DE2649766A1

DE2649766A1 - Gewindebohrer fuer selbstsperrendes gewinde

Info

Publication number: DE2649766A1
Application number: DE19762649766
Authority: DE
Inventors: Horace Deal Holmes
Original assignee: HOLMES HORACE DEAL
Current assignee: Detroit Tool Industries Corp
Priority date: 1976-01-15
Filing date: 1976-10-29
Publication date: 1977-07-21
Also published as: IT1064044B; SE427807B; JPS574450B2; SE7613729L; CA1043957A; JPS5288899A; DE2649766C2; FR2338103A1; GB1524285A; US4023914A; FR2338103B1

Description

PATENTANWÄLTE

KLAUS D. KIRSCHNER DR. WOLFGANG DOST

DIPL-PHYSIKER DIPL.-CHEMIKER

D-8OOO MÜNCHEN 2

BAVARIARINQ 38

Unser Zeichen: ΐτ ΟΛΟ Our reference:

Datum: 29. Oktober 1976

Horace Deal Holmes

Farmington Hills, Michigan 48024, .USA

Gewindebohrer für selbstsperrendes Gewinde

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Gewindebohrer und insbesondere auf einen neuen und verbesserten Gewindebohrer zur Verwendung bei der Herstellung einer selbstsperrenden Gewindeausbildung am Inneren einer geeigneten öffnung, Bohrung usw. Zu diesem Zweck ist der erfindungsgemäße Gewindebohrer dazu eingerichtet, ein Gewinde innerhalb einer derartigen Bohrung mit einem flachen Bereich oder einer Rampe auszubilden, die an der Wurzel des Gewindeganges angeordnet ist. Die Rampe ist unter einem vorher gewählten Winkel bezüglich der Achse der Bohrung angeordnet oder ausgerichtet, und der spezielle Winkel einer derartigen Rampe ist so eingerichtet, daß er es zuläßt, daß die Gewindegänge mit normalen handelsüblichen Toleranzen hergestellt werden und es sicherstellen, daß eine wirksame Berührung mit dem Scheitel oder dem Kamm des dazupassenden Gewindeganges des in die Bohrung eingeführten Gewindebolzenelements hergestellt wird, um hierbei wirksam das Lockern des Bolzenteils bezüglich der Bohrung unter Vibrationsbedingungen und anderen ungün-

709829/0258

stigen Bedingungen zu verhindern. Der Winkel der Rampe, die am Gewindegang des Bohrers ausgebildet ist, und somit der Winkel der komplementären Rampe, die vom Bohrer in der Bohrung ausgebildet wird, kann in Übereinstimmung mit dem Maß der Härte des Werkstücks geändert werden, um optimale Sperreigenschaften zu erreichen. Der Bohrer ist so ausgebildet, daß seine geneigte Rampe ein freies Laufen des Gewindebolzenteils bezüglich der mit einem Gewindeprofil versehenen Bohrung solange gestattet, bis das Maß der Last am Bolzen und am Werkstück, in dem die mit Gewindeprofil versehene Bohrung ausgebildet ist, eine vorher festgelegte Höhe erreicht, wobei sich der Gewindescheitel des Bolzens in Berührung mit der Rampe der mit einem Gewindeprofil versehenen Bohrung im Werkstück bewegt. Ein völliges Festziehen des Gewindebolzenteils auf dem Werkstück führt zu einem im wesentlichen vollen Eingriff der entsprechenden Gewindeflächen, was beispielsweise in dem Fall geschieht, wenn eine Schraube mit halbzölligem Durchmesser einer Belastung von 12,4 mkg ausgesetzt wird.

Es ist demnach ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, einen neuen und verbesserten Bohrer zum Herstellen eines selbstsperrenden Gewindes in einer geeigneten Öffnung, Bohrung u.s.w. vorzusehen.

Es ist ein spezielleres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Gewindebohrer zum Ausbilden von Gewindegängen an einem mit einem Innengewinde versehenen Teil vorzusehen, wobei die Gewindegänge mit einer geneigten Rampe ausgebildet sind, die dazu eingerichtet ist, mit dem Kamm der Gewindegänge des zugehörigen Gewindebolzenteils wie beispielsweise einer Schraube, einer Maschinenschraube oder dergleichen in Sperreingriff zu treten.

709829/0258

Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen neuen und verbesserten Gewindebohrer der oben beschriebenen Art vorzusehen, der verwendet werden kann, um Gewindegänge optimaler Sperreigenschaften passend 'zum Material der Werkstücke auszubilden, in denen die Gewindegänge eingeformt werden sollen.

Andere Ziele und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung vorgenommen wurde, noch klarer ersichtlich.

Um diese Ziele zu erreichen, wird erfindungsgemäß ein Gewindebohrer vorgeschlagen, der gekennzeichnet ist durch einen Schaftabschnitt, einen Hauptabschnitt, der sich in Längsrichtung erstreckend an den Schaftabschnitt anschließt, und einen schraubenförmigen Gewinde gang, der am Hauptabschnitt ausgebildet ist und radial zusammenlaufende Flankenabschnitte aufweist, die eine geneigte Rampenfläche unter einem vorgewählten Winkel zur Achse des Bohrers aufweisen und dazu angepaßt sind, eine in komplementärer Weise geneigte Rampe am Fuß des Gewindes auszubilden, das vom Bohrer gebildet werden soll.

Es folgt nun eine kurze Beschreibung der Zeichnungen; hierbei

Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Gewindebohrers,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Querschnittes, der im wesentlichen längs Linie 2-2 in Fig. 1 vorgenommen wurde,

Fig· 3 eine vergrößerte Ansicht eines ausschnittweisen Querschnitts,der im wesentlichen längs Linie 3-3 in Fig. 1 vorgenommen wurde,

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht des Aufbaus, der im Kreis 4 der Fig. 3 gezeigt wurde, und

709829/0258

Fig. 5 eine ausschnittsweise Querschnittsansicht einer mit einem Gewinde versehenen Bohrung, die vom erfindungsgemäßen Gewindebohrer gebildet wurde und die mit einem typischen Bolzenwerkstück in Wirkeingriff steht.

Es folgt nun die detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels; hierbei wird nun im einzelnen auf die Zeichnung und insbesondere auf deren Fig. 1 Bezug genommen; es ist ein Gewindebohrer zum Bilden eines spiraligen Gewindes, der allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist, gezeigt, wie er einen im allgemeinen zylindrisch geformten Schaftabschnitt 12 mit einem Endabschnitt 14 an einem seiner Enden zum Eingriff eines Werkzeuges aufweist. Das gegenüberliegende Ende des Schaftabschnittes ist mit einem Gewindebohrer-Hauptabschnitt 16 versehen, der mit einer Gewindeschneideausbildung 18 versehen ist. Mehrere, mit ümfangsabstand zueinander angeordnete, sich in Längsrichtung erstreckende Entlastungsbereiche 20, 22, 24 sind im Hauptabschnitt 16 ausgebildet und wirken im allgemeinen als eine Zone , in der sich die Metallspäne während der Tätigkeit des Gewindeschneidens anreichern, wie in der Technik bekannt ist. Zusätzlich dienen die Entlastungsbareiche 20 bis 24 zum Entlüften des Bodens von Sacklöchern, um hierbei die Belastung des Gewindebohrers zu verringern, wie es ebenso in der Technik bekannt ist. Das vordere (linke) Ende des Gewindebohrers 10 ist mit einem Führungsendabschnitt oder einer Nase 26 mit verjüngtem oder verringertem Durchmesser zum sauberen Ausrichten des Bohrers 10 innerhalb einer geeigneten Bohrung versehen, in der ein Gewinde geschnitten werden soll.

Die Gewindeschneideausbildung 18 weist einen spiraligen Gang 28 auf, der, wie am besten in Fig. 3 und 4 zu sehen ist, radial nach außen zusammenlaufende Flanken 30, 32 aufweist, die Fuß- und Scheitel- oder Kammbereiche 34 bzw. 36 begrenzen.

709829/0258

In Übereinstimmung mit den Grundlagen der vorliegenden Erfindung ist der Kammbereich 36 des Gangs 28 mit einer geneigten Rampe 38 ausgebildet, die unter einem vorher ausgewählten Winkel A bezüglich der Achse des Gewindebohrers 10 angeordnet ist, wobei der Winkel derart gewählt ist, daß er einen wirksatten Eingriff des Kamms des zugeordneten Gewindebolzenteils mit der Gewindeform sicherstellt, die vom Gewindebohrer 10 vorgesehen ist und die modernen Herstellungstoleranzen entspricht. Genauer gesagt, es ist herausgefunden worden, daß eine optimale Sperrfähigkeit zwischen Bolzen- und Muttergewindeteil gewonnen werden kann, ohne daß von diesen Teilen irgendeine Bruchfestigkeit geopfert werden muß, indem man die axiale Länge der Rampen, die von der Rampe 38 des Gewindebohrers gebildet wird, auf eine Länge von etwa 0,508 mm festsetzt und deren Winkel bezüglich der Achse des Gewindebohrers derart ausbildet, daß ungefähr die Hälfte der maximalen Toleranz zwischen den beiden Teilen sowie ein Sicherheitsfaktor von ungefähr 0,002 bzw. ein Sicherheitsspiel von ungefähr 0,0508 mm in den obengenannten axialen Abstand von 0,508 mm aufgenommen wird.

Es ist beispielsweise für eine Standardmutter mit Bolzen mit 3/8-Zoll-Gewinde und sechzehn Gängen pro Zoll das zulässige Durchmessergrößtmaß bei 9,525 mm und das zulässige Durchmesserkleinstmaß bei 9,1313 mm. Nimmt man die Differenz zwischen diesen beiden Grenzen, d.h. 9,525 - 9,1313, dann ergibt dies 0,3937 mm, was, wenn es zu dem obengenannten Sicherheitsspielraum von 0,508 addiert wird (der einen Ausgleich für Werkzeugabnutzung u.s.w. schafft), dann 0,4445 ergibt, und die Hälfte hiervon beträgt 0,22225. Der Winkel A, dessen Tangens 0,22225 dividiert durch 0,508 entspricht, ist 23,5°. Deshalb ist der optimale Winkel, mit dem die Rampen bezüglich der Achse des Gewindebohrers 10 angeordnet sein sollten, 23,5°, wobei es wünschenswert ist, daß etwa die Hälfte der gesamten maximalen Toleranz auf einen Abstand von

709829/0258

-X-

0/508 nun zwischen den Gewindeteilen der oben erwähnten Gewindegröße und Normklasse aufgenommen wird. Es wird allerdings darauf hingewiesen, daß ein solcher Winkel A sich in Übereinstimmung mit Änderungen entweder im Sicherheitspielraum, in der Gewindenormklasse, in der Anzahl von Gängen pro Zoll oder im Durchmesser der Gewindeteile ändert. Die folgende Tabelle führt weitere zulässige Winkel für die Rampe 38 auf, die in Übereinstimmung mit dem obenstehenden Beispiel errechnet wurden, und zwar für die jeweilige Gewindegröße, die Gewindenormklasse und die Anzahl von Gängen pro Zoll.

Normalgewinde

Gewindegröße Steigung Töleranzklasse 1 Toleranzklasse 2 Toleranzklasse (Zoll) Gänge (erforderlicher (erforderlicher (erforderlicher

pro Zoll) Winkel)

Winkel)

3/8	16	23,	*24,5°**	18,	*64,5°**	IS₁	*93 5°**
7/16	. 14	25,	3+$ 5°	19,	9+$5°	17,	0+9 5°
1/2	13	26,	4+3 5°	20,	7+^5°	17,	*80,5°**
9/16	12	27,	5+45°	21,	5+#5°	18,	5+/, 5°
5/8	11	28,		20,	4+^5°	19,	4^5°
11/16	12			22,	*5$ 5°**	18,	*50,5°**
3/4	10		*1#5°**	*60, 5°**	20,	*4« 5°**
30,

709829/0258

?649766 - X -

Es muß darauf hingewiesen werden, daß sich die obengenannten Winkel mit dem Härtegrad des Materials, aus dem das Werkstück hergestellt wird, ändern und daß der Winkel A bei einer Steigerung der Härte des Werkstückes erhöht werden sollte, um beste Sperreigenschaften zu erreichen.

Fig. 5 zeigt ein typisches Werkstück 50, das mit einer Bohrung 52 ausgebildet ist, die eine Gewindeausbildung 54 aufweist, die vom Gewindebohrer 10 vorgesehen wurde. Insbesondere weist die Gewindeausbildung 54 einen schraubenförmigen Gang 56 mit einem Fußbereich 58 auf, der mit einer Rampe 60 ausgebildet ist, die komplementär zur Rampe 38 des Gewindebohrers 10 ist, und von dieser gebildet wurde. Die mit Gewinde versehene Bohrung 52 ist geeignet, ein passendes Gewindebolzenteil 62 mit einem Standardaußengewinde 54 aufzunehmen, das einen schraubenförmigen Scheitel- oder Kammbereich 66 aufweist. Wenn das mit einem Gewinde versehene Teil 62 in die Bohrung 52 in der Lage eingeschraubt wird, die in Fig. 5 gezeigt ist, dann wird das Teil 62 frei laufen, d.h. frei drehbar sein, bis zu einem Zeitpunkt, in dem das Werkstück und das mit Gewinde versehene Teil 62 einer vorbestimmten Belastungsgröße ausgesetzt sind. Wenn sich dies ereignet, dann wird der Kammbereich 66 des Gewindes 64 in Berührung mit der Rampe 60 stehen, wobei er einen wesentlichen Grad der Haftung zwischen den entsprechenden Gängen vorsieht, die das mit Gewinde versehene Teil 62 innerhalb der Bohrung sperrt. Wird ein höheres Drehmoment beispielsweise auf das Teil 62 aufgebracht, dann wird ein sogar noch größerer Grad der Haftung zwischen dem Kammbereich 66 und der Rampe 60 auftreten, bis die Stirnflächen oder Flanken des schraubenförmigen Gangs 56 mit dem Gang 64 in Eingriff treten, worauf jede relative Seitenbewegung zwischen dem Werkstück 50 und dem Gewindeteil 62 wirksam verhindert ist, um es somit gegen sein Lösen zu sichern.

709829/0258

Während die Gewindeform 18 am Gewindebohrer 10 hier als Standard- bzw. Normgewinde dargestellt wurde, d.h. als American Standard- oder Unified Standard-Gewinde, wird darauf hingewiesen, daß die Prinzipien der vorliegenden Erfindung in geeigneter Weise auf vielfältige andere Gewindearten angewandt werden können, wie beispielsweise auf Sägegewinde. Es sollte ebenso darauf hingewiesen werden, daß die Grundsätze der vorliegenden Erfindung, die im Gewindebohrer 10 verwirklicht sind, in gleicher Weise auch auf Gewindeschneideisen bzw. -formen zum vorsehen von Sperrgewindeausbildungen auf Teile mit Außengewinde, wie beispielsweise auf das Teil 62 anwendbar sind.

709829/0258

Claims

Ansprüche

Gewindebohrer, gekennzeichnet durch einen Schaftabschnitt (12),
einen Hauptabschnitt (16), der sich in Längsrichtung erstreckend an den Schaftabschnitt anschließt, und einen schraubenförmigen Gewindegang (18), der am Hauptabschnitt ausgebildet ist und radial zusammenlaufende Flankenabschnitte (30, 32) aufweist, die eine geneigte Rampenfläche (38) unter einem vorgewählten Winkel (A) zur Achse des Bohrers (10) aufweisen, und dazu angepaßt sind,eine in komplementärer Weise geneigte Rampe (60) am Fuß (58) des Gewindeganges (54) auszubilden, das vom Bohrer gebildet werden soll.
2. Gewindebohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptabschnitt (16) mit sich im Umfangsabstand zueinander ausgebildeten, sich in Längsrichtung erstreckenden Entlastungsbereichen (20, 22, 24) ausgebildet ist.
3. Gewindebohrer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptabschnitt (16) an seinem dem Schaftabschnitt (12) entgegengesetzten Ende mit einem Führungsabschnitt (26) mit verringertem Durchmesser ausgebildet ist.
4. Gewindebohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgewählte Winkel (A) der Rampe (38) in Wechselbeziehung mit dem Härtegrad des Werkstücks (50) steht, in das mit dem Gewindebohrer (10) ein selbstsperrendes Gewinde einzubringen ist.
5. Gewindebohrer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (A) in proportionalem Maße zur Härte des Materials des Werkstücks (50) zunimmt.

709829/0258
6. Gewindebohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgewählte Winkel (A) zwischen 15° und 35° beträgt.
7. Gewindebohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgewählte Winkel (A) zur Achse des Gewindebohrers (10) unter einem Winkel orientiert ist, der erforderlich ist, um etwa die Hälfte der normgerechten höchsten Herstellungstoleranzen zwischen dem inneren Umfang der Bohrung, die vom Gewindebohrer gebildet wird, und dem äußeren Umfang eines Gewindeteils (62), das innerhalb der Bohrung aufzunehmen ist, auf eine Strecke von etwa 0,508 mm aufzunehmen.
8. Gewindebolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Rampe (38) unter den folgenden Winkeln (A) für die folgenden Gewindegrößen, Anzahlen der Gänge und Normklassen ausgerichtet ist:

Normalgewinde

Gewindegröße Steigung Toleranzklasse 1 Toleranzklasse 2 Toleranzklasse

(Zoll) Gänge (erforderlicher (erforderlicher (erforderlicher pro Zoll) Winkel) Winkel) Winkel)

3/8 16 23, 5+3 5^β • 17, 6+0,5^β" 15, 9+^5° 7/16 . 14 25, 2^5° 18, 9+_$5^β 17, 0+$5^β 1/2 13 26, 3+4 5^β 19, 7+^5° 17, O₄/) CO 9/16 12 27, 4^5° 20, 5+#5° 18, C ±& C O 5/8 11
ι ? •28, 5^5° 7η 4+(J 5°
5ή5 5^β 19,
1 O 11/16 Xi ZU, 18_Γ 5"*Cj 5 3/4 10 30, 1^5« 22, 6^,5- 20, 4^5· 7ι 09829 /0258