DE2714180A1

DE2714180A1 - Gewindebolzen sowie gewinderollmatrize zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE2714180A1
Application number: DE19772714180
Authority: DE
Inventors: John Leslie Hall; Ernest Jones
Original assignee: Rubery Owen Fasteners Ltd
Current assignee: Rubery Owen Fasteners Ltd
Priority date: 1976-03-31
Filing date: 1977-03-30
Publication date: 1977-10-20
Also published as: US4237948A; NL7703406A; IT1080444B; GB1574825A; JPS52129093A; SE7703720L; AU2372577A; FR2346087A1; ZA771837B

Description

Gewindebolzen sowie Gewinderollmatrize zur Herstellung desselben

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gewindebolzen der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattung. Sie hat auch eine Gewinderollmatrize der im Oberbegriff des Anspruchs 12 angegebenen Art zur Gewindebolzenherstellung zum Gegenstand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Gewindebolzen zu schaffen, welcher selbst blockiert, also eine Eigensicherung gegen Lösen bzw. Ausschrauben aufweist. Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gewindebolzens sind in den übrigen Ansprüchen 2 bis 11 gekennzeichnet. Die Herstellung des erfindungsgemäßen Gewindebolzens erfolgt vorzugsweise unter Verwendung der Gewinderollmatrize, welche im Anspruch 12 gekennzeichnet ist. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Gewinderollmatrize sind in den restlichen Ansprüchen gekennzeichnet .

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Die beim erfindungsgemäßen Gewindebolzen vorgesehene zweite Reihe von Gewindeumläufen vermittelt eine Preßpassung mit dem Innengewinde derjenigen Mutter oder derjenigen Gewindebohrung eines anderen Bauteiles, womit der Gewindebolzen verschraubt wird, wobei es sich um ein zu dem die erste Reihe von Gewindeumläufen bildenden Standardaußengewinde komplementäres Standardinnengewinde handelt. Die Gewindeumläufe der zweiten Reihe werden beim Eingriff in das Innengewinde nach außen zum jeweiligen Spitzenbereich hin extrudiert. Zusätzlich zu der ersten und der zweiten Reihe von Gewindeumläufen kann eine Zwischenreihe von Gewindeumläufen eines Übergangsgewindes vorgesehen sein, welche die erste und die zweite Reihe miteinander verbindet.

Unter der Bezeichnung "Reihe von Gewindeumläufen¹¹ sind im vorliegenden Zusammenhang nicht nur mehrere Gewindeumläufe zu verstehen, sondern auch ein einziger Gewindeumlauf. So kann bei der ersten Reihe ein einziger Gewindeumlauf genügen, insbesondere wenn die gesamte Gewinde länge des Gewindebolzens kurz ist. Bei der zweiten Reihe kann ein einziger Gewindeumlauf beispielsweise bei einigen Gewindebolzen geringeren Durchmessers ausreichen, weil bei diesen die Gewindespiele geringer sind, die Gewindefestigkeiten verhältnismäßig niedrig liegen und für das Blockieren bzw. die Selbstsicherung geringere vorherrschende Drehmomente nur erforderlich sind. Im allgemeinen werden wenigstens zwei volle Gewindeumläufe für die zweite Reihe vorgesehen. Der übergang zwischen der ersten und der zweiten Reihe von Gewindeumläufen kann mit einem einzigen Gewindeumlauf erfolgen.

Im allgemeinen weist der erfindungsgemäße Gewindebolzen auf beiden Seiten der zweiten Reihe von Gewindeum-

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laufen jeweils eine erste Beihe von Gewindeumläufen auf. Je nach der Gewindelänge des Gewindebolzens können zweite Reihen von Gewindeumläufen vorgesehen sein, welche durch eine erste Beihe von Gewindeumläufen voneinander getrennt sind.

Vorzugsweise ist der Kerndurchmesser der zweiten Beihe von Gewindeumläufen gleich oder größer als derjenige der ersten Beihe von Gewindeumläufen. Auch ist es wünschenswert, wenn die unvollständigen Spitzen der Gewindeumläufe der zweiten Beihe am oder außerhalb vom ersten mittleren Gewindedurchmesser ausgebildet werden, also vom mittleren Gewindedurchmesser der ersten Beihe von Gewindeumläufen. Wenn die unvollständigen Spitzen innerhalb des ersten mittleren Gewindedurchmessers ausgebildet sind, dann ist die Breite der Gewindeumläufe der zweiten Beihe am ersten mittleren Gewindedurchmesser durch den Abstand der extrapolierten Planken des jeweiligen Gewindeumlaufs der zweiten Beihe am ersten mittleren Gewindedurchmesser gegeben.

Die Plankenwinkel der Gewindeumläufe der ersten Beihe und der Gewindeumläufe der zweiten Beihe können gleich sein. Stattdessen kann jedoch auch der Plankenwinkel der Gewindeumläufe der zweiten Beihe kleiner als derjenige der Gewindeumläufe der ersten Beihe sein.

Die Gewinderollmatrize gemäß Anspruch 12 bildet auf einem zylindrischen Bolzenrohling mit den benachbarten Wülsten die zweite Beihe von Gewindeumläufen und mit den anderen Wülsten die erste Beihe von Gewindeumläufen aus, welche erwähntermaßen unterschiedliche mittlere Gewindedurchmesser aufweisen, nämlich die zweite Beihe von Gewindeumläufen ei-

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nen größeren und die erste Reihe von Gewindeumläufen einen kleineren, wobei die Gewindesteigung gleich ist.

Die benachbarten Wülste können ebenso hoch wie die anderen Wülste sein, oder aber eine geringfügig kleinere oder größere Höhe aufweisen. Im ersten Fall ergeben sich Gewindebolzen, bei denen die Kerndurchmesser der Gewindeumläufe der ersten Reihe und der Gewindeumläufe der zweiten Reihe gleich sind, während in den anderen Fällen Gewindebolzen hergestellt werden, bei denen der Kerndurchmesser der Gewindeumläufe der zweiten Reihe geringfügig größer bzw. kleiner als derjenige der Gewindeumläufe der ersten Reihe ist. Die Höhe der benachbarten Wülste Vf»^ so gewählt werden, daß bei dem gerollten Gewinde der Kerndurchmesser der Gewindeumläufe der zweiten Reihe derart vergrößert ist, daß er das Spiel von den Spitzen eines im Eingriff befindlichen Innengewindes aufnimmt oder sogar eine geringfügige Interferenz zwischen beiden eintritt. Bevorzugt ist es, wenn die Höhe der benachbarten Wülste gleich oder kleiner als die Höhe der anderen Wülste ist.

Im vorliegenden Zusammenhang ist unter dem Begriff "Gewindebolzen" jegliches mit einem Außengewinde versehene Bauteil zu verstehen. Mit der Bezeichnung "mittlerer Gewindedurchmesser" ist derjenige effektive Durchmesser des jeweiligen Gewindes gemeint, welcher in der Mitte zwischen einander diametral gegenüberliegenden Spitzen und Wurzeln gemessen wird. Unter dem "theoretischen mittleren Gewindedurchmesser" ist der vorstehend definierte, mittlere Gewindedurchmesser der Gewindeumläufe der zweiten Reihe zu verstehen, und zwar bezogen auf die imaginären Spitzen dieser Gewindeumläufe, welche deren Flanken bei einer gedachten Verlängerung bilden. Schließlich ist unter dem Begriff "unvoll-

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ständige Spitze" diejenige Spitzenform zu verstehen, welche sich aus der Tatsache ergibt, daß das zweite Gewinde bzw. die zweite Beihe von Gewindeumläufen ein breiteres Profil und weiter auseinanderliegende Flanken aufweist, so daß beim jeweiligen Bohling nicht genügend Material zur Verfügung steht, um eine normale oder vollständige Spitze zu bilden, wo die beiden Flanken des jeweiligen Gewindeumlaufs aufeinander treffen.

Nachstehend sind Ausführungsformen der Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:

Fig. Λ einen zu den Wülsten senkrechten Querschnitt durch zwei Abschnitte einer erfindungsgemäßen Gewinderollmatrize;

2 einen Teil der Schnittansicht gemäß Fig. 1 in größerem Haßstab;

Fig. 3 den vergrößexrkenQuer schnitt durch, das Gewinde eines erfindungsgemäßen Gewindebolzens nach dem Gewinderollen, welches sich aus einer ersten Beihe von Gewindeumläufen, einer Zwischen reihe von Gewindeumläufen in einem Übergangsbereich und einer zweiten Beihe von Gewindeumläufen zusammensetzt;

Pig. M- die Schnittansicht gemäß Fig. 3, jedoch mit geänderter Gestalt der Gewindeumläufe auf Grund dee Aufschraubens einer Mutter auf den Gewindebolzen;

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fig. 5 einen Querschnitt des Gewindes eines erfindungsgemäßen Gewindebolzens in größerem Maßstab, wobei Gewindeumläufe der ersten und der zweiten Reihe einander zur Erläuterung überlagert dargestellt sind;

Fig. 6 den Zusammenhang zwischen der Vergrößerung des gegenseitigen Abstandes der Flanken, der Vergrößerung des mittleren Gewindedurchmessers und dem Neigungswinkel der Flanken eines Gewindes bzw. Gewindeumlaufs;

Fig. 7 und 8 jeweils eine Fig. 5 entsprechende Schnittansicht mit anderer Ausgestaltung des Profils der Gewindeumläufe der zweiten Reihe;

Fig. 9 und 10 jeweils eine Schnittansicht gemäß Fig. 2 einer Gewinderollmatrize zur Herstellung eines Gewindebolzens mit dem Gewinde gemäß Fig. 7 bzw. 8; und

Fig. 11 ein Standardechraubengewizide mit den kennzeichnenden Parametern.

Fig. 5 zeigt ein Standardgewinde eines Gewindebolzens oder eines sonstigen, mit einem Außengewinde versehenen Bauteils, welches in mehreren Gewindeumläufen 1 verläuft, und welchem ein mittlerer Gewindedurchmesser El zugeordnet ist. Dieser stellt den Abstand zwischen der strichpunktierten linie 2 und einer entsprechenden, nicht dargestellten Linie dar, welche der Linie 2 auf der anderen Seite des Gewindebolzens diametral gegenüberliegt. Die Linie 2 erstreckt sich in der Mitte zwischen den Wurzeln 3 und den Spitzen 4 der Gewindeumläufe 1.

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Weiterhin ist in Fig. 5 ein zweites Gewinde dargestellt, welches ebenfalls in mehreren Gewindeumläufen 6 verläuft. Diese sind schraffiert und einigen Gewindeumläufen überlagert dargestellt. Das zweite Gewinde bzw. die zweite Reihe von Gewindeumläufen 6 weist ein breiteres Profil auf. Die beiden Flanken jedes Gewindeumlaufs 6 sind jeweils um die Strecke y parallel zur Gewindelängsachse gegenüber der entsprechenden Planke des überlagerten Gewindeumlaufs 1 nach außen, also voneinander weg versetzt. Bei einer imaginären Verlängerung der Flanken jedes Gewindeumlaufs 6, so daß sich eine normale oder vollständige Spitze 8 ergibt, welche denselben Flankenwinkel einschließt, wie das Standardgewinde bzw.die Spitzen 4 der ersten Reihe von Gewindeumläufen 1, erhält man den mittleren Gewindedurchmesser E2 für das zweite Gewinde bzw. die zweite Reihe von Gewindeumläufen 6 wiederum als Abstand zwischen einer strichpunktxert wiedergegebenen Linie 9 und einer entsprechenden, nicht dargestellten Linie, welche der Linie 9 auf der anderen Seite des Gewindebolzens diametral gegenüberliegt, wobei die Linie 9 sich in der Mitte zwischen den Spitzen 8 und den Wurzeln 3 erstreckt«

Der mittlere Gewindedurchmesser E2 hat jedoch nur theoretische Bedeutung, weil das zweite Gewinde bzw. die zweite Reihe von Gewindeumläufen 6 sich nicht bis zu Spitzen 8 erstreckt, da der Bolzenrohling dafür kein ausreichendes Material liefern kann. Das Material, welches zur Ausbildung normaler Spitzen zur Verfugung stehen würde, ist durch das verbreiterte Profil des zweiten Gewindes mit nach außen versetzten Flanken der zweiten Reihe von Gewindeumläufen 6 verbraucht.

Der mittlere Gewindedurchmesser E2 des zweiten Gewindes bzw. der zweiten Reihe von Gewindeumläufen 6 ist um

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die Strecke 2x größer als der mittlere Gewindedurchmesser E1 des Standardgewindes bzw. der ersten Beine von Gewindeumläufen 1. Die Breite der Gewindeumläufe 6 des zweiten Gewindes ist auf der Linie 2, also am ersten mittleren Gewindedurchmesser E1, um die Strecke 2y größer als die Breite der Gewindeumläufe 1 des Standardgewindes. Das Standardgewinde bzw. die erste Reihe von Gewindeumläufen 1 weist einen Außendurchmesser C1 und das zweite Gewinde bzw. die zweite Reihe von Gewindeumläufen 6 einen tatsächlichen Außendurchmesser C2 auf. Ferner kann dem zweiten Gewinde bzw. der zweiten Reihe von Gewindeumläufen 6 ein auf die imaginären Spitzen 8 extrapolierter Außendurchmesser C3 zugeordnet werden. Im dargestellten Fall sind die Kerndurchmesser des Standardgewindes und des zweiten Gewindes bzw. der ersten und der zweiten Reihe von Gewindeumläufen 1 bzw. 6 gleich, ebenso wie die Gewindesteigungen P, jedoch müssen die Kerndurchmesser nicht unbedingt identisch sein. Weiterhin sind im dargestellten Fall die Lücken an den Wurzeln 3 zwischen den Gewindeumläufen 6 des zweiten Gewindes enger als die Lücken an den Wurzeln 3 zwischen den Gewindeumläufen 1 des Standardgewindes.

In Fig. 6 ist das gegenseitige Verhältnis zwischen vergrößertem, mittlerem Gewindedurchmesser, vergrößerter Gewindeprofilbreite und dem Neigungswinkel der Flanken eines Gewindes veranschaulicht, welcher im dargestellten Fall mit den üblichen 60° angenommen ist. Daraus ergibt sich, daß χ - y . tg 60°.

In Fig. 1 und 2 ist jeweils der Querschnitt durch eine Matrize dargestellt, womit die erste und die zweite Reihe von Gewindeumläufen 1 bzw. 6 gerollt werden können. Es sind zueinander parallele, im Abstand voneinander ver-

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laufende Wülste 12 zur Ausbildung der Gewindeumläufe 1 vorgesehen, welche Spitzen 13 und Wurzellücken 14 zur Ausbildung der Lücken bzw. Wurzeln 3 bzw. der Spitzen 4- der Gewindeumläufe 1 aufweisen bzw. bilden. Weiterhin sind ähnlich in gleichem Abstand voneinander verlaufende Wülste 15 mit Spitzen 16 und Wurzellücken 17 zur Ausbildung der Gewindeumläufe 6 vorgesehen. Die Flanken der Wülste 15 sind zurückgeschnitten bzw. einander angenähert, so daß die Wülste 15 ein dünneres Profil bzw. einen dünneren Querschnitt als die Wülste 12 aufweisen. Demgemäß sind die Wurzellücken 17 breiter als die Wurzellücken 14.

Die unterschiebIiehe Ausgestaltung der Wülste 12 einerseits und der Wülste 15 andererseits geht besonders deutlich aus Fig. 2 hervor, in welcher beide in größerem Maßstab zum Vergleich wiedergegeben sind. Es ist ersichtlich, daß der Wulst 15 bezüglich einer senkrechten Ebene symmetrisch ist, welche durch die Spitze 16 des Wulstes 15 läuft. Beide Flanken des Wulstes 15 sind also um dieselbe Strecke gegenüber denjenigen des Wulstes 12 aufeinander zu versetzt. Die Verminderung der Breite des Wulstes 15 könnte jedoch auch durch Zurückschneiden bzw. Versetzen nur einer Flanke oder aber durch Zurückschneiden bzw. Versetzen beider Flanken in unterschiedlichem Auemaß erzielt werden. Wenn dies jedoch zu einer übermäßigen Verminderung der Höhe der Spitze 16 führt, dann hat dies zur Folge, daß das auf einem Bolzen oder dergleichen mit der Matrize ausgebildete Gewinde mit der Wurzel und das zugehörige Bauteil mit entsprechendem Innengewinde mit den Spitzen sich überschneiden. Die β könnte unerwünschte Folgen haben und einen Verzug des Innengewindes bewirken, ein übermäßiges Anzugsmoment erfordern, und/oder ein Fressen bzw. sogar Festfressen der Gewinde verursachen. Ob ein unterschiedlicher Versatz der Flan-

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ken des Wulstes 15 wünschenswert oder praktisch ist oder nicht, hängt in jedem Einzelfall von der Größe und den Charakteristiken des Gewindes sowie ferner von den vorgegebenen Herstellungstoleranzen für das Gewinde und das zugehörige Gegengewinde ab, da diese den potentiellen Spielbereich zwischen den Gewinden bestimmen, wenn sie miteinander verschraubt sind. Ein unterschiedlicher Versatz der Flanken bewirkt eine geringfügige Änderung der Steigung des jeweils gerollten Gewindes im Übergangsbereich zwischen der ersten und der zweiten Reihe von Gewindeumläufen 1 bzw. 6.

In Fig. 3 ist der Querschnitt durch die erste Reihe von Gewindeumläufen 1 und die zweite Reihe von Gewindeumläufen 6 sowie Gewindeumläufe 18 in einem Übergangsbereich zwischen der ersten und der zweiten Reihe in vergrößertem Maßstab wiedergegeben, und zwar mit derjenigen Gestalt der Gewindeumläufe 1, 6 und 18, wie sie sich nach dem Gewinderollen ergibt.

Die Querschnittsdarstellung gemäß Fig. 4 entspricht derjenigen nach Fig. 3, wobei jedoch die Gewindeumläufe 1, 6 und 18 mit derjenigen Gestalt wiedergegeben sind, welche sich nach dem Aufschrauben und Wiederabechrauben einer Mutter ergibt, welche zunächst mit der ersten Reihe von Gewindeumläufen 1 in Eingriff kommt und dann über die Gewindeumläufe 18 und anschließend über die zweite Reihe von Gewindeumläufen 6 geschraubt wird. Wie dargestellt, ist die Gestalt der Gewindeumläufe 6 und einiger Gewindeumläufe 18 verändert.

Besonders fällt die vergrößerte Form der mittleren Vertiefung in der Spitze 11 jedes Gewindeumlaufe· 6 auf,

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was durch die nach oben gerichtete Extrusion der Flanken der Gewindeumläufe 6 über die Linie 2 in den Spitzenbereich hinein bewirkt wird, insbesondere der Flanken 19, welche von der ersten Reihe von Gewindeumläufen 1 entfernt sind, welche zuerst in die Mutter eintritt. Ein weiteres Extrudieren findet bei folgenden Mutterauf schraubungen und -abschraubungen statt. Es ergibt sich ein Blockieren bzw. Sperreffekt zwischen dem Gewindebolzen und der Mutter auf Grund Gewindeflankeninterferenz und auch auf Grund eines bestimmten Ausmaßes an elastischer Verformung der zweiten Reihe von Gewindeumläufen 6 im Bereich der Spitzen 11, insbesondere an den Flanken 19, welche von der ersten Reihe von Gewindeumläufen 1 entfernt liegen, wie aus Fig. 4- hervorgeht.

Es wurden Gewindebolzen der in Fig. 3 und 4 wiedergegebenen Ausgestaltung hergestellt, und zwar mit metrischem Gewinde M8 aus Bolzenrohlingen, welche auf den mittleren Gewindedurchmesser entsprechend der Mindesttoleranz des zugehörigen Innengewindes gebracht waren, dessen Toleranzbereich +_ 0,0127 mm war. Die Matrizen waren so ausgestaltet, daß die zweite Reihe von Gewindeumläufen 6 derart gerollt wurde, daß der mittlere Gewindedurchmesser E2 gemäß Fig. 5 gegenüber dem mittleren Gewindedurchmesser E1 um 22 % der Steigung F vergrößert war. Um dies zu erreichen, war jede Flanke der benachbarten Wülste 15 zur Ausbildung der zweiten Reihe von Gewindeumläufen 6 um 0,0762/ 0,0889 mm versetzt, und zwar bezogen auf die Wülste 12 zur Ausbildung des Standardgewindes bzw. der ersten Reihe von Gewindeumläufen 1. Sie Wülste 15 waren daher um 0,1524/0,1778 mm dünner als die Wülste 12 zur Ausbildung der ersten Reihe von Gewindeumläufen 1. Der mittlere Steigungswinkel der gerollten, zweiten Reihe von Gewindeumläufen 6 lag bei 3

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5,25', derjenige des Standardgewindes bzw. der ersten Reihe von Gewindeumläufen 1 bei 3° 12,5·.

Die Matrizen waren so ausgestaltet, daß am freien Ende der Hohlinge drei volle Gewindeumläufe 1 des Standardgewindes, anschließend ein Übergangsgewinde, rtann die zweite Reihe von vier Gewindeumläufen 6, anschließend ein Übergangsgewinde und dann wiederum das Standardgewinde ausgebildet wurden, welches sich bis zum Kopf des jeweiligen Gewindebolzens erstreckte. Nach dem Gewinderollen wurden die

Gewindebolzen gehärtet und anschließend bis auf 80 kgf/mm vereinheitlichte MindestZugfestigkeit angelassen. Verschiedene Gruppen von Gewindebolzen wurden durch Phosphatieren mit ölzusatz bzw. durch Zinkplattieren bzw. durch Kadmiumplattieren endbehandelt.

Es hat sich herausgestellt, daß ein Schmieren der Gewinde für das Verschrauben wünschenswert ist,um ein ordnungsgemäßes Extrudieren der Gewindeumläufe 6 der zweiten Reihe zu erleichtern.

Während in Tig. 3 und 4- jeweils fünf Gewindeumläufe 18 im Übergangsbereich zwischen der ersten Reihe von Gewindeumläufen 1 und der zweiten Reihe von Gewindeumläufen 6 dargestellt sind, kann der übergang tatsächlich auch mit nur einem Gewindeumlauf 18 erfolgen. Die Gewindeumläufe 6 der zweiten Reihe können alle denselben theoretischen mittleren Gewindedurchmesser E2 aufweisen, jedoch können stattdessen aufeinanderfolgende Gewindeumläufe 6 der zweiten Reihe auch progressiv wachsende theoretische mittlere Gewindedurchmesser haben. Dies bedeutet, daß aufeinanderfolgende Gewindeumläufe 6 oder einige davon aufeinanderfolgend sich vergrößernde Profilbreiten am ersten mittleren Gewindedurch-

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messer E1 aufweisen können. Bei den oben beispielsweise geschilderten Gewindebolzen mit metrischem Gewinde H8 können die Profilbreiten aufeinanderfolgender Gewindeumläufe 6 der zweiten Seihe beispielsweise um 0,1524/0,1778 mm beim ersten Gewindeumlauf 6, um 0,2032/0,2286 mm beim zweiten und dritten Gewindeumlauf 6 und um 0,2540/0,2794 nun beim vierten und fünften Gewindeumlauf 6 vergrößert werden. Diese Verbreiterungen entsprechen einer auf die Gewindesteigung bezogenen Vergrößerung des durchschnittlichen mittleren Gewindedurchmessers von 22 % bzw. 28,8 % bzw. 35,5 %. Eine solche Ausgestaltung würde ein mit dem Ausmaß des Gewindeeingriffes wachsendes Anzugsmoment und vorherrschendes Drehmoment zur Folge haben.

Um die Wirkung einer solchen Veränderung festzustellen, wurde ein neuer Matrizensatz hergestellt, womit weitere Gewindebolzen mit metrischem Gewinde M8 erzeugt wurden. Die Matrizen waren für eine Vergrößerung (£2 - Ei) des mittleren Gewindedurchmessers von 33 #, bezogen auf die Gewindesteigung, bei der Ausbildung der zweiten Beihe von Gewindeumläuf en 6 ausgestaltet. Jede Flanke der benachbarten Wülste 15 zur Ausbildung dieser Gewindeumläufe 6 war um nominell 0,1237 ™& zurückgesetzt, während der frühere nominale Versatz 0,0825 mm betrug, nämlich den Durchschnitt von 0,0762/0,0889 mm. Demzufolge waren diese Wülste 15 um nominell 0,2474 mm dünner am ersten, mittleren Gewindedurchmesser Ei als die Wülste 12 zur Ausbildung der ersten Reihe von Gewindeumläufen 1. Der durchschnittliche Steigungswinkel verminderte sich auf 3° 2* und die Spitzen 16 der Wülste 15 zur Auebildung der zweiten Reihe von Gewindeumläufen 6 lagen geringfügig unterhalb der Spitzen 13 der Wülste 12 zur Auebildung der ersten Reihe von Gewindeumläufen 1, da das weitere Rücksetzen der Flanken ein Absenken der Spitzen

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zur Folge hat, wie Fig. 2 veranschaulicht.

Als Folge dieser Veränderung wuchs die Profilbreite der Gewindeumläufe 6 der zweiten Reihe am ersten mittleren Gewinde durchmesser £1, somit auch die Flankeninterferenz mit einem zugehörigen Innengewinde, was einen vergrößerten Sperreffekt ergibt. Zusätzlich war der Kerndurchmesser der gerollten Gewindeumläufe 6 der zweiten Reihe geringfügig größer als der Kerndurchmesser der gerollten Gewindeumläufe 1 der ersten Reihe, was eine Interferenz mit den Spitzen eines zugehörigen Innengewindes zur Folge hat. Es zeigt sich, daß ein Ausgleich zwischen der Erzielung eines erwünschten, hohen Sperreffektes an den Gewindeflanken und den nachteiligen Auswirkungen irgend einer möglichen Wurzel/Spitzen-Interferenz gefunden werden muß. Dies gibt eine obere Grenze für die sinnvolle Vergrößerung des mittleren Gewindedurchmessers, ausgedrückt als Prozentsatz der Gewindesteigung, vor, welche jedoch in jedem Einzelfall von dem vorgegebenen Spiel zwischen Außen- und Innengewinde abhängt.

Wenn der Kerndurchmesser der zweiten Reihe von Gewindeumläufen 6 kleiner als derjenige der ersten Reihe von Gewindeumläufen 1 ist, dann ergibt sich ein vergrößertes Spiel zwischen den Wurzeln der Gewindeumläufe 6 der zweiten Reihe und den Spitzen eines zugehörigen Innengewindes. Demzufolge besteht die Wahrscheinlichkeit, daß Material von den Flanken der Gewindeumläufe 6 der zweiten Reihe in diesen Spielraum hineinextrudiert, wo es bei wiederholtem Ein- und Ausschrauben des Gewindebolzens progressiv seine Wirkung der Vermittlung eines vorherrschenden Drehmomentes vermindert .

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Gemäß Fig. 5 verlaufen die Flanken der Gewindeumläufe 6 der zweiten Reihe parallel zu den Flanken der Gewindeumläufe 1 der ersten Reihe, welche sie ersetzen, so daß sich eine konstante Gewindesteigung P über die erste Reihe, die Zwischenreihe und die zweite Reihe von Gewindeumläufen 1 bzw. 18 bzw. 6 ergibt. Es ist jedoch eine ganze Anzahl von Veränderungen der Gestalt des zweiten Gewindes bzw. der Gewindeumläufe 6 der zweiten Reihe möglich. Es wurde bereits auf einen Differentialversatz, also unterschiedlichen Versatz der Flanken hingewiesen. Weitere Änderungsmöglichkeiten gehen aus Fig. 7 und 8 hervor.

Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 7 divergieren die Flanken der Gewindeumläufe 6 von den Flanken der Gewindeumläufe 1 weg, welche sie ersetzen, und die Lücken an den Wurzeln 3 sind weniger verengt oder sogar nicht verengt. Der Flankenwinkel des zweiten Gewindes bzw. der Gewindeumläufe 6 der zweiten Reihe ist kleiner als derjenige des Standardgewindes bzw. der Gewindeumläufe 1 der ersten Reihe.

Bei der Ausgestaltung nach Fig. 8 divergieren die Flanken der Gewindeumläufe 6 der zweiten Reihe ähnlich, jedoch sind sie auf das Profil des Standardgewindes bzw. der Gewindeumläufe 1 der ersten Reihe an der Wurzel zurückgesetzt. Ein ähnlicher Versatz kann auch bei der Ausgestaltung der Gewindeumläufe 6 gemäß Fig. 5 vorgesehen werden. Eine Matrize zum Rollen der Gewindeumläufe 6 in der Ausgestaltung nach Fig. 7 bzw.8 ist im Querschnitt in Fig. 9 bzw. 10 vergrößert dargestellt.

Die in Fig. 5 wiedergegebene Gestalt der Gewindeumläufe 6 vermittelt eine Preßpassung mit einem zugehöri-

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gen Innengewinde über eine Gewindehöhe, welche sich von einem Bereich innerhalb von dessen mittlerem Gewindedurchmesser bis einschließlich zu den Spitzen des Innengewindes erstreckt. Bei den Ausgestaltungen gemäß Fig. 7 und 8 Irann eine Flankeninterferenz an den oder neben den Spitzen der Gewindeumläufe des Innengewindes fehlen, so daß die Spitzen keiner Interferenz unterworfen sein können, wenn sie mit diesen Ausgestaltungen zusammenwirken. Wenn die Gewindeumläufe 6 der zweiten Reihe eine Form aufweisen, welche zu keiner Preßpassung mit einem zugehörigen Innengewinde an den Spitzen desselben führt, dann Trarm ein gewisses Extrudieren der Gewindeumläufe 6 zu den Wurzeln 3 ^^η bei Benutzung erfolgen, und zwar in den dort vorhandenen Spielraum hinein.

Bas gegenseitige Verhältnis der Steigungswinkel der ersten Reihe von Gewindeumläufen 1 und der zweiten Reihe von Gewindeumläufen 6 ergibt sich gemäß Fig. 5 aus den beiden Gleichungen P - E1 . tg a und P = E2 . tg b als tg b = (E1 + E1/2x) tg a, woraus resultiert 2x - E1 (tg a/tg b - 1). Wie oben erwähnt, bedeuten dabei 2x die Vergrößerung des mittleren Gewindedurchmessers, P die Gewindesteigung und E1 sowie E2 den ersten bzw. zweiten mittleren Gewindedurchmesser, ferner a und b den mittleren Steigungswinkel des Standardgewindes bzw. des zweiten Gewindes.

In Fig. 11 sind die wichtigen Parameter eines Standardschraubengewindes eingezeichnet. Weiterhin sind die Flanken eines zweiten Gewindes gestrichelt angedeutet, wobei die Wurzeln der Gewindeumläufe des zweiten Gewindes mit denen der Gewindeumläufe des Standardschraubengewindes koinzidieren. Für jedes einzelne Gewinde gibt es einen Wert für die Größe (E2 - El) /P, bei welchem dies der Fall ist.

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Wenn die Größe (E2 - E1) /P über diesen Wert hinaus vergrößert wird, dann wird erstens das Spiel zwischen den Wurzeln des Außengewindes und den Spitzen eines zugehörigen Innengewindes beeinträchtigt, und eine weitere Steigerung führt zu Wurzel/Spitzen-Interferenz sowie möglichem Festfressen. Dieser Wert für die Größe (E2 - E1) /F läßt sich mit der Formel 0,5 tg c - 2 Z/P berechnen, welche sich aus Fig. 11 auf die folgende Weise ergibt, wobei die verwendeten Symbole die in Fig. 11 angegebene Bedeutung haben:

a) Z - C - D

» (P/4 - y) tg c , so daß

y - P/4 - Z/tg c.

b) χ - y . tg c, und mit obiger Gleichung

- P . tg cA - Z.

c) (E2 - El) / P ■ 2x/P , und mit obiger Gleichung

- tg c/2 - 2 Z/P.

Bei vereinheitlichten und metrischen Gewinden ist der Winkel c - 60°, bei WHITWOBXH- und BSF-Gewinden mit Plankenwinkel von 55° ist der Winkel c - 62,5°, so daß sich für 0,5 tg c ■ 0,866 bzw. 0,96 ergibt. In der folgenden Tabelle I sind einige Standardgewinde, nämlich UNC-Gewinde, UNF-Gewinde, metrische Gewinde, BSF-Gewinde und WHITWOBTH-Gewinde, zusammen mit dem jeweiligen Wert der Größe (£2 - Ei) / P in % beispielsweise angegeben, bei welchem der Kerndurchmesser eines zweiten Gewindes bzw. einer zweiten Beihe von Gewindeumläufen 6, dessen bzw. deren Flanken zu den Flanken des jeweiligen Standardgewindes parallel sind, welches durch das zweite Gewinde bzw. die zweite Beihe von Gewindeumläufen 6

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ersetzt ist, mit dem Kerndurchmesser des Standardgewindes übereinstimmt. Aus Tabelle I geht hervor, daß diese Werte für die verschiedenen, beispielsweise angegebenen Standardgewinde innerhalb eines Bereiches von 28,6 % bis 32 % dicht beieinanderliegen. Je nach der Gewindeart ist also zu erwarten, daß Wurzel/Spitzen-Interferenz beginnt, wenn die Größe (E2 - E1) / P 33 % im Falle der BSP- und der WHITWORTH-Gewinde und bei den anderen Gewinden einen geringfügig niedrigeren Prozentsatz übersteigt. Eine solche Interferenz kann jedoch durch ein Gewindewurzelzurücksetzen gemäß Fig. 7 bzw. 8 vermieden werden.

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Tabelle I

Gewindeart wxd -größe	-20	UNC	BSF	Gewinde steigung	Z = C-D	2 Z / P	(E2-E1) / P
	"-14	UNC	BSF	POf)	(*)		(%)
1/4"	-11	UNC	BSF	0,0500	0,0144	0,576	29
7/16	-10	UNC	BSF	0,0714	0,0206	O,5£7	28,6
5/8"	- 9	UNC	WHIT.	0,0909	0,0263	0,58	28,6
3/4"	- 8	UNC	WHIT.	0,100	0,0289	0,578	28,8
7/8"	"- 6	UNC	WHIT.	0,1111	0,0321	0,58	28,6
1"	-28	UNi¹	WHIT.	0,1250	0,0361	0,577	28,9
1 1£	-12	UNP	0,1667	0,048	0,576	29
1/4"		(Metrisch)	0,0327	0,0102	0,572	29,4
1"	(Metrisch)	0,0833	0,0241	0,58	28,6
	(Metrisch)	0,8	0,230	0,576	29
M12	(Metrisch)	1,75	0,505	0,577	28,9
M24	-26	3,0	0,866	0,577	28,9
M36	-16	4,0	1,155	0,577	28,9
1/4"	-12	0,0385	0,0123	0,64	32
1/2"	-10	0,0625	0,0200	0,64	32
3/4"	-20	0,0833	0,0267	0,64	32
1"	-12	0,1000	0,0320	0,64	32
1/4"	-10	0,0500	0,0160	0,64	32
1/2"	- 8	0,0833	0,0267	0,64	32
3A"	0,1000	0,0320	0,64	32
1"	0,1250	0,0401	0,64	32

2el/

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(UNC = Unified National Coarse; UNF = Unified National Pine; BSP = British Standard Pine).

In der nachstehenden Tabelle II sind einige Standardgewinde beispielsweise angegeben, und zwar zusammen mit der jeweiligen Gewindesteigung P (Spalte 1 bzw. 2), den inneren, mittleren Gewindedurchmessern bei Mindesttoleranz und Höchsttoleranz für das zugehörige Innengewinde, welches eine Passung der Klasse 2B gewährleistet (Spalte 3 oben bzw. unten), welche Passung für allgemeine industrielle Anwendungen akzeptiert wird, den entsprechenden mittleren Gewindedurchmessern für die Presspassung der US-Klasse 5 für Innen- bzw. Außengewinde (Spalte 4 bzw. 5) und den Werten für die Größe (E2 - El) / P sowie den entsprechenden mittleren Gewindedurchmesser des zweiten Gewindes bzw. der zweiten Reihe von Gewindeumläufen 6 bei Standardaußengewindetoleranzen (Spalte 6 bzw. 7; Spalte 8 bzw. 9).

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1	2	3	4	5	Außen	6	7	8	9
Gewindeart und -größe	Gewinde steigung P	Mittl. Gewinde durch messer, Innen, Passung der Klas se 2 B	Mittlerer Gewinde durchmesser, Preßpassung der US-Klas se 5	0,2204	E2-E1	Mittl. Gewinde durch messer des 2. Blockier gewindes	E2-E1	Mittl. Gewinde- ' durch messer des 2. Blockier- gewindes
1/4" -20 UNC	0,0500	0,2175	Innen	0,22$r	P *()**	0,2207	P *(%)*	0,2232
7/16" -14 UNC	0,0714	0,2223	0,2175	0,3955	16	0,2244	21	0,2269
5/8" -11 UNC	0,0909	0,3911	0,2201	0,3991	15	0,3957	20	0,3992
3A" -10 UNC	0,100	0,3972	0,3911	0,5716	15	0,4004	19	0,4039
7/8" - 9 UNC	0,1111	0,5660	0,3947	0,5758	14	0,5725	19	0,5761
1^W - 8 UNC	0,1250	O,5$2	0,5660	0,6910	14	0,5780	18	0,5816
1 1/2^W- 6 UNC	0,1667	0,6850	0,5702	0,6955	13	0,6913	18	0,6963
0,6927	0,6850	0,8095	13	0,6972	17	0,7022
0,8028	0,6895	0,8144	0,8101	0,8145
0,8110	0,8028	0,9262	0,8164	0,8208
0,9188	0,8077	0,9316	0,9263 0,9331	0,7327
0,9276	0,9188	1,4018	1,4029	0,9395
1,3917	0,9242	1,4089	1,4110	1,4095
1,4022	1,3917	1,4176
1,3988

(UNC - Unified National Coarse^.

/i* S/oa Itc^.

J» Zd

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Aus Spalte 3 und 4· der Tabelle II geht hervor, daß für beide Paeeungsklassen der kleinste mittlere Gewindedurchmesser bei jeder Gewindegröße derselbe ist. Der größte mittlere Gewindedurchmesser bei der Fassung der US-Klasse 5 ist kleiner als bei der Fassung der Klasse 2 B. Aus Spalte 5 und 3 ergibt sich, daß die kleinsten mittleren Gewindedurchmesser gemäß der Spalte 5 kleiner als die größten mittleren Gewindedurchmesser nach Spalte 3 hei jeder Gewindegröße sind. Demzufolge hat ein Außengewinde für eine Fassung der US-Klasse 5 keine Preßpassung mit einem Innengewinde für die Fassung der Klasse 2 B, welches den mittleren Gewindedurchmesser der Höchsttoleranz oder annähernd einen solchen mittleren Gewindedurchmesser aufweist, und es liegt kein Sperreffekt zwischen den beiden Gewinden vor.

Die Spalten 6 und 8 geben die vergrößerten mittleren Gewindedurchmesser, ausgedrückt durch die Größe (£2 - EI)/ P in %, für jede Gewindegröße an, die Spalten 7 und 9 die entsprechenden mittleren Gewindedurchmesser bei Standardkleinst- und -höchsttoleranz. Die kleinsten und größten mittleren Gewindedurchmesser in Spalte 7 sind alle größer als die entsprechenden Werte in Spalte 5» so daß die Gewinde gemäß Spalte 7 eine festere Preßpassung mit einem Innengewinde für Preßpassung nach US-Klasse 5 haben, als das Außengewinde für die Preßpassung der US-Klasse 5· Gewinde mit den kleinsten mittleren Gewindedurchmessern gemäß Spalte 7 haben Preßpassung mit den Innengewinden für die Passung der Klasse 2 B, und zwar beim kleinsten mittleren Gewindedurchmesser, jedoch nicht beim größten mittleren Gewinde durchmesser.

Die in Spalte 9 angegebenen, kleinsten mittleren Gewindedurchmesser vermitteln alle eine Preßpassung mit einem Innengewinde für die Passung der Klasse 2 B beim größten

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mittleren Gewindedurchmesser und eine größere Interferenz als ein Außengewinde für die Fassung der US-Klasse 5 bei Höchsttoleranz. Es zeigt sich auch, daß mit wachsender Gewindegröße eine kleinere Vergrößerung (Έ2 - El) / P (%) des mittleren Gewindedurchmessers vom Außengewinde erforderlich ist, um eine Preßpas sung und den erforderlichen Sperreffekt zu erzielen. Wenn ein verhältnismäßig geringer Sperreffekt nötig ist, kann für die Größe (E2 - E1) / P ein so niedriger Wert wie beispielsweise 13 % gewählt werden, und zwar je nach der Gewindegröße und der Passungsklasse des Innengewindes. Wenn ein verhältnismäßig hoher Sperreffekt gefordert wird, dann kann für die Größe (E2 - El) / P ein Wert bis zur Größenordnung von 33 % gewählt werden, je nach der jeweiligen Gewindeart. Im allgemeinen wird ein Wert im Bereich von 17 % bis 32 % wahrscheinlich am häufigsten sein. Wenn die im Eingriff befindliche Gewindelänge kurz ist, dann kann ein hoher Wert gewählt werden, um den gewünschten Blockiereffekt zu erzielen. Wenn die im Eingriff befindliche Gewindelänge verhältnismäßig lang ist, dann können mehrere Gewindeumläufe 6 der zweiten Reihe vorgesehen werden und kann ein niedriger oder verhältnismäßig niedriger Wert für die Größe (E2 - E1) / P gewählt werden.

Erfindungsgemäße Gewindebolzen oder sonstige, mit Außengewinde versehene Bauteile können ohne weiteres so hergestellt werden, daß sie in Verbindung mit Standardinnengewinden verwendet werden können, ohne daß eine spezielle Passungsklasse erforderlich wäre, und daß ein passendes Innengewinde bei Benutzung nicht bedeutsam verformt wird. Der Sperreffekt durch vorherrschendes Drehmoment bleibt auch bei wiederholten Ein- und Aussehraubungen in zufriedenstellendem Ausmaß erhalten. Die erfindungsgemäßen

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Gewindebolzen oder dergleichen können aus zylindrischen Standardrohlingen hergestellt werden, deren Toleranzen bei der Auswahl des Wertes für die Größe (E2 - E1) /P in Rechnung gestellt werden können, um die gewünschten Charakteristiken für das vorherrschende Drehmoment zu erzielen. Auch können Rohlinge mit abgestuftem Durchmesser verwendet werden, beispielsweise solche mit einem Durchmesser größer als der Standarddurchmesser, um das Erzielen eines hohen Wertes für die Größe (E2 -EI)/ P zu erleichtern.

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Claims

Ansprüche

.λ Gewindebolzen mit einer ersten und einer zweiten Reihe von Gewindeumläufen derselben Steigung, wobei die erste Reihe von einem Standardgewinde gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der theoretische, mittlere Gewindedurchmesser (E2) der zweiten Reihe von Gewindeumläufen (6) größer als der mittlere Gewindedurchmesser (El) der ersten Reihe von Gewindeumläufen (1) ist, und daß die Gewindeumläufe (6) der zweiten Reihe jeweils eine unvollständige Spitze (11) aufweisen sowie am mittleren Gewinde durchmesser (El) der ersten Reihe von Gewindeumläufen (1) im Querschnitt breiter als letztere sind.
2. Gewindebolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindeumläufe (6) der zweiten Reihe und die Gewindeumläufe (1) der ersten Reihe denselben Flankenwinkel aufweisen.
3· Gewindebolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindeumläufe (6) der zweiten Reihe einen Flankenwinkel kleiner als derjenige der Gewindeumläufe (1) der ersten Reihe aufweisen.
4. Gewindebolzen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Reihe von Gewindeumläufen (1) und der zweiten Reihe von Gewindeumläufen (6) eine Zwischenreihe von Gewindeumläufen (18) mit Übergangsprofil vorgesehen ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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5. Gewindebolzen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerndurchmesser der zweiten Reihe von Gewindeumläufen (6) zurückgesetzt ist.
6. Gewindebolzen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite mittlere Gewindedurchmesser (E2) um wenigstens 13 % der Gewindesteigung (F) größer als der erste mittlere Gewindedurchmesser (E1) ist.
7. Gewindebolzen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite mittlere Gewindedurchmesser (E2) um höchstens 3515 % der Gewindesteigung (P) größer als der erste mittlere Gewindedurchmesser (E1) ist.
8. Gewindebolzen nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite mittlere Gewindedurchmesser (E2) um 17 "bis 32 % der Gewindesteigung (F) größer als der erste mittlere Gewindedurchmesser (E1) ist.
9. Gewindebolzen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgend eine erste Reihe von Gewindeumläufen (1), ein Übergangsgewinde, eine zweite Heihe von Gewindeumläufen (6), ein weiteres Übergangsgewinde und wiederum eine erste Seihe von Gewindeumläufen (1) vorgesehen sind.
10. Gewindebolzen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerndurchmesser der zweiten Seihe von Gewindeumläufen (6)

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mindestens so groß wie der Kerndurchmesser der ersten Reihe von Gewindeumläufen (1) ist.
11. Gewindebolzen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindeumläufe (6) der zweiten Reihe unterschiedliche theoretische mittlere Gewindedurchmesser (E2) aufweisen.
12. Gewinderollmatrize zur Herstellung des Gewindebolzens nach einem der vorstehenden Ansprüche, welche mehrere in gleichem Abstand voneinander angeordnete Wülste mit jeweils etwa V-förmigem Querschnitt aufweist, die Spitzen zur Ausbildung von Gewindeumlauf würze In vermitteln und mit Lücken zur Ausbildung von Gewindeumlaufspitzen abwechseln, gekennzeichnet durch wenigstens zwei benachbarte Wülste (15)» welche wenigstens in der Mitte des Querschnitts schmaler als die anderen Wülste (12) sind.
13· Gewinderollmatrize nach Anspruch 12, dadurch g ekennzeichnet, daß die Flanken der benachbarten Wülste (15) im wesentlichen parallel zu denen der anderen Wülste (12) verlaufen.
1A-. Gewinderollmatrize nach Anspruch 12, dadurch g ekennzei c h η e t, daß die Flanken der benachbarten Wülste (15) einen Winkel kleiner als derjenige Winkel einschließen, welchen die Flanken der anderen Wülste (12) einschließen.
15. Gewinderollmatrize nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den benachbarten Wülsten (15) und den anderen

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Wülsten (12) Übergangswülste mit anderer Wurzelsteigung vorgesehen sind.
16. Gewinderollmatrize nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der benachbarten Wülste (15) unterschiedliche Breite aufweisen.
17. Gewinderollmatrize nach einem derAnsprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Wülste (15) höchstens so hoch wie die anderen Wülste (12) sind.

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