DE2630343C2 - Selbstschneidende Einsatzbüchse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine selbsu>»hneidende Einsatzbüchse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art

Eine solche bekannte Einsatzbüchse (GB-PS 8 43 129) hat als Befestigungsmittel eine Gewindebohrung und bildet, wenn sie in eine in der Oberfläche eines Kunststoffwerkstückes gebildete Ausnehmung eingebettet ist, ein Loch mit metallischem Innengewinde, das ein an einem komplementären Befestigungselement gebildetes Gewinde aufnimmt. Die im Querschnitt halbkreisförmigen Rillen sollen die Späne aufnehmen, die sich durch die Schneidwirkung des Außengewindes der Einsatzbüchse ergeben, wenn sich diese in der Ausnehmung des Kunststoffwerkstückes ihr Gewinde schneidet. Durch die Rillen ist zwar bis zu einem gewissen Grad eine Aufnahmemöglichkeit für die Späne des Werkstückes vorhanden, es hat sich jedoch gezeigt, daß die bekannte Einsatzbüchse die Spanaufnahmefunktion ziemlich unzulänglich erfüllt. Der Grund liegt offenbar darin, daß keine spezielle Beziehung zwischen der Querschnittsform der Rillen, dem kegelstumpfförmige:i Endteil der Einsatzbüchse und dem Verhältnis zwischen der Rillengrundfläche und dem Gewindekern vorliegt, durch die die von den Rillen aufgenommenen Späne veranlaßt würden, in den Rillen zu bleiben und zur Verriegelung der voll in das Werkstück einge- w> schraubten Einsatzbüchse beizutragen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einsatzbüchse der eingangs angegebenen Art so zu verbessern, daß nach dem Einschrauben derselben in ein Werkstück eine echte Selbstverriegelung der Einsatzbuchse vorhanden ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Es ist zwar an sich bekannt, wenigstens ein Ende einer Einsatzbuchse kegels'iumpfförmig auszubilden, bei der Einsatzbüchse nach der Erfindung, bei der die Rillen kurz vor dem dem Werkstück zugewandten Ende des Körpers in den kegelstumpfförmigen Endteil münden, ergibt sich jedoch eine echte Selbstverriegelungswirkung dadurch, daß sämtliche Späne, die beim Einschrauben von dem Kunststoffmaterial abgeschnitten werden, wenn sich die Einsatzbüchse beim Einschrauben ihr Gewinde selbst schneidet, in den Rillen eingeschlossen und schließlich innerhalb jeder Rille zu einer fest zusammenhängenden, kompakten Masse zusammengedrückt werden, so daß aus dieser Masse ein integraler Bestandteil des umgebenden, ungeschnittenen Werk- ^tückmaterials wird.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung, die spezielle gegenseitige Beziehungen und Formen der Grundfläche und der Seitenflächen einer Rille der Einsatzbüchse angeben und durch die sich besonders vorteilhafte Ergebnisse erzielen lassen, bilden den Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 teilweise im Schnitt und teilweise in Seitenansicht einen Teil einer Einsatzbüchse und eines Werkstückes, in <5as die Einsatzbüchse teilweise eingeschraubt ist,

F i g. 2 einen Querschnitt durch die Einsatzbüchse, im wesentlichen auf der Linie 2-2 von F i g. 1,

F i g. 3 eine Ansicht, welche einen Teil des Werkstükkes im Schnitt zeigt, wobei eine Einsatzbüchse nach der Erfindung vor dem Eindringen in die Ausnehmung dargestellt ist,

Fig.4 eine Ansicht der Einsatzbüchse und des Werkstückes von der Linie 4-4 in F i g. 3 aus,

Fig.5 eine gleiche Ansicht wie in Fig.3, wobei jedoch die Einsatzbüchse in die Ausnehmung eingedrungen ist,

F i g. 6 eine Ansicht der Einsatzbuchse von der Linie 6-6 in F i g. 5 aus,

F i g. 7 eine ähnliche Ansicht wie in F i g. 3, wobei sich jedoch die Einsatzbüchse selbst weiter in die Ausnehmung eingeschnitten hat,

Fig.8 eine Ansicht der Einsatzbüchse von der Linie 8-8 in F i g. 7 aus,

Fig.9 eine gleiche Ansicht wie in Fig.3. in welcher jedoch die Einsatzbüchse voll in die Ausnehmung eingeschraubt worden ist, und

Fig. 10 einen Querschnitt durch die Einsatzbüchse und das Werkstück im wesentlichen auf der Linie 10-10 von F i g. 9.

Eine Einsatzbüchse 10 ist zusammen mit einem Kunststoffwerkstück W dargestellt, das eine zylindrische Ausnehmung R hat, die sich von seiner Oberfläche aus nach innen erstreckt und zur Aufnahme der Einsatzbüchse dient.

Die Einsatzbüchse 10 besteht hier aus Metall und hat einen zylindrischen, langgestreckten Körper 12, der mit einer axialen Gewindebohrung 14 versehen ist, die zur Aufnahme eines passenden Gewindes eines nicht dargestellten komplementären Befestigungselements dient.

Es dürfte klar sein, daß es keiner besonderen Veranschaulichung bedarf, daß die Einsatzbüchse, statt mit einer Innengewindebohrung versehen zu sein, auch mit einem Bolzengevvinde versehen sein könnte, d. h. mit einem mil Außengewinde versehenen Ansatz mit

geringerem Durchmesser als der Hauptdurchmesser des Einsatzbüchsenkörpers, wobei der Ansatz von der Oberfläche des Werkstückes nach außen vorstehen würde, wenn die Einsatzbüchse voll in das Werkstück eingeschraubt wäre.

Die Einsatzbüchse ist mit einem Außengewinde 16 versehen, dessen Steigung und Größe je nach Verwendungszweck verschieden sein kann.

In dem dargestellten Beispiel ist das Gewinde 16 der Einsatzbuchse 10 der Übersichtlichkeit halber etwas übertrieben groß dargestellt worden. In Wirklichkeit hat es bezüglich des Durchmessers der Ausnehmung R des Werkstückes Weinen kleineren Hauptdurchmesser. In der dargestellten Ausführungsform sind drei Rillen vorgesehen, die gleichmäßig winkelversetzt auf dem Umfang der Einsatzbüchse 10 angeordnet sind. Die Rillen sind mit 18 bezeichnet, und jede Rille ist mit einer ebenen Grundfläche 20 und mit ebenen Seitenflächen 22 versehen, die zwischen sich einen Winkel von 60° einschließen. In Fig. 1 erstrecken sich die Rillen 18 in Längsrichtung der Einsatzbüchse 10 und das Ende 26 jeder Rille ist kurz vor dem benachbarten Ente 27 dis Einsatzbüchsenkörpers 12 angeordnet

Die entgegengesetzten Endteile 28 des Einsatzbüchsenkörpers 12 sind kegelstumpfförmig ausgebildet Jeder Endteil 28 ist so konisch zulaufend, daß eine Ebene A-A, die zu ihm tangential ist und mit dem Kegelwinkel des Endteils zusammenfällt, die Ebene B-B jeder Grundfläche 20 einer Rille 18 zwischen dem Ende 27 der Einsatzbuchse 10 und einer Ebene C-Cschneidet, die zu dem Durchmesser des Mittelteils 30 der Einsatzbüchse tangential ist Infolgedessen mündet jede Rille in die kegelstumpfförmigen Endteile 28 in kurzer Entfernung von den benachbarten Enden 27 des Einsatzbüohsenkörpers 12 ein.

Es ist außerdem bedeutsam, daß, wie insbesondere in F i g. 2 gezeigt, der Kerndurchmesser des Außengewindes 16 mehr als doppelt so groß ist wie der radiale Abstand D zwischen dem Zentrum der Einsatzbuchse 10 und irgendeiner der Grundflächen 20 der Rillen 18. Die Tiefe jeder Rille 18 ist also größer als die Tiefe des Gewindes 16.

Im Gebrauch der Einsatzbüchse 10 wird üblicherweise zuerst eine Ausnehmung R in dem Werkstück W hergestellt. Die Ausnehmung R kann durch Pressen gebildet werden oder aber im Abschluß an die Herstellung des Werkstückes W in dasselbe gebohrt werden. In jedem Fall wird die Einsatzbüchse 10 in die Ausnehmung R mit Hilfe eines Werkzeuges (nicht dargestellt) eingeschraubt

Der Durchmesser der Ausnehmung R des Werkstükkes W wird, wenn die Einsatzbüchse 10 benutzt wird, größer gewählt als der Durchmesser des Endes 27 der Einsatzbuchse, gleich oder kleiner als der Durchmesser des gedachten Kreises, zu welchem die Grundflächen 20 tangential sind, und kleiner als der Hauptdurchmesser MD des Gewindes 16 irgendwo auf der Länge des Mittelteils 30 der Einsatzbüchse 10.

Wenn sich die Einsatzbuchse 10 unter Selbstschneidung ihres Gewindes in die Ausnehmung R einschraubt, bildet ihr mit geringerem Durchmesser versehenes Ende 27 eine Führung zum Zentrieren der Einsatzbüchse innerhalb der Ausnehmung. Durch fortgesetzte Axial- und Drehbewegung der Einsatzbüchse von der Stellung in Fig.3 in die Stellung in Fig. 5 wird die Hinterkante 34 der Riile neben ihrem benachbarten Ende 26 (vgl. Fig. 1) '-"iranlaßt, die Wand der Ausnehmung R wegzuschneiden, so daß sich ein spiralförmiger Span Czu bilden beginnt (vgl. Fi g. 6).

Da der radiale Abstand D zwischen der Grundfläch'; 20 jeder Rille 18 und dem Zentrum der Einsatzbuchse 10 gleich oder größer als der Radius der Ausnehmung R ist (in dem betrachteten Beispiel ist er gleich dem Radius), können die Späne C nicht aus den Rillen 18 in die Ausnehmung R entweichen, d. h. die Späne können nicht auf den Grund der Ausnehmung fallen, sondern werden statt dessen in den Rillen gehalten. Die Späne Cerhalten somit einen Druck axial zu der Einsatzbuchse 10, wenn diese weiter in die Ausnehmung R eingeschraubt wird und nun durch einen Begrenzungsbereich 36 hindurchgeht, der zwischen der Grundfläche 20 der Rille und dem Kernumfang RD des Gewindes 16 liegt Diese Begrenzungsbereiche liegen zwischen benachbarten Vertiefungen 38, die innerhalb der Rillen 18 durch die Gewindescheitel gebildet sind.

Infolgedessen werden bei fortgesetztem Einschrauben der Einsatzbuchse in die Ausnehmung mehr und mehr Späne gebildet, wenn aufeinanderfolgende Flanken 40,42 (vgL Fig. 1) mit der Wand de.· Ausnehmung R in Berührung kommen und die Wand wegschneiden.

Das Spanmaterial, das von der Wand der Ausnehmung R abgetragen worden ist, um Platz für das Gewinde 16 der selbstschneidenden Einsatzbüchse 10 zu schaffen, wird sämtlich innerhalb der Rillen 18 gehalten, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die Vorderflanken der Rillen aufgrund der Beziehung des Radius der Ausnehmung R zu dem radialen Abstand Dgeschlossen sind, der, wie oben erwähnt, so gewählt ist, daß er gleich oder kleiner als der radiale Abstand ist

Fortgesetztes Einschrauben der Einsatzbüchse 10 in die Ausnehmung R bringt schließlich den Mittelteil 30 derselben (vgl. F i g. 7) in die Ausnehmung, wobei zusätzliches Material von der Wand der Ausnehmung R weggeschnitten wird, wenn das Gewinde 16 eindringt.

In dieser Beziehung hat es sich in der Praxis gezeigt, daß die besondere Winkelform jeder Rille 18, betrachtet man dieselbe im Querschnitt, äußerst erwünscht ist um das von dem Werkstück W weggeschnittene Material zu ve^ranlassen, sich spiralförmig zu krümmen, wodurch das abgetragene Material besser verdichtet wird. Infolgedessen wird das abgetragene Material einem verfestigenden Druck ausgesetzt, so daß schließlich innerhalb jeder Rille 18 eine sehr dichte, äu3erst kompakte Masse geschaffen wird, deren Dichte ihr Maximum erreicht, wenn die Einsatzbuchse 10 vollständig in die Ausnehmung R eingeschraubt ist, wie in F i g. 9 gezeigt Während des gesamten Gewindeschneidvorganges wirken die Begrenzungsbereiche 36 sozusagen als Rückschlagventile, die den Spänen C gestatten, sich über die gesamte Länge der Rille 18 zu bewegen, bis sie schließlich die Rille bis zu ihrem hinteren Ende vollständig ausfüllen.

Dieser Strom des Spänematerials ist jedoch nicht so frei, daß er die Verdichtung und Zusammendrückung des Materials innerhalb der Rille verhindert An ihren hinteren Enden werden die Rillen 18 im wesentlichen geschlossen, und sir werden selbstverständlich, wie bereits erwähnt, an ihren vorderen Enden vollständig geschlossen, so daß durch Wahl des Verhältnisses der Querschnittsabmessungen jeder Rille 18 zu dem Durchmesser d>:r Ausnehmung Rund der Gewindegröße die Menge an Spänematerial vorherbestimmt werden kann, die in ein verschiedenen Rillen eingeschlossen wird. Das gestattet eine Vorausbestimmung des Ausmaßes der Verdichtung oder Zusammendrükkung des innerhalb der Rillen 18 in der oben

beschriebenen Weise eingeschlossenen Materials. Das Endergebnis besteht darin, daß, wenn die Einsatzbüchse 10 vollständig in die Ausnehmung R eingeschraubt ist. das verdichtete Material (vgl. Fig. 10) eine Dichte hat, die der Dichte des die Ausnehmung R umgebenden eigentlichen Werkstückes W entspricht oder nahekommt, wodurch das Spänematerial somit praktisch mit dem umgebenden Material eins wird. Dadurch wird eine äußerst wirksame Verriegelung geschaffen, durch die die Einsatzbüchse 10 fest in die Ausnehmung R eingebettet wird, um eine Drehbewegung der Einsatzbuchse in jeder Richtung zu verhindern, nachdem sie vollständig in die Ausnehmung eingeschraubt worden ist. Das ist von großer Bedeutung, da die Einsatzbüchse 10 anschließend als ein Teil einer Schraubbefestigung dient und ihre Fähigkeit, diese Funktion zu erfüllen.

verlieren würde, wenn sie sich innerhalb der Ausnehmung Rdrehen könnte.

Die besondere Gesamtlänge der Einsatzbuchse 10, die Länge des Mittelteils 30 in Beziehung zu den Langen der kegelstumpfförmigen Endteile 28, die Gewindegröße und die Rillenzahl können selbstverständlich entsprechend dem besonderen Anwendungsfall zwar geändert werden, aber in jedem Fall ist es wichtig, daß die durch die selbstschneidende Einsatzbuchse 10 abgetragenen Späne C in den Rillen 18 in einem Ausmaß zusammengedrängt werden, daß die Späne verdichtet und unter starken Druck gesetzt werden, bis ihre Dichte dazu führt, daß die Späne praktisch mit dem umgebenden Material eins werden und damit eine wirksame Verriegelung schaffen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Selbstschneidende Einsatzbüchse zur Aufnahme in einer Ausnehmung (R) in einem Kunststoffwerkstück (W), mit Befestigungsmitlein (14), die mit einem komplementären Befestigungselement zusammenpassen, mit einem zylindrischen Körper (12), der mit Außengewinde (16) sowie mit einer Reihe von auf seinem Umfang versetzten Rillen (18) und mit wenigstens einem kegelstumpfförmigen Endteil \q (28) versehen ist, wobei der zwischen der Längsachse des Körpers (12) und einem Punkt größter Tiefe einer Rille (18) gemessene radiale Abstand (D) kleiner ist als der Radius des Kerns des Außengewindes (16), dadurch gekennzeichnet, daß die |₅ Rillen (18) kurz vor dem dem Werkstück zugewandten Ende (27) des Körpers (12) in den kegelstumpfförmigen Endteil (28) münden.

2. Einsatzbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rille (18) eine ebene Grundfläche (20) und ebene Seitenflächen (22) hat.

3. Einsatzbüchse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (22) unter einem Winkel zueinander angeordnet sind.

4. Einsatzbüchse nach Anspruch 3, dadurch ge- ₂s kennzeichnet, daß jede Grundfläche (20) in einer zu der Längsachse des Korpers (12) parallelen Ebene liegt und daß der Winkel der Seitenflächen (22), die bezüglich der Grundfläche (20) symmetrisch angeordnet sind, etwa 60° beträgt