DE2544531C2

DE2544531C2 - Gewindeselbstschneidende Schraube

Info

Publication number: DE2544531C2
Application number: DE2544531A
Authority: DE
Inventors: Ronald Julius Birmingham Mich. Egner
Original assignee: Textron Inc
Current assignee: Textron Inc
Priority date: 1974-10-07
Filing date: 1975-10-04
Publication date: 1987-04-30
Also published as: CA1029990A; IT1047619B; US3942406A; FR2287612B1; AU496823B2; JPS5927445B2; AU8540075A; FR2287612A1; SE403313B; SE7511156L; DE2544531A1; JPS5164152A; GB1506870A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine gewindeselbstschneidende Schraube zum Einschneiden eines Innengewindes in Bohrungen in einem Werkstück, mit einem Schraubenkopf und einem mit einem Gewinde versehenen zylindrischen Schaft, der an seinem freien Ende in einen sich verjüngenden, zum Eindringen in das Werkstück ausgebildeten, unterbrochene Gewindegänge und in den nicht unterbrochenen Gewindegangabschnitten unvollständig ausgebildete Kammformationen aufweisenden Endabschnitt übergeht, wobei jeder Gewindegang im Bereich des Endabschnitts nur eine Unterbrechung mit je einer beim Eindrehen der Schraube führenden und einer nachlaufenden Kante aufweist.

Aus der US-PS 23 47 360 ist bereits eine gewindeselbstschneidende Schraube dieser Art bekannt, die jedoch verschiedene Nachteile aufweist. Zum einen erfolgt beim Eindrehen einer solchen Schraube in die Bohrung eines Werkstückes eine spanende Gewindebildung, so daß die dabei entstehenden Späne in das betreffende Gerät oder dergleichen, in das die Schraube eingedreht werden soll, fallen, was insbesondere bei elektrischen Geräten höchst unerwünscht ist. Die spanende Gewindebildung hat außerdem den Nachteil, daß das Material um die Werkstückbohrung herum geschwächt wird. Zum anderen hat diese bekannte, selbstschneidende Schraube den Nachteil, daß sich nur eine verhältnismäßig geringe Eindringtiefe der Gewindekämme in die Bohrungswandung erreichen läßt, weil sich sonst die Schraube beim Eindrehen verkantet und sich keine sauberen Gewindegänge erzielen lassen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbstschneidende Schraube vorzuschlagen zum nicht spanenden Einschneiden eines Innengewindes in Bohrungen in einem Werkstück, die sich durch leichte Herstellbarkeit auszeichnet und mit der bei geringem Eindrehmoment sich ein sauberes Gewinde herstellen läßt, das nach Erreichen des zylindrischen Teils der Schraube eine sehr gleichmäßige Gewindeausbildung zuläßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Unterbrechung weniger als 180° eines Gewindegangs beträgt und die Kammformation des Gewindes auf der der Unterbrechung gegenüberliegenden Seite des Schaftes unvollständig ausgebildet ist, daß die maximale Höhe der Gewindekammformation eines Gewindeganges in dem Bereich zwischen der Unterbrechung und der der Unterbrechung gegenüberliegenden Seite erreicht wird und daß die führende Kante jedes Gewindeganges abgerundet ist.

Aus der US-PS 32 18 905 ist zwar bereits eine selbstschneidende Schraube bekannt, die mit mehreren, vorzugsweise vier, Aussparungen zwischen den Gewindegängen versehen ist. Der Endabschnitt weist dadurch einen im wesentlichen mehreckigen Querschnitt auf. Eine solche bekannte Schraube läßt zwar ebenfalls eine weitgehend spanlose Bildung der Gewindegänge in einem Werkstück zu; sie läßt sich jedoch nur schwierig fertigen und beim Herstellen solcher Schrauben werden die Gewindegänge im Bereich des Endabschnittes außerhalb der Unterbrechungen durchweg nur unvollständig ausgebildet. Das Eindrehen einer solchen bekannten Schraube in das Werkstück erfordert ein verhältnismäßig großes Eindrehmoment, wobei eine Bildung der ersten Gewindegänge aufgrund der durchgehend unvollständigen Kammformation des Gewindes erschwert ist.

Die erfindungsgemäße selbstschneidende Schraube hat gegenüber den bekannten Lösungen den wesentlichen Vorteil, daß infolge der besonderen Form des Endabschnittes der Schraube das Einsetzen erleichtert und das Eindrehmoment wesentlich reduziert wird, ohne dabei auf hohe Qualität des endgültigen Innengewindes verzichten zu müssen. Durch die besondere Ausbildung der erfindungsgemäßen Schraube wird eine kontrollierte, progressive Gewindebildung in der Bohrung des Werkstückes erreicht, welches Anfangsgewinde später durch das vollständige Eindrehen des zylindrischen Teiles des Schaftes voll und achssymmetrisch ausgeformt wird.

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 Kantenabschnitte zu besitzen, deren Spitzenhöhe im betreffenden Gewindegang kleiner ist als beim Erhöhungsabschnitt. Aufgrund der Tatsache der in dieser Weise kontrollierten Kantenhöhe kann in dem Wandmaterial ein Innengewinde durch Kaltbearbeitung anstelle eines Schneide- bzw. spanabnehmenden Prozesses eingeformt werden. Die Einhaltung dieser Unterbrechung des Gewindeganges über weniger als 180° 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 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 Gewindekanten im Bereich der Erhöhungen liegen und relativ scharfkantig sein, so daß sie in der 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, so daß nur eine Kaltbearbeitung der Bohrungswand bei der 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

Fig. 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 III- 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 Verhältnisse 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 Treibkopf 24 unterteilt. Das dem Treibkopf entgegengesetzte freie Ende 26 bildet später beim fertigen Befestiger das Werkstückeindringende; es ist mit einer Fase 27 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 28 gebildet wird. Vorzugsweise entsteht jedoch die abgeflachte Oberfläche 28 und die Fase 27 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 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 Pfeilrichtung 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 Querschnitt.
Im Verlauf der eine Kaltbearbeitung darstellenden Gewinderoll-Operation wölben sich die Gewindegänge aus dem Material des Rohteils 20 auf; dabei wird im wesentlichen kein Metall abgenommen, es tritt lediglich eine Umschichtung des vorhandenen Metalles auf, und der zuletzt erreichte 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 27 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 Rohteil 20 darin von einem Ende zum anderen ab. Während der Rollbewegung halten 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 des 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 wesentlichen geraden Linie, dort hat das Rohteil 20 keinen Schlag.
Da jedoch das die abgeflachte Oberfläche 28 aufweisende freie Schaftende zu der Rohteilachse 30 asymmetrisch 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 Bearbeitungsoberflächen der Gewinderollbacken 32 und 34. Wenn man das über die Kaltbearbeitungs-Operation Gesagte auf die in Fig. 4 linksseitige Rohteil-Position überträgt, 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 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 Gewindeformvertiefungen 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 Gewindeprofilausbildung.
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 und 52 haben eine geringere Spitzenhöhe als die Erhöhung 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 60 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. 7. Wegen der am Werkstückeindringende bzw. freien Ende 26 vorhandenen Aussparungen 62 in den Gewindegängen ergibt sich eine insgesamt asymmetrische Konfiguration, die es ermöglicht, daß ein beträchtlicher Teil des mit Gewinde 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 sagen, 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 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 selbstgewindeschneidenden freien Endes 26. 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 selbstgewindeschneidenden 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 zuvor 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.
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 Radialentlastung 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 27 des Befestigers 20 und dementsprechend wird der Befestiger beim Hineinschrauben im Uhrzeigersinn 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 46 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 der mangelhaften Profilfüllung am gegenüberliegenden Gewindeabschnitt 50 ab. Damit nimmt auch die Radialentlastung von Fig. 9 über Fig. 10 nach Fig. 11 hin ab, weil die Gewindegänge zunehmend kreisförmig verlaufen und dann in die 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 des 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 Eindringungsgrad 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 Eindringungsgrad 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.
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.

Claims

Gewindeselbstschneidende Schraube zum Einschneiden eines Innengewindes in Bohrungen in einem Werkstück, mit einem Schraubenkopf und einem mit einem Gewinde versehenen zylindrischen Schaft, der an seinem freien Ende in einen sich verjüngenden, zum Eindringen in das Werkstück ausgebildeten, unterbrochene Gewindegänge und in den nicht unterbrochenen Gewindegangabschnitten unvollständig ausgebildete Kammformationen aufweisenden Endabschnitt übergeht, wobei jeder Gewindegang im Bereich des Endabschnitts nur eine Unterbrechung mit je einer beim Eindrehen der Schraube führenden und einer nachlaufenden Kante aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechung (62) weniger als 180° eines Gewindegangs beträgt und die Kammformation des Gewindes auf der der Unterbrechung (52) gegenüberliegenden Seite (50) des Schaftes (22) unvollständig ausgebildet ist, daß die maximale Höhe der Gewindekammformation eines Gewindeganges in dem Bereich (46, 48) zwischen der Unterbrechung (62) und der der Unterbrechung gegenüberliegenden Seite (50) erreicht wird und daß die führende Kante (44) jedes Gewindeganges (60) abgerundet ist.