. Auf der von der abgeflachten Oberfläche 28 abgekehrten Seite des Rohteils 20 kommt es also zu einer
unvollständigen oder mangelhaft gefüllten Gfewindeprofilausbildung.
j
Bei dem zuvor besprochenen Gewinderollprozeß entstehen zwei diametral gegenüberliegende Erhöhungen! 46, 48, deren
maximale Spitzenhöhe mit der Bezugslinie 40: zusammenfällt.
Die zu beiden Seiten der Bezugslinie 40 bzw. zwischen den Erhöhungen liegenden Gewindeabschnitte 50 uhd 52 haben
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eine geringere Spitzenhöhe als die Erhöhungen 46 und 48; diese seitlichen Gewindeabschnitte 50 und 52 sind asymmetrisch
gestaltet und werden noch ausführlich besprochen.
Aus Fig. 5 und 6 läßt sich am besten entnehmen, daß das am freien Ende 26 des Schaftes erzeugte Gewindeprofil
mehrere Aussparungen 62 mit gesteuerten Dimensionen besitzt, die von der Fase 27 aus nach oben gesehen kleiner
werden und den bereits erwähnten seitlichen Gewindeabschnitt 52 bilden. In Fig. 6, wo der Befestiger gegenüber
Fig. 5 um 180 gedreht ist, sieht man den anderen seitlichen Gewindeabschnitt 50, der wegen der nicht ausgefüllten
Gewindegänge eine unvollständige Gewindeformation darstellt. Auch hier nimmt das Ausmaß der mangelhaften
Gewindegangausbildung in Richtung von der Fase 27 nach oben hin ab.
Im Hinblick auf Fig. 4 ist festzustellen, daß bei dem nach oben beschriebener Methode hergestellten Gewindeprofil
ein kreisrunder Fußdurchmesser 64 erzeugt wird. Darum ist die Gewindetiefe, gemessen zwischen Fußdurchmesser
64 und dem jeweiligen Spitzendurchmesser, im Verlauf der Bezugslinie 40 bei den Erhöhungen 46 und 48
größer als an den jähen Kanten 42 und 44. "
In Verbindung mit den Fig. 7-12 soll nun das Ansetzen und die Einwirkung des fertigen, mit Gewinde versehenen
Befestigers 20 auf eine vorbereitete Bohrung 70 beschrieben werden. Das Einführen des Befestigers 20 in die vorbereitete
Bohrung 70 mit ihrer Mittelachse 72 zeigt Fig. Wegen der am Werkstückeindringende bzw. freien Ende 26
vorhandenen Aussparungen 62 in den Gewindeg'ängen ergibt
sich eine insgesamt asymmetrische Konfiguration, die es
ermöglicht, daß ein beträchtlicher Teil des* mit Gewinde
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INSPECTED
2644531
versehenen freien Endes 26 bereits in die Bohrung 70
hineinragt. In diesem Zustand ist der Befestiger 20 jedoch exzentrisch zur vorbereiteten Bohrung 70 versetzt,
d.h., die Befestigerachse 30 liegt parallel=neben der
Mittelachse 72 der Bohrung. Aufgrund dieser; Exzentrizität
befinden sich mehrere unterbrochene Gewindegänge des Gewindeprofils 60 in der Bohrung 70, unter Anlage an einer
Innenoberfläche 74 der Bohrung. Wird aus der Position
von Fig. 7 heraus der Befestiger 20 in Verbindung mit einer axial gerichteten Kraft verdreht, dann kommen die
unterbrochenen Gewindegänge im Gewindeprofilbereich 60 in Eingriff mit der Innenoberfläche 74 der Bohrung und
beginnen mit einem Eingriff bzw. mit der Kaltbearbeitung der Innenoberfläche 74, und gleichzeitig wird dabei der
Befestiger 20 in die vorbereitete Bohrung 70 hineingezogen, Im Zuge der weiteren Hineinbewegung des Befestigers 20 in
die Bohrung 70 wird diese Kaltbearbeitung fortgesetzt, und es entsteht ein Innengewinde. Fig. 8 zeigt ein Zwischenstadium
der Kaltbearbeitung. \
Obwohl der Befestiger 20 noch nicht vollständig in die
Bohrung 70 eingeschraubt worden ist, hat er bereits eine.· koaxiale Lage zur Bohrung eingenommen, denn die beiden
Achsen 30 und 72 fallen hier ineinander· Die dafür verantwortlichen
Kräfte werden später in Verbindung mit Fig. 12 erläutert. Zu Fig. 8 ist noch zu saugen, daß hier
bereits an der gesamten Innenoberfläche 74 eine Kaltbearbeitung mit Bildung eines Innengewindes! stattgefunden
hat und der kreisrunde Abschnitt des Schaftes 22 des Befestigers in dieses Innengewinde eingreift."
Es ist zu bemerken, daß das unterbrochene Gewindeprofil
60 am freien Ende 26 eine sich erweiternde Gesamtkonfiguration
besitzt, weil der maximale Spitzendurchmesser
009816/0371 ORIGINAL INSPECTED
auf den erhöhten Abschnitten vom Werkstückeindringende her gesehen zunimmt. Der Grund dafür ist die abnehmende
Ausdehnung der Aussparungen 62 und damit verbunden eine Zunahme an verfügbarem Materialvolumen in den von der
Fase 27 entfernten Bereichen. Dadurch wird die Innenoberfläche 74 der Bohrung 70 progressiv kaltbearbeitet. Wie
erwähnt, ist die mit 65 bezeichnete Gewindeausbildung im zylindrischen Bereich des Schaftes 22 normal und kreisrund.
Die maximale Spitzenhöhe dieser normalen Gewindegänge entspricht etwa der im hinteren Bereich der Erhöhung
46 oder 48 des selbstgewxndeschneidenden freien Endes Somit besteht voller Eingriff der normalen Gewindegänge
in die vom freien Ende 26 geformten Innengewindegänge,
und ein unbeabsichtigtes Lösen des Befestigers 20 wird dadurch verhindert.
Die Fig. 9-11 zeigen die verschiedenen Eingriffszustände
an verschiedenen Stellen des selbstgewxndeschneidenden freien Endes 26, nachdem der Befestiger 20 seine konzentrische
Lage in der Bohrung 70 erreicht hat. Natürlich sind diese Darstellungen schematisch, denn das Gewindeprofil
verläuft nicht in einer Ebene wie dargestellt, sondern schraubenförmig.. Wegen der zuvoi erwähnten konischen
Konfiguration wird beispielsweise in Fig. 9 der Gesamtabstand von der Mittellinie 30 zur Erhöhung 48
etwas größer sein als zur Erhöhung 46. Entsprechend dem unterschiedlichen Schnittverlauf wird die Gewindetiefe
an den Erhöhungen 46 und 48 in Fig. 10 und 11 größer sein als in Fig. 9. Diese radiale Zunahme der Spitzenhöhe der
Erhöhungen 46 und 48 erzeugt den gewünschten progressiven Kaltbearbeitungs-Effekt an der Innenoberfläche 74 der
Bohrung 70 bei der Herstellung des Innengewindes 80·
609816/0371 - original inspects
Der dem Werkstückeindringende bzw. der Fase 27 am nächsten liegende Schnittverlauf durch den Befestiger 20 in
Fig. 9 zeigt, daß hier der durch die Aussparung 62 bedingte seitliche Gewindeabschnitt 52 am größten ist. Dementsprechend
sind auch die Gewindegänge auf 'dem gegenüberliegenden Gewindeabschnitt 50 am wenigsten ausgefüllt.
Das bedeutet eine erhebliche Radialentlasturig an dieser Stelle, weil nur die Spitzen der Erhöhungen '46 und 48 im
Eingriff mit der Innenoberfläche 74 der Bohrung 70 stehen.
In den Schnittdarstellungen der Fig. 9-12 blickt der Betrachter in Richtung vom Treibkopf 24 zum Werkstückeindringende
bzw. zur Fase 2 7 des Befestigers 20 und dementsprechend wird der Befestiger beim Hineinschrauben im
Uhrzeigersinne bzw. in Richtung des Pfeiles 76 verdreht.
Das bedeutet, daß die jähe Kante 44 als führende Kante, und die andere Kante 42 als Hinterkante in jedem Gewindegang
arbeitet. Die Fig. 9-11 zeigen, daß der größte Durchmesser im Bereich des freien Endes 26 von -Erhöhung
zu Erhöhung 48 verläuft, wobei aufgrund der Schraubenlinie des Gewindes immer die Erhöhung 48 etwas größer als
die Erhöhung 46 sein wird. Dabei nimmt die Gesamthöhe der Erhöhungen im Verlauf des mit selbstschneidendem Gewinde
versehenen freien Endes 26 zu, bis die kreisrunde Gewindeausbildung 65 im zylindrischen Schaftbereich erreicht
ist$ dann bleibt die radiale Höhe der Gewindegänge des Befestigers 20 im wesentlichen konstant.
Mit Abnahme der Aussparung 62 im Bereich des Gewindeprofils 60 nimmt entsprechend auch das Ausmaß her mangelhaften
Profilfüllung am gegenüberliegenden Gewindeabschnitt
50 ab. Damit nimmt auch die Radialefttlastung von Fig. 9 über Fig. 10 nach Fig. 11 hin ab, weil die Gewindegänge
zunehmend kreisförmig verlaufen und dann in die
609816/0371 orIQ,Nal ,nspected
Gewindeausbildung 65 am zylindrischen Schaft übergehen.
Bei selbstschneidenden Gewinden ist diese Radialentlastung bzw. der radiale freie Raum besonders wichtig, weil bei
dem Kaltverformungs-Prozeß des Gewindeschneidens Metall aus der vorbereiteten Bohrung verdrängt und;in ein Innengewindeprofil
umgeformt werden muß. Für diese Metallbewegung am Bohrungsumfang muß Platz vorhanden sein, der
nicht vorhanden wäre, wenn das Gewindeformwerkzeug am
gesamten 360°-Umfang anliegen würde. Der radiale freie Raum bietet aber Platz zur Materialbewegung, das dann
anschließend durch die Erhöhungen 46 und 48 des Befestigers neu geformt wird. Je größer der radiale freie Raum,
desto geringer das beim Gewindeschneiden erforderliche Antriebsdrehmoment.
Fig. 12 zeigt den kurz nach dem Ansetzen deö Befestigers
herrschenden Zustand, wo die Mittelachse 30.des Befestigers noch exzentrisch gegenüber der Mittelachse 72 der
Bohrung versetzt ist, wie dies bereits in Fig. 7 dargestellt ist. Bei Drehung des Befestigers 20 in Richtung
des Pfeiles 76 wird anfänglich der Eindringüngsgrad der
Erhöhung 46 in die Innenoberfläche 74 der Bohrung 70
größer sein als bei der in Fig. 12 links dargestellten Erhöhung 48, die Erhöhung 46 ist also die führende, Erhöhung
48 die nachlaufende Erhöhung. Dieser"Unterschied im Eindringüngsgrad erzeugt einen Kraftvektor 82, welcher
bestrebt ist, die Befestiger-Mittelachse 30.in Richtung auf die Bohrungs-Mittelachse 72 zu bewegen.:
Vom ersten Eingreifen des Befestigers in die Bohrung 70 bis zur späteren koaxialen Positionierung führen die
Erhöhungen 46 und 48 eine Kaltbearbeitung der Innenoberfläche 74 unter Erzeugung des Innengewindes; 80 durch.
609816/0371
Da diese Erhöhungen 46 und 48 weiter nach außen ragen
als die Kanten 42 und 44, können die Kanten auch nicht das Material der Bohrungswandung bearbeiten, so daß jede
Schneidwirkung ausgeschlossen ist.
Zusammengefaßt bezieht sich die Erfindung auf einen selbstgewindeschneidenden
Befestiger einschließlich der Methode seiner Herstellung; außer einem Treibkopf und einem in
der Mitte befindlichen, im allgemeinen konventionellen Gewindeabschnitt besitzt dieser Befestiger einen besonderen
Gewindeschneidabschnitt, bestehend aus mehreren unterbrochenen Gewindegängen von asymmetrischer Konfiguration.
Jeder dieser Gewindegänge besitzt ein Paar von diametral gegenüberliegenden Erhöhungen, und dazwischen
ein Paar von sich gegenüberliegenden Seitenabschnitten. Der eine Seitenabschnitt ist definiert durch das vollständige
Fehlen von Material in Form einer Aussparung mit kontrollierten Dimensionen, während der andere Seitenabschnitt
durch ein unvollständiges oder mangelhaft gefülltes Gewindeprofil gebildet wird. Der erfindungsgemäße
Befestiger wird durch Rollen eines besonders ausgebildeten Rohteils zwischen zwei normalen Gewinderollbacken
hergestellt.
809816/0371 ORIGINAL
Claims (2)
- Ansprüche(l-y Selbstgewindeschneidender Befestiger, der in eine vorgefertigte Bohrung ein Gewinde einarbeitet, mit einem an einem Ende eine Treibeinrichtung aufweisenden und am entgegengesetzten Ende als Werkstückeindringende ausgebildeten länglichen Schaft, an den ein sich vom Eindringende zur Treibeinrichtung erstreckender Gewindeabschnitt angeformt ist, der in der Nähe des Eindringendes einen sich verjüngenden Gewindeformabschnitt, bei dem mehrere Gewindegänge unterbrochen sind, und zwischen diesem und der Treibeinrichtung einen zylindrischen Abschnitt mit einer kreisrunden Gewindeformation aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Rollen erzielte Kammformation jedes Gewindeganges (60) zwei diametral gegenüberliegende. Erhöhungen (46, ,48) mit dazwischen liegenden diametral zueinander versetzten asymmetrischen Seitenabschnitten (50, 52), deren Gewindehöhe geringer als die der Erhöhungen ist, aufweist; daß der eine Seitenabschnitt (52) durch eine Aussparung (62) in dem Gewindegang und der andere Seitenabschnitt (50) durch eine ungenügend ausgefüllte unvollständige Kammformation gebildet wird; daß durch die Aussparung (62) eine erste nachlaufende Gewindekante (42) und eine von der ersten im Verlauf der Gewindeschraubenlinie entfernte zweite führende Gewindekante (44) erzeugt ist; daß die maximale Winkelerstreckung der Aussparung (62) in jedem Gewindegang kleiner als 180° ist, so daß die Gewindehöhe an den beiden Gewindekanten (42 und 44) für jeden Gewindegang (60) kleiner ist als609816/0371 » ORIGINAL INSPECTEDdie maximale Gewindekammhöhe der Erhöhungen (46 und 48) dieses Ganges; und daß die Winkelerstreckung dieser Aussparung (62) bei den Gewindegängen (60) progressiv in Richtung vom Werkstückeindringende (27) zur 'Treibeinrichtung (24) des Befestigers (20) abnimmt.
- 2. Befestiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die führende Gewindekante (44) jedes Gewindeganges (60) einwärts abgerundet ist (Fig. 9 - 12).609816/0371
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Representative=s name: EISENFUEHR, G., DIPL.-ING. SPEISER, D., DIPL.-ING. |
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