DE2550817A1

DE2550817A1 - Gewindeformende schraube und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2550817A1
Application number: DE19752550817
Authority: DE
Inventors: Louis J Lovisek
Original assignee: Industrial Fasteners Corp
Current assignee: Industrial Fasteners Corp
Priority date: 1974-11-14
Filing date: 1975-11-12
Publication date: 1976-05-20
Also published as: SE414818B; NO140313B; NL7513258A; ATA831875A; NO753781L; AT345040B; US4046051A; CH606839A5; FR2291397A1; GB1494015A; SE7512754L; NO140313C

Description

9 R R Π R 1 Patentanwälte Dipl.-Ing. F. "Weickmann, ^

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr.K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH «60 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

St/St

Industrial Fasteners Corporation

5o2 West 3oth Street,

New York, New York 1ooo1 USA

Gewindeformende Schraube . und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine gewindeformende Schraube und ein Verfahren zu ihrer Herstellung-Sie betrifft eine gewindeformende Schraube, die die Wand einer vorgebohrten Bohrung, in die sie zur Bildung eines Gewindes eingedreht wird, verformt und nicht schneidet.

Es gibt zahlreiche gewindeformende Schrauben, die durch Rollen von Gewinden auf Rohlingen verschiedener Form hergestellt werden. Diese Schrauben haben verschiedene Nachteile und erfordern insbesondere ein hohes Eindrehmoment.

Die erfindungsgemäße Schraube ist gekennzeichnet durch die besondere Form des Rohlings und insbesondere durch ein vorderes Ende, einen Übergangsbereich und nach und nach in der Höhe zunehmende

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Gewindegange^ von dem vorderen Ende zu einem rückwärtigen Schaft, wobei wenigstens einige der Gewindegänge flache Oberflächen auf dem Gewinderücken aufweisen, die mit angrenzenden Oberflächen scharfe, längs gerichtete, linienförmige Kämme bilden.

Die erfindungsgemäße, gewindeformende Schraube wird in eine Bohrung in einem weicheren Material eingedreht und bildet dort ein Gewinde. Die Schraube wird am besten durch Aufrollen von Gewindegängen auf einen speziellen Rohling hergestellt. Der Rohling weist eine schräg zusammenlaufende Spitze auf/ die vorzugsweise sieben flache Seiten aufweist, die in einem Winkel zwischen 5 und 13° in Bezug auf die Achse des Rohlings stehen. Ein prismatischer, siebenseitiger Übergangsbereich ist angrenzend an die die Spitze vorgesehen, wobei sich die Seiten des Obergangsbereiches in scharfen, längsgerichteten Kanten schneiden. Schräg nach außen verlaufende Flächen erstrecken sich won den Enden der Seiten des übergangsberexches in den zylindrischen Schaft des Rohlings hinein.

Wenn ein Gewinde mit gleichem Wurzeldurchmesser auf den Rohling aufgerollt wird, werden die sieben Ecken der Spitze zunächst berührt und verformt, so daß nicht miteinander verbundene, pyramidenförmige Erhebungen auf jeder Seite der Gewindewurzel entstehen. Die pyramidenförmigen Erhebungen werden nach und nach höher, wenn die scharfen Kanten nach außen verlaufen, und die Gewinderollen treten zunehmend tiefer in sie ein. Wenn die Gewinderollwerkzeuge die gesamte Breite der flachen Oberflächen der Spitze oder des vorderen Endes erfassen, entsteht ein kontinuierliches Gewinde mit flachen Oberflächen auf dem Gewinderücken und scharfen, längsgerichteten Kämmen im Schnittbereich zwischen den flachen Oberflächen. Die flachen Oberflächen werden schmaler und höher, während sich das vordere Ende erweitert, bis die längsgerichteten Kämme im wesentlichen die Höhe des vollständigen Gewinderückens erreichen. An diesem Punkt bildet der Übergangsbereich des Rohlings wenigstens einen Gewindegang mit sieben oder mehr längsgerichteten Kämmen derselben Höhe zwischen identischen, flachen Oberflächen. Nach dem Übergangsbereich bilden die schrägen Flächen, die sich in den Schaft hinein erstrecken, flache Bereiche abnehmen-

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der Größe'/ Bis 'ein Gewinde mit^; kontinuierlichem "Rücken auf dem Schaft "entsteht. Die-'!ausgerichteten Kämme sind nicht '■ ^; vollständig ^:gerade, sondern sie'weisen Enden auf, -die*über ihren MiittelBere^ch angehoben sind. Dadurch '■■ ent steht eine ^r ' wünschenswerte, material-formende Kontur. : . ·.·■"■

Der Übergängsbereieh des Rohlings kann Seiten'■aufweisen, die sich in'-tiängsrichtung über- eine größere oder geringere Länge bis zünden'" schräg nach--außen verlaufenden Flächen erstrecken, die in den"Schaft ^:übergehen^--Die rückwärtige'Verlängerung■ des Übergangsbereichs -'kann eine¹' gebrochene, ■ rechtgängige .oder liüksgängige Schraubenlinie bilden/ oder die Seiten' des übergangsbereiche*s können in verschiedenen Längen in- den Schaft -eintretend^: Während das vordere Ende vorzugsweise flache, ..■·--·._s zusammenlaufende Seiten mit schärfen Ecken in ihren Sbhnitt-.; linien aufweist", ist es auch möglich, das vordere Ende, ko-j; nisch auszubilden und die Seiten des prismatischen Übergangsbereiches in diesen Konus hinein zu erstrecken.-- ■-. . - .-·

Die zunehmend höheren, pyramidenförmigen Anhebungen der gewindef ormehden Schraube -und sodann die kontinuierlichen- Ge-. windegähge mit zunehmend höheren, flachen Oberflächen auf dem G-ewinderüeken mit scharfen, längsgerichteteai Kämmen zwd- .. schen^; den Oberflächen verformen nach und nach-das. Material, wenn die Schraube eingedreht wird, und zwar äußerst, wirkungsvoll und mit sehr geringem Drehmoment. Die pyramidenförmigen: Anhebungen und die längsgerichteten Kämme bilden, scharfe, das. Material verformende Kanten im Gegensatz zu anderen gewindeformenden Schrauben. Daher wird das Eindrehmoment auch dann verringert, wenn kein Übergangsbereich vorgesehen ist. Jedoch hat nach und nach verformtes Material wie jedes Material das Bestreben, in seinen ursprünglichen, unverformten Zustand zurückzufedern oder zurückzufließen. Ohne den übergangsbereicli hält das zurückgeflossene Material die kontinuierlichen Gewindegänge auf dem Schaft fest und erzeugt eine hohe Reibung und ein unnötiges Drehmoment. Der Übergangsbereich mit seinen gleichförmigen, linienförmigen Kämmen, die öbwa in der Höhe der endgültigen Gewinderücken liegen,trägt dieses zurückgeflossene oder zurückgefederte Material ab und verringert das maximale Drehmoment zum Eintreiben einer vorgegebenen, ge-

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windeformenden Schraube. Der Übergangsbereich dient ebenfalls dazu, ein mögliches höheres Drehmoment zu verhindern, das durch geringe Ungleichmäßigkeiten bei der Formung des Rohlings oder geringe Ungleichmäßigkeiten beim Rollen des Gewindes verursacht werden könnte.

Ein geringeres Drehmoment zum Eindrehen einer Schraube mit gerolltem Gewinde hat zahlreiche Vorteile bei der Herstellung, wie etwa eine geringere Ermüdung des Personals und folglich eine höhere Produktion, geringerer Verschleiß bei den Eindrehwerkzeugen in einer automatischen Produktion usw.

Erfindungsgemäß wird daher eine verbesserte, gewindeformende Schraube und ein Verfahren zu ihrer Herstellung geschaffen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht des vorderen Endes einer erfindungsgemäßen gewindeformenden Schraube;

Fig. 2 ist eine Seitenansicht des vorderen Endes eines Rohlings, auf den Gewindegänge zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schraube aufgerollt werden;

Fig. 3 ist eine Vorderansicht des Rohlings der Fig.2;

Fig. 4 ist ein Diagramm zur Darstellung des erforderli-. chen Drehmoments zum Eindrehen einer gewindeformenden Schraube mit einem Übergangsbereich und des höheren Drehmoments zum Eindrehen einer Schraube ohne Übergangsbereich;

Fig. 5 sind Seitenansichten des vorderen Endes einer bis 7 abgewandelten gewindeformenden Schraube;

Fig. 8 ist eine Vorderansicht des Rohlings gem.Fig.5-7;

Fig. 9 ist eine Seitenansicht des vorderen Endes einer gewindeformenden Schraube entsprechend einer

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zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 1o zeigt eine Vorderansicht des Rohlings der Fig. 9.

Wie aus Fig. 2 und 3 hervorgeht, wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung aus einem Schrauben-Rohling 1o hergestellt, der eine schräg zusammenlaufende Spitze oder ein vorderes Ende 11 aufweist, auf dem sieben flache Seiten 12 bis 18 in einem Winkel zwischen 5 und 13° in Bezug auf die Achse des Rohlings 1o ausgebildet sind. Der Winkel der Seiten 12 bis 18 beträgt vorzugsweise etwa 6°. Das vordere Ende 11 kann eine flache Stirnseite 19 aufweisen, das in einer Position vorgesehen ist, in der sich das Ende auf einen Durchmesser verjüngt hat, der geringer als der Durchmesser der Wurzeln der Gewindegänge ist, die auf den Rohling aufgerollt sind. Hinter dem vorderen Ende 11 in einer Position, die im fiodgenden ganauer definiert werden soll, ist ein prismatischer Übergangsbereich 2o vorgesehen, der sieben Seiten 21 bis 27 aufweist. Hinter dem Übergangsbereich 2o liegen schräg nach außen verlaufende Flächen 3o bis 36, die in einen zylindrischen Schaft 37 überleiten. Die Flächen 3o bis 36 weisen vorzugsweise einen größeren Winkel in Bezug auf die Achse des Rohlings 1oaif, als die Seiten 12 bis 18 des vorderen Endes 11. In einem Beispiel der Erfindung, bei dem die Seiten 12 bis 18 einen Winkel von 6° aufweisen, stehen die Flächen 3o bis 3 6 in einem Winkel von 12° in Bezug auf die Achse des Rohlings.

Nicht gezeigte Gewinderollen rollen Gewindegänge auf den Rohling 1o. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, rollen die Gewinderollen ein Gewinde 39 mit einer Wurzel 4o, die von dem vorderen Ende nach rückwärts die gleiche Tiefe aufweist. Am vorderen Ende formen die Gewinderollen zunächst diskontinuierliche Paare von pyramidenförmigen Anhebungen 41 und 41', 42 und und 43 und 43'. Die Wurzel 4o des Gewindes 39 dringt schrauben-

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förmig tiefer unter die Oberfläche des Rohlings 1o ein, während sie sich vom vorderen Ende 11 in Richtung des Schachtes 37 bewegt. Wenn die Gewinderollen die Seiten 12 bis 18 vollständig berühren, bilden Sie ein kontinuierliches Gewinde mit nach und nach höheren und schmaleren, flachen Oberflächen 48,49 und 5o mit deren Kämmen. Wenn die Gewinderollen den Übergangsbereich 2o erreichen, bilden sie im wesentlichen identische Oberflächen 51 bis 56 auf dem Kamm des Gewindes 39. Zwischen nebeneinanderliegenden Oberflächen 48 bis 53 sind in deren Schnittlinien scharfe, längsgerichtete Kämme 9 ausgebildet, deren Enden 8 leicht angehoben sind.

über den schräg nach außen verlaufenden Flächen 31 bis 33 nehmen die flachen Oberflächen 57 und 58 ab und weichen dem endgültigen, gleichförmigen Gewindegang 6o auf dem Schaft 37. Daher endet das sich verjüngende vordere Ende 11 des Rohlings 1o, und der Übergangsbereich 2o ist in einer Position vorgesehen, in der die Gewinderollen das Material des Rohlings etwa auf die Höhe der vollen Gewindegänge im Bereich der längsverlaufenden Kämme drücken.

Die gewindeformende Schraube der vorliegenden Erfindung formt Gewinde mit geringerem Drehmoment als andere gewindeformende Schrauben, da die scharfkantigen Kämme 9 und die pyramidenförmigen Anhebungen 41 bis 43' weniger Reibung aufweisen, als es bei abgerundeten Elementen der Fall wäre. Daher führen alleine diese Elemente zu einer verbesserten gewindeformenden Schraube. Das Drehmoment, das erfioorderlich ist, um eine erfindungsgemäße Schraube ohne einen Übergangsbereich einzutreiben, ist in der graphischen Darstellung der Figur 4 in gestrichelten Linien gezeigt.

Material, in das eine gewindeformende Schraube eingedreht wird, hat das Bestreben, in gewissem Umfange in seine Ausgangsposition zurückzufedern oder zurückzufließen. Dies bewirkt ein Drehmoment aufgrund übermäßiger Reibung, wenn die gleichförmigen Gewindegänge des Schaftes erreicht sind. Der Übergangsbereich 2o des Rohlings 1p weist linienförmige Kämme 9 auf, die im wesentlichen die volle Gewindehöhe haben.

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Diese Kämme 9 im Übergangsbereich 2o entfernen das zurückgeflossene Material und verringern das Drehmoment erheblich, wie in der durchgezogenen Linie in Fig. 4 gezeigt ist. In dieser Darstellung betrifft der Abschnitt A der Linie T das vordere Ende 11 der gewindeformenden Schraube, der Abschnitt B betrifft den Übergangsbereich, der Abschnitt C betrifft das Gewinde auf den schräg nach außen verlaufenden Flächen und der Abschnitt D betrifft das Gewinde auf dem Schaft. In gleicher Weise betrifft der Abschnitt A' der Linie T' das vordere Ende der Schraube ohne, Übergängsbereich, der Abschnitt B' betrifft die Gewinde auf den schräg nach außen verlaufenden Flächen, die in den Schaft überleiten, und der Abschnitt C betrifft das Gewinde auf dem Schaft. Aus Fig. 4 geht hervor/· daß der Übergangsbereich auf dem Rohling das maximale Eindrehmoment um etwa 45% reduziert.

Gem. Fig.5 weist ein Rohling 65 ein vorderes Ende 66 mit schräg zusammenlaufenden, flachen Seiten auf. Ein Übergangsbereich 67 ist mit flachen, prismatischen Seiten 68 bis 74 zunehmender Länge versehen, die in einer einzigen, rechtsgängigen, gebrochenen Schraubenlinie mit einer Umdrehung am übergang zu den schräg nach außen verlaufenden Flächen 75 bis 81 in dem Schaft 82 enden.

Der in Fig. 6 gezeigte Rohling 65' stimmt mit dem Rohling 65 überein, ausgenommen, daß der Übergangsbereich 67' in einer linksgängigen, gebrochenen Schraubenlinie mit einem Gang endet.

Gem. Fig. 7 ist ein Rohling 65'' vorgesehen, der einen Übergangsbereich 67'' aufweist, der flache Seiten 68'' bis 74'' aufweist, die mit unterschiedlichen Längen in unterschiedlichen, freigewählten Positionen enden. Es hat sich gezeigt, daß es vorteilhaft ist, nicht Übergangsbereichezu verwenden, die in einer Schraubenlinie enden, die der Schraubenlinie Ües aufgerollten Gewindes entspricht. Wenn die Schraubenlinie dieselbe Richtung wie die Gewindegänge aufweist, sollte sie eine größere Teilung oder Steigung aufweisen.

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Obwohl ein Rohling mit einem vorderen Ende 11 und einem Übergangsberexch 2o verwendet werden kann, der eine andere Anzahl als sieben Seiten aufweist, haben sich sieben Seiten als besonders günstig erwiesen.

- Patentansprüche -

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Claims

Λ-

Patentansprüche

( 1 .j Gewindeformende Schraube, gekennzeichnet durch ein vorderes Ende (11,66)/ einen Übergangsbereich (2ο,. 67)/ und nach und nach in der Höhe abnehmende Gewindegänge (6o) von dem vorderen Ende (11,66) zu einem rückwärtigen Schaft (37,82), wobei wenigstens einige der Gewindegänge flache Oberflächen (48 bis 56) auf dem Gewindarücken aufweisen, die mit angrenzenden Oberflächen scharfe, längsgerichtete,linienförmige Kämme (9) bilden.
2. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die scharfen, längsgerichteten Kämme (9) leicht erhöhte Enden (8) aufweisen.
3. Schraube nach Anspruch 1.oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Paare von zunehmend höheren pyramidenförmigen Anhebungen (41 bis 43') in schraubenförmiger Anordnung vom vorderen Ende (11) ausgehend vorgesehen sind, daß die zunehmend höheren Gewindegänge flache Oberflächen (48 bis 56) auf ihren Gewindegängen aufweisen, die zum Schaft hin an das vordere Ende angrenzen, und daß die flachen Oberflächen eine zunehmende Höhe und eine abnehmende Breite aufweisen.
4. Schraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche,gekennzeichnet durch einen Übergangsbereich (2o) zwischen dem vorderen Ende (11) und dem Schaft (37, 82), welcher Übergangsbereich wenigstens einen Gang des Gewindes aufweist und mit im wesentlichen gleichen, flachen Oberflächen (51 bis 56) auf dem Gewinderücken versehen ist, deren längsgerichtete Kämme (9) zwischen den Oberflächen im wesentlichen die Höhe der Gewinderücken des Gewindes auf dem Schaft aufweisen.
5. Schraube nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunehmend kleinere, flache Oberflächen auf dem Gewinderücken des Gewindes zwischen dem

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Übergangsbereich (2ο) und dem Schaft (37,42) vorgesehen sind und daß auf dem Schaft vollständige Gewindegänge mit kontinuierlichem Rücken vorgesehen sind.
6. Schraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß sieben flache Oberflächen (48 bis 56) auf dem Gewinderücken des Gewindes und sieben längsgerichtete Kämme (9) zwischen diesen in jedem Gang des Gewindes um die Schraube herum vorgesehen sind.
7. Verfahren zur Herstellung einer gewindeformenden Schraube gem. einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Schraubenrohling mit einem zusammenlaufenden vorderen Ende und einem Schaft versieht, wobei der Rohling mit flachen, einander schneidenden Seiten versehen ist, und daß man Gewindegänge auf den Schraubenrohling aufrollt und ein Gewinde ausbildet, das wenigstens einige flachen Bereiche auf seinem Gewinderücken mit scharfen, längsgerichteten Kämmen zwischen nebeneinanderliegenden Seiten aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenrohling mit wenigstens einem prismatischen Übergangsbereich versehen wird, der flache, einander schneidende Oberflächen aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenrohling mit flachen, einander schneidenden Seiten auf dem zusammenlaufenden vorderen Ende versehen wird,
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenrohling mit einem zylindrischen Schaft und schräg nach außen verlaufenden Flächen zwischen dem Übergangsbereich und dem Schaft versehen wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiten des Übergangsbe-

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reichs in Richtung des Schaftes dieselbe Länge aufweisen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 1ο, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiten des Übergangsbereiches nach rückwärts entsprechend einer gebrochenen Schraubenlinie verlaufen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiten des Übergangsbereiches nach rückwärts entsprechend einer linksgängigen, gebrochenen Schraubenlinie verlaufen.
14. Verfahren nach Anspruch 1 ο, dadurch gekennzeich net, daß die Seiten des Übergangsbereiches entsprechend willkürlich unterschiedlichen Längen verlaufen.

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