DE2550750A1

DE2550750A1 - Selbstschneidende schraubbefestigungsanordnung

Info

Publication number: DE2550750A1
Application number: DE19752550750
Authority: DE
Inventors: Richard L Reynolds
Original assignee: Litton Industries Inc
Current assignee: Litton Industries Inc
Priority date: 1974-11-15
Filing date: 1975-11-12
Publication date: 1976-05-20
Also published as: GB1496189A; SE7512778L; SE411936B; JPS5171457A; AU8621775A; FR2291398B1; FR2291398A1; IT1052259B

Description

L/p 8340

Litton Industries Inc., 360 North Crescent Drive, Beverly Hills,- Calif./USA Selbstschneidende Schraubbefestigungsanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf selbstschneidende Schraubbsfestigungsanordnungen mit einem Element mit Außengewinde, des eine Spitze aus verhältnismäßig hartem Material aufweist^ und mit vorzugsweise zylindrischer Gestalt, deren Schraubgewinde während der Montage oder Verbindung bzw. während des Zusammenfügens ein zusammenwirkendes, verhältnismäßig weiches Element bildet, das zum Eingriff mit dem ein Außengewinde aufweisenden Element geformt und dimensioniert ist,

Schraubbefestigungsanordnungen, d.h. Anordnungen mit miteinander zusammenwirkenden Außengewinde- und Innengewinde-Befestigungselementen stellen seit langem eine zweckmäßige und wirksame Methode dar, um Bauteile miteinander zu befestigen.

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Wenn ein mit Außengewinde versehenes bzw« Vater-Befestigungselement, dasj im nachfolgenden kurz als "Bolzen" bzw. "Schraubbolzen" bezeichnet wird_f in ein mit Innengewinde versehenes bzw. Hutterbefestigungselement, das nachstehend als "Mutter" bzw« Schraubenmutter" bezeichnet wird, eingesetzt wird, beträgt der Oberflächenkontakt zwischen dem Bolzen und dem Muttergewinde normalerweise nicht 100 fo» Dieser Prozentsatz wird in der Technik als "Gewindeeingriff" bezeichnet und dieser Ausdruck wird hier ; verwendet, um das Verhältnis zwischen (l) dem Flächeninhalt des Außen- j gewindes, d.h. dem Gewinde eines Bolzens,das tatsächlich in Kontakt mit j c'em Ob :rfiächenbereich des Innengewindes, cuh. dem Gewinde einer Mutter ^! geko::,T;3n ist, und (2) dem gesamten Flächeninhalt des Innengewindes, a.h_s der rtssamten Muttergewindefläche innerhalb der Bohrung einer Schraubboiz:.T_i;!iutter zu bezeichnen bzw. zu definieren. Der unvollständige (kleiner als 100 %) Oberflächenkontakt des Außengewindes mit dem Innengewinde, d.h. der verhältnismäßig geringe Gewindeeingriff, kann das Ergebnis vieler Ursachen sein,. z.B. von unterschieden zwischen der Steigung imd/oder dem Steigungswinkel des Außengewindes und des Innengewindes. Auch können einfach Ungenauigkeiten oder Abweichungen von den \ idealen Formen beim Gießen, Pressen oder Walzen der Gewinde der mit Schraubgewinde versehenen Elemente den Gewindeeingriff verringern. Somit war es bisher ungewöhnlich, einen Gewindeeingriff zu erreichen, der J höher als 55 % war. ■

Es läßt sich leicht einsehen, daß ein Gewindeeingriff über 60 % den Widerstand gegen Drehung aufgrund der Reibung zwischen Schraubenmutter und Bolzen einer mit Schraubgewinde versehenen Befestigungsanordnung verbessert. Ein derartiger durch Reibung verursachter Widerstand wird allgemein als "Hauptdrebmoment" bezeichnet. Je größer dieses Hauptdreh-j moment ist, desto kleiner ist die Tendenz für einen Bolzen, sich von einer Schraubenmutter bei Vibrations- und Belastungsbeanspruchungen zu lösen. Somit ist in der Industrie eine mit Schraubgewinde versehene

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Befestigungsanordnung mit einem größeren Hauptdrehmoment erwünscht, wenn ein höheres Sperrvermogen erzielt werden soll.

In bekannter Weise kann ein verhältnismäßig zufriedenstellender Gewindeeingriff durch die Verwendung von selbstschneidenden Schrauben erzielt werden, die Üblicherweise Schrauben mit verhältnismäßig harten Außengewinden sind, welche in Eingriff mit glattwandigen Bohrungen in Schraubenmuttern aus verhältnismäßig weicherem Material stehen, so daß das äußere Bolzengewinde sein eigenes , zugehöriges Muttergewinde schneidet* Dies ergibt notwendigerweise einen festen Sitz des Außengewindes im Innengewinde, der häufig als "Festsitz" bezeichnet wird. Einer der wesentlichen Vorteile der Technik der Schneidschrauben ist, daß kein Muttergewinde, d.h. kein Innengewinde erforderlich ist, so daß diese Technik wirtschaftlicher im Vergleich zu den Befestigungsanordnungen ist, die Schraubenmuttern »it Innengewinde oder andere mit Innengewinde versehene Elenente verwenden.

Dieser Technik der selbstschneidenden Schrauben haften jedoch auch Nachteile an. Einer dieser Nachteile ist, daß der Bolzen, der ein Außengewinde aufweist, das wahrend der Verbindung sein eigenes Muttergewinde aus dem die flattwandige Bohrung umgebenden Materiel schneidet, mit einem konischen vorderen Ende versehen sein muß, das meist eine Fortsetzung des Außengewindes ist und häufiger als das "Führungsende" bezeichnet wird, damit eine einwandfreie Zuordnung der beiden Elemente erzielt wird. Eine selche Ausrichtung des mit Außengewinde versehenen Bolzens fuhrt zu schlechten oder »zufriedenstellenden Ergebnissen. Aus diesem Grunde m«ß eine exakte Ausrichtung wenigstens zu Beginn einer Verbindung gewährleistet sein. Wird diese Bedingung nicht erfüllt, kann eine einwandfrei· Verbindung unter Ausnutzung des Selbstschneideeffektei nicht erzielt werden. Ein weiterer Nachteil in Verbindung mit Selbstschneideschreuben ist darin zu sehen, daß - obgleich der Durchmesser

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der glattwandigen Bohrung kleiner ist als der Hauptdurchmesser des Bolzens, der ein gewindeformendes, verhältnismäßig härteres Außengewinde aufweist - die Differenz zwischen diesen Durchmessern einen bestimmten Wert nicht übersteigen soll, damit kein zu starkes Antriebsdrehmoment erforderlich wird, nämlich das Drehmoment, das erforderlich ist, um die beiden mit Schraubgewinde versehenen Elemente zusammenzufügen.

Infolgedessen besteht ein Bedarf an mit Schraubgewinde versehenen Befestigungsanordnungen, die zum Zusammenfügen und zum Festhalten im zusammengefügten Zustand von baulichen Elementen zweckmäßig sind und die

die Vorteile der Schneidschraubentechnik zeigen, ohne daß solche Eigenschaften aufgegeben werden, die erwünscht sind und die bei der bekannten I Technik der Befestigungsanordnungen herkömmlicher Art ohne Selbstschnei- ' deeffekt festgestellt werden. Versuche haben in dieser Richtung keine ' zufriedenstellenden Ergebnisse gebracht.

Beispielsweise beschreibt die US-PS 1 488 521 eine Technik, bei der ein _: Teilmuttergewinde mit einer verhältnismäßig schmalen Nut zuerst innerhalb!

einer ursprünglich glattwandigen Bohrung geformt und dann ein Bolzen mit '■■ Außengewinde, dessen Gewinde eine größere Breite als die der Nut hat, der kein Führungsende aufweisen muß, unter Krafteinwirkung in das Muttergewinde eingetrieben wird. Die Proportionen der Dimensionen sind so gewählt, daß das Innengewinde in der Fläche der Steigungslinie schmaler ist, so daß der äußere breitere Schraubenbolzen das Innengewinde unter einem Staucheffekt verbreitert. Auf diese Weise wird das Material des Innengewindes zwischen den Windungen angestaucht, so daß es gegen die Wurzel des Außengewindes auf dem Bolzen gedrückt wird und die Nuten des Außengewindes vollständig ausfüllen soll.

Obgleich diese Anordnung die Verwendung von Bolzen mit einem konischen Führungsende vermeidet, löst sie in Wirklichkeit nicht alle Probleme,

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die bei mit Schraubgewinde versehenen Befestigungsanordnungen auftreten. Der wesentliche Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß eine hohe Genauigkeit erforderlich ist. Obgleich die Flanken des Innengewindes durch den Staucheffekt so deformiert werden, daß sie mit der Form der Flanken des Außengewindes konform verlaufen, tritt leine solche Wirkung im Bereich der Wurzel des Innengewindes auf. Vielmehr müssen die größereih Durchmesser sowohl des Außen- als auch des Innengewindes genügend genau angepaßt sein, damit sie ein einwandfreies Zusammenfügen der beiden Elemente dieser bekannten Anordnung ergeben. Infolge-dessen sind die Herstellkosten sehr hoch, die Lebensdauer der Formen und der Gewindebohrwerkzeuge, die bei der Herstellung der Gewindeelemente verwendet werden sind hingegen sehr kurz. Weiterhin ergibt sich ein Festsitz, mit hoher ;' Reibung nur innerhalb der Bereiche der Flanken und im Bereich der Wurzel, des Außengewindes auf dem Bolzen, ein solcher Festsitz oder eine Fläche ; hoher Reibung wird jedoch im Bereich der Wurzel des Innengewindes nicht ' erzielt, die die Spitze des Außengewindes aufnimmt. Das Hauptdrehmoment, das durch eine nunmehr angenommene Elementarfläche mit wechselweisem ; Kontakt erzeugt wird, hängt neben anderen Faktoren von dem Abstand von der gemeinsamen Achse beider Elemente, nach dem Zusammenfügen ab. Es ergibt sich, daß eine verbesserte selbstschneidende Befestigungsanordnun$ erzielt werden kann, wenn die Festsitzflächen, die hohe Reibkräfte erj geben, die Flächen sind, die nach dem Zusammenfügen am weitesten von der gemeinsamen Achse der beiden Elemente entfernt sind. Andere Nachteil^ dieser vorgenannten US-PS 1 488 521 bestehen darin, daß das Gewindeschneidwerkzeug, das zur Herstellung des Innengewindes erforderlich ist, verhältnismäßig dünne gewindeformende Teile besitzt, die somit leicht und rasch abgenutzt werden, so daß das System kaum als wirtschaftlich angesehen werden kann. Die Anforderungen an die Genauigkeit, die geringe Breite des Gewindeschneidwerkzeuges zur Herstellung des Innengewindes und das Vorhandensein des Festsitzes in Bereichen, die relativ nahe der gemeinsamen Achse der zusammengefügten Elemente liegen, machen die Ent-

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wicklung nach dieser US-PS unwirtschaftlich und praktisch nicht verwertbar.

Unter verschiedenen Entwicklungstendenzen, die einige der Probleme lösen sollen, die auf dem Gebiet der Befestigungsanordnungen auftreten, soll die Verwendung von Außengewinden mit geringer Übergröße nicht unerwähnt bleiben. Eine solche Technik führt jedoch zu Erscheinungencbs Scheuerns und Fressens, so daß die Anwendung auffeolche Fälle begrenzt ist, bei denen ein selbstsperrender Effekt erzielt werden soll, jedoch zwei mit Schraubgewinde versehene Befestigungsglieder nicht auseinandergenommen werden sollen oder brauchen, ;

In früheren Entwicklungen sind auch miteinander zusammenwirkende Außen- und Innengewinde zu Zwecken des Zusammenfügens konisch geformter Element^ verwendet worden. Dann sind notwendigerweise die Schraubgewinde des ι einen und des anderen dieser Elemente ebenfalls konisch. Mit anderen ;

Worten heiß dies, daß sie nicht zylindrisch sind, so daß kein eindeutig J definierter größerer und kleinerer Durchmesser solcher konischen Gewinde! vorhanden ist. Diese Entwicklungen, die insbesondere für Kühlungen und > Stecker verwendet worden sind, sind ausschließlich zu Zwecken der Erzielung einer Abdichtung nützlich, und dies ist dadurch erreicht worden, daß die Spitze eines der Gewinde in die Wurzel des anderen der Gewinde eindringt, bzw. sich einbeißt. Es wird jedoch in diesen Fällen kein tatsächlicher Selbstschneideffekt und auch kein Staucheffekt erzielt, und die Anordnungen als Ganzes fallen in die Klasee von Schraubgewindedichtungen, stellen jedoch keine mit Schraubgewinde versehenen Befestigungsvorrichtungen dar, die möglicherweise für Zwecke des Zusammenfügens verwendbar sind und die Bauelemente im zusammengebauten Zustand festhalten. Solche Kupplungen oder Abdichtanordnungen sind keine mit Schraubgewinde versehenen Befestigungsanordnungen im Sinne der vorliegenden Erfindung.

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Vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine verbesserte selbstschneidende, mit Schraubgewinde versehene Befestigungsanordnung, die auch als halbselbstschneidende Technik bezeichnet werden kann, erreicht wird, wenn die Proportionen oder Dimensionen und Formen des Außengewindes und des Innengewindes der beiden Elemente, die einen Teil der Anordnung bilden, so ausgewählt sind, oaß der Staucheffekt durch die verhältnismäßig harte Spitzenfläche des Außengewindes erzielt wird, die in die verhältnismäßig weiche Wurzelfläche des Muttergewindes eindringt. Infolgedessen ist eine hohe Genauigkeit nicht mehr erforderlich. So kann das gleiche Gewindeschneidwerkzeug zur Herstellung des Innengewindes auch zur Erzeugung einer verhältnismäßig großen Anzahl von Innengewinden, z. B, in Muttern, verwendet werden, weil die Anforderungen an die Präzision 1 geringer sind und somit eine Abnutzung in Kauf genommen werden kann. Darüber hinaus werden die Reibkräfte, die zu einem hohen Hauptdrehmoment beitragen, genau an der Fläche erzeugt, die am weitesten von der gemein-

i samen Achse weg liegt, an der der Staucheffekt auftritt, und nicht in ' dem Bereich, der der gemeinsamen Achse der zusammengebauten Elemente be-j nachbart ist, wie dies im Falle bekannter Anordnungen der Fall ist. Da- ! raus ergibt sich, daß die geringen Anforderungen an die Genauigkeit die , Lebensdauer der Werkzeuge zur Erzeugung von Außengewinden an Schraubenbolzen wie auch fUr die Gewindeschneidwerkzeuge zur Herstellung des Inner gewindes ganz erheblich erhöhen, da eine verhältnismäßig hohe Abnutzung und Beanspruchung der Gewindeschneidwerkzeuge und der Formen noch Befestigungselemente ergeben, die zufriedenstellend sind. Obgleich kein Führungsende des mit Außengewinde versehenen Elementes erforderlich ist, bewirkt das Vorhandensein eines Innengewindes eine Ausrichtung zwischen den beiden Elementen in der Weise, daß ihre Achsen in eine gemeinsame Achse zusammenfallen. Mit der Erfindung wird auch ein resultierendes Hauptdrehmoment verhältnismäßig hohen Wertes bei einem Antriebsdrehmomeni verhältnismäßig geringen Wertes erreicht, weil die Stauchwirkung nicht in einem solchen Ausmaß ausgeübt werden muß, daß das das Innengewinde

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formende Material zusammengedrückt wird, wenn es in die Wurzel des Vatergewindes eingepreßt wird, wie dies in Verbindung mit der vorgenannten US-PS 1 488 521 der Fall ist. Das Hauptdrehmoment, das nach vorliegender Erfindung erreicht wird, beruht auf einem bis zu 8Q;2igen Gewindeeingriff der zusammengefügten,mit Schraubgewinde versehenen Elemente.

Mit vorliegender Erfindung wird eine selbstschneidende, mit Schraubgewind versehene Befestigungsanordnung vorgeschlagen, bei der äußere und innere mit Schraubgewinde versehene Elemente mit Spitzen und Wurzeln vorgesehen sind, die gleichförmige größere und kleinere Durchmesser definieren, wobeii

i der größere Durchmesser des Schraubgewindes des mit Außengewinde versehe-: nen Elementes den größeren Durchmesser des Schraubgewindes des mit Innen-] gewinde versehenen Elementes übersteigt, und wobei wenigstens die Spitze i des Schraubgewindes des mit Außengewinde versehenen Elementes aus einem Material besteht, das härter ist als das Material der Wurzel des mit Innengewinde versehenen Elementes.

Nach einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung weist das mit Außengewinde versehene Element ein Schraubgewinde ausschließlich zylindrischer Gestalt und gleichförmiger Steigung auf, während das mit Innengewinde versehene Element eine unvollständig geformte Schraubgewindewurzel besitzt, um einen selbstschneidenden Schraubeingriff mit den mit Außengewinde versehenen Element zu erzielen. Vorzugsweise übersteigt dabei der größere Durchmesser aller Windungen des Schraubgewindes des mit Außengewinde versehenen Elementes 12 den größeren Durchmesser aller Windungen des Schraubgewindes des mit Innengewinde versehenen Elementes.

Bei flfer Montage wird ein Schneideffekt dadurch erzeugt, daß die Spitze des mit Außengewinde versehenen Elementes in die Wurzel des mit Innengewinde versehenen Elementes eingetrieben wird, so daß eine Umformung und ein voller Eingriff von Oberflächenbereichen in der Nähe der Spitze

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des Schraubgewindes des mit Außengewinde versehenen Elementes mit Oberflächenbereichen des mit Innengewinde versehenen Elementes, die als c!as Ergebnis des Schneideffektes gebildet werden, erzielt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dail Bereiche

mindestens in der Nähe der Spitze des Schraubgewindes des mit AuSenge-I
winde versehenen Elementes Kohlenstoff enthaltendes Material aufweisen, das auf sie durch Elektroden-Lichtbogen-Ablagerung aufgebracht wi ru. Die Breite eier Nut, die durch das Innengewinde an der Steigungslinie

gebildet ist, ist dabei größer als die Hälfte der Steigung des Innenge- [ windes. Dann ist die in axialer Richtung verlaufende Querschnittskontur der Nut etwa die eines abgerundeten, hohlen Muttergewindes mit einer verhältnismäßig flachen Wurzel und verhältnismäßig steilen Flanken im Vergleich zu aen Flanken des Außengewindes.

Desweiteren wird mit der Erfindung eine selbstschneidende Schraubbefestigungsanordnung vorgeschlagen, bei der eine scharfe, gehärtete Spitze auf dem mit Außengewinde versehenen Element zum Schneiden des unvollständig geformten Innengewindes in eine vollständig geformte Wurzelgewindegestalt in vollem Eingriff mit dem mit Außengewinde versehenen ι Element wenigstens bis zum Teilungsdurchmesser vorgesehen ist. Das Innengewinde kann dabei die Kombination eines spiralförmigen Teiles einer nach innen gerichteten zylindrischen Fläche und eines spiralförmigen hohlen Kanales in der zylindrischen Fläche sein, deren maximale Tiefe den größeren Innengewindedurchmesser bestimmt, wobei der spiralförmige Teil der zylindrischen Fläche eine abgeflachte Spitze des Innengewindes j darstellt.

Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung sind die mit Außengewinde und die mit Innengewinde versehenen Elemente ein Bolzer und eine Mutter, die für einen Schraubeingriff miteinander dimensionier

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sind, wobei der Bolzen einen zylindrischen Körper und ein kontinuierliches Außengewinde mit gleichförmig geformten Einzelwindungen aufweist, und die Mutter eine zylindrische Bohrung und ein kontinuierliches Innengewinde mit gleichförmig geformten Einzelwindungen besitzt. Dabei sind vorzugsweise nur Bereiche in der Nähe der Spitze des Außengewindes ge- j härtet. !

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausfuhrungsbeispieles erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Schraubbolzens und einer Schraubmutter nach einer Ausführungsform der Erfindung, teilweise im Schnitt, Fig. 2 eine vergrößerte axiale Teilschnittansicht der Schraubenmutter nach Fig. 1, wobei schematisch die Kontur des Schraubbolzens so dargestellt ist, als ob sie aufgesetzt wäre, und

! Fig. 3 eine axiale Schnittansicht eines Gewindeschneidwerkzeuges zur j Erzeugung des Innengewindes der Schraubmutter nach den Fig. 1 und 2.

V/ie in Fig. 1 gezeigt, weist eine selbstschneidende Schraubbefestigungsanordnung ein mit Innengewinde versehenes Element, das als Schraubenmutter 10 dargestellt ist, zur Aufnahme eines mit Außengewinde versehenen Elementes, das als Schraubbolzen 12 dargestellt ist, auf. Der Bolzen kann eine herkömmliche Schraubbefestigungsvorrichtung mit einem zylindrischen Schaft 14, einem Kopf 16 und einem Gewindeteil 12 auf dem zylindrischen Schaft sein. Der Gewindeteil 18 des Bolzens 12 weist ein spiralförmiges Gewinde mit konstanten und fest vorgegebenen kleineren und größeren Durchmessern und einer konstanten, d.h. gleichförmigen Steigung um den Schaft 14 auf. Die Gewinde 18 haben Spitzen, die wenigstens teilweise gehärtet sind, vorzugsweise nach der Technik der Elektroden-Lichtbogen-Ablagerung, wie dies in US-PS 3 894 507 beschrieben und dar-

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gestellt ist.

Die Schraubenmutter 10 kann ein getrenntes Befestigungselement sein oder kann lediglich als Platte oder dgl. mit einer Bohrung darin ausgebildet sein oder aber ein Bauelement mit einer Bohrung darstellen, das mit einem anderen Bauelement durch Einsetzen des Schraubbolzens 12 verbunden wird. In ähnlicher Weise kann der Bolzen 12 einen Teil eines anderen Bauelementes darstellen, da es schematisch ein Gewindeelement ähnlicher Konstruktion bildet. Es ist für vorliegende Erfindung nur entscheidend, daß zwei mit Außengewinde und Innengewinde versehene Elemente vorhanden sind, deren Gewinde zylindrische Gestalt aufweisen. Dies bedeutet, daß die Gewinde identische Steigung und gleichförmige kleinere und größere Durchmesser besitzen und somit für den gegenseitigen Schraubeingriff geformt sind. '

Ein Innengewinde 22 ist innerhalb einer Bohrung 20 durch die Mutter 10 ausgebildet, wie in Fig. 1 gezeigt. In Fig. 2 sind einige Windungen des Gewindes 22 der Mutter 10 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Daraus ergibt sich, daß das Innengewinde 22 eine Spitze 24 besitzt, und daß die axiale Querschnittskontur der Nut des Innengewindes 22 etwa die eines abgerundeten, hohlen Muttergewindes mit einer verhältnismäßig flachen Wurzel 26 ist. Die Spitze 24 ist der Rest der ursprünglich zylindrischen, glattwandigen Bohrung 20, so daß das Innengewinde die Kombination eines spiralförmigen Teiles einer inneren zylindrischen Oberfläche und eines spiralförmigen hohlen Kanales ist, dessen maximale Tiefe den größeren Innengewindedurchmesser festlegt, wobei der spiralförmige übrige Teil der zylindrischen Bohrungsfläche die Spitze des Innen gewindes darstellt.

In Fig. 2 sind einige Bindungen des Gewindeteiles 18 des Bolzens 12 durch strichpunktierte Linien dargestellt und auf den Teil der axialen Quer-

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In

schnittsansiciit der Mutter 10 aufgetragen. Daraus ergibt sich, daß der kleinere Durchmesser B . des Außengewindes auf c!em Bolzen 12 kleiner is^-;

nun "

als der kleinere Durchmesset N . der Mutter. Andererseits ist der

mm

größere Durchmesser B des Außengewindes des Bolzens 12 größer als der

max °

größere Durchmesser N des Innengewindes der Mutter 10. Diese Propormax ^v

tionen in Verbindung mit der unterschiedlichen Härte sind für den erzielten Effekt der selbstschneidenden Wirkung verantwortlich, da bei einer Kraftverbindung unter Anwendung von Antriebsdrehmomenten das Innengewinde der Mutter 10 bewirkt, daß der Bolzen 12 in die Bohrung 20 der Mutter eingeschraubt wird, gleichzeitig jedoch die verhältnismäßig harte;

Spitze 34 des Außengewindes der Mutter 12 in das verhältnismäßig weiche ! Material im Bereich 27 des etwa dreieckförmigen Querschnittes, d.h. über der Wurzel 26 des Innenmuttergewindes eindringt. Diese selbstschneidende Wirkung wird von einem Staucheffekt begleitet, der ζυτ Ausbildung eines entsprechenden Muttergewindes (nicht dargestellt) in der Schraubmutter führt. Das Innen- oder Muttergewinde, das auf diese V/eise entsteht, paßt genau in das Außen- ode^ Vatergewinde des Schraubbolzens 12 - ein derartiger Paßsitz wird in der Literatur als Festsitz bezeichnet.

Das ursprüngliche Innengewinde in der Mutter 10, und zwar vor der Verbindung, kann somit als Teilgewinde oder als unvollständig geformtes Gewinde betrachtet werden, weil es erst nach Verbindung mit dem Bolzen 12 aufgrund der selbstschneidenden Wirkung zu einem vollständig geformten Vollgewinde mit einer Wurzel in der Nähe der Bolzengewindespitze 34 des äußeren Bolzengewindes und einer Spitze mehr oder weniger in unmittelbarer Nähe der Wurzel 32 des Außenbolzengewindes wird. Die Flanken des Innengewindes der Mutter 10, die ursprünglich ziemlich steil sind, wie in Fig. 2 gezeigt, werden aufgrund der flachen Kontur so orientiert, daß sie der üblichen Standardflanke des Außengewindes auf dem Bolzen 12 angepaßt werden, da die Räume 25 ausgefüllt werden.

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Mit vorliegender Erfindung ist keine hohe Präzisjrion bei der Bearbeitung sowohl des Außengewindes auf dem Bolzen 12 als auch des Innengewindes in der Mutter 10 erforderlich, weil der Stauchvorgang die exakte Form des Innengewindes beim Verbinden hervorruft. Diese Tatsache erhöht die Lebensdauer der Formen zur Herstellung des Gewindebolzens 1? und des Gewindeschneidwerkzeuges zur Herstellung der mit Innengewinde versehenen Mutter 10, weil der Grad der Abnutzung und des Rei^ssens von Form und Gewindeschneidwerkzeug nicht kritisch ist.

Das Innengewinde der Mutter 10 kann durch Verwendung des Gewindeschneid-Werkzeuges 40 (Fig. 3) hergestellt werden. Das Werkzeug 40 weist einen Schaft mit einem spiralförmigen Gewinde 42 auf. Die Spitze des Gewindes : ist abgerundet. Der größere Durchmesser des abgerundeten Gewindes 42 ist ^; gleich dem größeren Durchmesser N des Innengewindes in der Mutter 10. j

max ί

das hergestellt werden soll. Der kleinere Durchmesser T . des Gewindes i ^σ mm

des Gewindeschneidwerkzeuges 40 ist kleiner als der kleinere Gewindedurchj-

messer N . . der von dem Werkzeug 40 hergestellt werden soll, und diese ! min ο σ / ,

Bedingung führt dazu, daß die Spitze 24 ein Rest der urspiU nglich glatt- ; wandigen Bohrung 20 ist, weil der Innendurchmesser der Bohrung TQ₁ der '

gleich N . ist. größer ist als der kleinere Durchmesser T . des Werkmin nun

zeuges 40, wie leicht einzusehen ist. Das Werkzeug 40 weist, wie Fig. 3 zeigt, ein konisches vorderes Ende und einen weitgehend zylindrischen Schaftteil auf, wie dies für Gewindeschneidwerkzeuge üblich ist. Bei der Ausbildung der Mutter 10 muß das Gewindeschneidwerkzeug 40 genügend weit durch die Bohrung eingeführt werden, damit in einem bestimmten Augenblick die Bohrung 20 im wesentlichen nur den zylindrischen Teil des Werkzeuges 40 enthält.

Im Betrieb wird der Bolzen 12 in die Bohrung 20 unter Anwendung von Antriebsdrehmomenten eingesetzt, so daß der Gewindeteil 18 mit dem Innengewinde 22 der Mutter 10 in Eingriff kommt. Wenn die Spitze 34 des Außen-

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gewindes 18 in das Material im Bereich 27 über der Wurzel 26 eindringt, wird der größere Durchmesser N des Innengewindes der Mutter 10 ver-

max

größert und wird gleich B .so daß eine tiefere Nut geformt wird, die

max

mit der Form des äußeren Gewindeteiles 18 der Mutter 12 konform ist, wie durch die strichpunktierte Konturenlinie in Fig. 2 gezeigt ist. Das gesamte Gewinde 22 wird somit durch die Stauchwirkung neu geformt, so daß das Material, das aus dem Bereich 27 gedrückt wird, so verdrängt wird, daß die Spitze des Außengewindes 18 des Bolzens 12 aufgenommen wiri Dieses Material wird dabei in die trogförmigen Räume 25 längs der Flanken des Innengewindes 22 gestaucht. Die Dimensionen und Proportionen j des mit Außengewinde und mit Innengewinde versehenen Elementes, d.h. '■ Bolzen 12 und Mutter 10, werden so ausgewählt, daß die Materialmenge, j

die von dem Bereich 27 entfernt wird, etwa die gleiche ist, wie sie zum

Auffüllen der abgerundeten, trogförmigen Räume 25 benötigt wird, wodurch! geradlinige Flanken in dem Gewinde 22 ausgebildet werden, die dann mit i den Flanken des Außengewindes des Bolzens 12 konform verlaufen und einen;

innigen Oberflächenkontakt unter Druck mit diesen Flanken ergeben. '

Der Raum 33 zwischen der Spitze 24 des Innengewindes 22 und der Wurzel 32 des Außenbolzengewindes 18 ergibt eine Zone innerhalb der verbundenen Befestigungselemente, die ermöglicht, daß zusätzliches Material längs der Oberflächen des Innengewindes 22 fließt, wenn ein solcher Metalloder Materialfluß zu hoch wird und nicht mehr allein von dem trogförmigen Raum 25 längs der ursprünglich gerundeten Flanken des Gewindes 22 aufgenommen werden kann.

In der Praxis wurde festgestellt, daß Gewinde-Eingriffe, die einen Wert von 60 % übersteigen und Werte in der Nähe von 80 % erreichen, durch Verwendung von Gewindeelementen erzielt werden können, die in der vorbeschriebenen Weise geformt und proportioniert sind. Je größer der Prozentsatz ist, den der Gewinde-Eingriff darstellt, desto größer wird

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das Hauptdrehmoment, d.h. der Wirkungsgrad der Anordnung nimmt mit steigendem Wert für den Gewinde-Eingriff zu. Zusätzlich hierzu ergibt sich, daß mit vorliegender Erfindung zum 1. Mal das Selbstschneideprinzip in Verbindung mit sog. Maschinenschrauben angewendet werden kann, d.h. von Schrauben, die kein verjüngtes Führungsende besitzen, wie beispielsweise mit dem Bolzen 12 in Fig. 1 dargestellt ist.Bisher war man der Auffassung, da3 ein verjüngtes Führungsende für Schneidschrauben notwendig ist/ diese Auffassung, die mit vorliegender Erfindung widerlegt wird, basierte darauf, daß glattwandige Bohrungen in Rohlingen für die Muttern bei Schneie schrauben verwendet werden müssen.

Wie vorstehend ausgeführt, ist das Material des Elementes mit Außengewinde, z.B. des Bolzens 12, härter als das Material wenigstens der Wurzel 2.6 des Elementes mit Innengewinde, z.B. der Mutter 10, so daß das j Wurzelmaterial der Mutter 10 verformt werden kann. Ein derartiges Ergebnis wird auch erzielt, wenn das Material nur der Spitze 34 des Außengewindes, d.h. des Teiles 18, gehärtet worden ist.

Das Mated al des Bolzens 12 kann dehnbarer und weicher als das Material der Mutter 10 sein, vorausgesetzt, daB die Spitze 34 des Gewindes 18 in ausreichendem Maße gehärtet ist, damit der Staucheffekt erzeugt wird, der als Selbstschneidewirkung bekannt ist, in^dem das eigene komplementäre Muttergewinde in der Nut 10 geformt wird. Ein derartiger Härtungseffekt der Spitze 34 des Gewindes 18 kann durch Elektroden-Lichtbogen-Ablagerunj die manchmal als "imprägnieren" bezeichnet wird, erzeugt werden. Mit dieser Technik wird Material, das wesentlich härter als das Material von Mutter 10 und Bolzen 12 ist, auf die Spitze 34 des Gewindes 18 abgelagert oder in die Spitze 34 imprägniert, ohne daß der übrige Teil des Materiales des Bolzens 12 beeinflußt wird. Derartiges, verhältnismäßig härteres Material kann eine kohlenstoffenthaltende Substanz sein, z.B. Titankarbid, Wolframkarbid oder dgl. Ein Verfahren für diese Technik und

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das sich daraus ergebende Produkt sind in der vorerwähnten US-PS 3 894 5(7 beschrieben.

Die verschiedenen Oberflächen und ihre Formen sind vorstehend in vereinfachter Darstellung erläutert, in der Praxis entsprechen die Formen nichi in idealer Weise der idealisierten darstellung. Somit liegt beispielsweise in der Praxis die Spitze 24 des Innengev/indes in der Mutter 10 nicht in einer exakt zylindrischen Oberfläche, und entsprechend müssen viele andere dargestellte und beschriebene Formen so interpretiert werden, daß sie das Prinzip vorliegender Erfindung zeigen, jedoch nicht eine genaue '

i Darstellung des Aussehens des Endproduktes in der Praxis.

Insgesamt ergibt sich, daß dann, wenn die mit Schraubgewinde versehenen j j Befestigungselemente nach vorliegender Erfindung hergestellt worden sind, eine Schraubgewinde-Befestigungsanorcnung durch Verwendung eines Innen- ! gewinäes erzielt wird, das vor der Verbindung nur teilweise ausgebildet j ist und das während der Verbindung aufgrund des Selbstschneideeffektes I so umgeformt wird, daß es einen Festsitz ergibt. Dann hat die Mutter bzw| ein anderes mit Innengewinde versehenes Element eine erhöhte Gewinde- I Eingriffs-Fähigkeit mit dem zugeordneten Bolzen. Der resultierende Gewinde-Eingriff übersteigt normalerweise kommerziell erreichbare, vergleichbare Gewinde-Eingriffs-Werte. Ferner ergibt sich nicht nur ein innigerer Kontakt zwischen dsn Oberflächenbereichen der Schraubenmutter- und Schraubbolzen-Gewinde aus der Neuformung des Innengewindes der Mutte^r, sondern der Bereich maximaler Reibung wird auch an dem größtmöglichen

Durchmesser festgelegt, was verhältnismäßig hohe Hauptdrehmomente ergibt es wird während des Zusammenfügens eine Selbstausrichtung erzielt, und desweiteren sind die Anforderungen an die Genauigkeit wesentlich geringer als bisher, so daß die Lebensdauer von Formen und Gewindeschneidwerkzeugen im Vergleich zu bekannten Techniken wesentlich erhöht werden.

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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele be- :

j schränkt. Beispielsweise können eine etwa trapezförmige Querschnitts- ί form des Innengewindes in -!er Schraubenmutter 10 und, wie oben ausgeführ-ij, geringfügig unterschiedliche Formen tier Spitze 24 die gleichen vorteil- j haften Resultate ergeben.

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Claims

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Patentansprüche

Iy Selbstschneidend^ Schraubbefestigungsanordnung, bei der ciuüere und innere miteinander zusammenwirkende mit Schraubgewinde versehene Elemente mit Spitzen unc 'Wurzeln gleichförmige größere und kleinere

Durchmesser bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der größere Durchmessen: des Schraubgewindes(i8)des mit Außengewinde versehenen Elementes (12) ; den größeren Durchmesser des Schraubgewindes (22) des mit Innengewinde! versehenen Elementes (lO) übersteigt und oaß wenigstens die Spitze (34·) des Schraubgewindes des mit Außengewinde versehenen Elementes (l?) ein Material ist, das härter ist als das Material des Kernes des mit Innengewinde versehenen Elementes (lO).

Schraubbefestigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Außengewinde (18) versehene Element (12) ein Schraubgewinde ausschlsßlich zylindrischer Gestalt und gleichförmiger Steigung ^: aufweist, und das mit Innengewinde versehene Element (lO) eine unvollständig geformte Schraubgewindewurzel (32) besitzt, um einen selbstschneidenden Schraubeingriff mit dem mit Außengewinde versehenen EIe- ι ment (12) zu erzielen.

3. Schraubbefestigungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- j zeichnet, daß der größere Durchmesser aller Windungen des Schraubge- ι windes des mit Außengewinde versehenen Elementes (12) den größeren ^;

Durchmesser aller Windungen des Schraubgewindes des mit Innengewinde versehenen Elementes (lO) übersteigt.

4. Schraubbefestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei der Verbindung einen Schneideffek dadurch erzeugt, daß die Spitze (34) des mit Außengewinde versehenen

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Elementes (12) in die Wurzel (26) des mit Innengev/inde (22) versehenen Elementes (1O) eingetrieben wird, so daß eine Umformung und ein voller Eingriff von Oberflächenbereichen in der Nähe eier Spitze (34) des S_chraubgewindes (18) des mit Außengewinde versehenen Elementes (12) mit Oberflächenbereichen des mit Innengewinde (22) versehenen Elementes (1O), die als das Ergebnis des Schneideffektes gebildet werden, erzielt wird.

5. Schraubbefestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Bereiche mindestens in der Nähe der Spitze (34) des Schraubgewindes (18) des mit Außengewinde versehenen Elementes (12·) Kohlenstoff enthaltendes Material aufweisen, das auf sie durch Elektrolden-Lichtbogen-Ablagerung aufgebracht wird. :

6. Schraubbefestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch¹ gekennzeichnet, daß die Breite der Nut, die durch das Innengewinde (22)

an der Steigungslinie gebildet ist, größer ist als die Hälfte der j Steigung des Innengewindes (22). i

7. Schraubbefestigungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in axialer Richtung verlaufende Querschnittskontur der Nut etwa die eines abgerundeten, hohlen Muttergewindes (22) mit einer verhältnismäßig flachen Wurzel und verhältnismäßig steilen Flanken im Vergleich zu den Flanken des Außengewindes (18) ist.

8. Schraubbefestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine scharfe, gehärtete Spitze (34) auf dsm mit Außengewinde (18) versehenen Element (12) zum Schneiden des unvollständig geformten Innengewindes (22) in eine vollständig geformte Wurzelgewindegestalt in vollem Eingriff mit dem mit Außengewinde versehenen Element (12) wenigstens bis zum Teilungsdurchmesser.

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9. SchratibbefestigiiBnigsianiorctrKfn^ mtch einem der· Ätirspriicfre T his; S>, dadurch gekennzeichnet,. diesS das IwmemigewiEndfe ζ22$ d"£e Komfcirrcrtion eines spiral förraigie« Teiles einer ncrcb χΐϊτπίοη! gerichteten zylindriscfrenr FUSche und; ein.es spiralförmig ens bohslera Kameles £re d'er zyJündrisehen Fläche ist, cferew »aximicEle Tiefe den; größeren rcrnerrgjewirrdedurchmesser best imtttt_f w©be£ d!er spiralförinige Te£L der zyün'drxscFreai' Flöcfe e£ne abgeflachte Spitze des, Inmeragea^iradies dairsteLLt.

10. SchraubbefestiguRgsansordnuFigi natch exctem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekeninsEeicftnet,, daß die Bit Außengewinde Cl^) ^unt^ ^i® ^m^ : Innengewirtde (22) versehenen Elemente (12, 10) e£ni Bolzren und eine ' Mu,tter sindi_e die für einen Schraubeingriff miteinander dimensioniert j

sind, wobei der Bolzen einen zylindrischen Körper und ein fcontinuier-J

liches, Außengewinde mit gleichförmig geformten Einzelwindtangen auf- j weist und die Mütter eine zylindrische Bohrung und ein kontinuierliches Innengewinde mit gleichförmig geformten Einzelwindungen besitzt.

11. Schraubbefestigungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet! daß nur Bereiche in der Nähe der Spitze (34) des Außengewindes (18) j gehärtet sind.

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