DE2909236A1

DE2909236A1 - Einstueckiger metalleinsatz

Info

Publication number: DE2909236A1
Application number: DE19792909236
Authority: DE
Inventors: Jun Theodore Ziaylek
Original assignee: Yardley Products Corp
Current assignee: Yardley Products Corp
Priority date: 1975-07-14
Filing date: 1979-03-09
Publication date: 1980-09-11
Also published as: JPS5936126B2; DE2630344A1; DE2909236C2; JPS5213057A; FR2318335B1; FR2451488A2; DE2630344C2; FR2318335A1; FR2451488B2; GB1552002A; US4143579A; GB2043817B; GB2043817A

Description

Sa ist häufig erforderlich., Metalleinsätze in Werkstücke einzixsetzen, die aus Metall, Kunststoff und anderem Material gebildet sind, um mit Gewinde versehene oder andere Elemente darauf zu montieren« Zu diesem Zweck ist bereits vorgeschlagen worden, daß der Metalleinsatz mit einem Hülsenabschnitt zu versehen ifst, sowie mit einem Mutternabschnitt, der so angeordnet ist, daß der Mutternabschnitt in den Hülsenabschnitt hineingezogen werden kann, um den Hülsenabschnitt zu expandieren und ihn nach außen in einen Eingriff mit den Seitenwänden der Öffnung oder des Hohlraums hineinzudrücken, in dem der Einsatz in Stellung gebracht ist. Typische Vertreter dieser Vorrichtungsarten sind offenbart In den US-Patenten Nr. 1 808 318, 3 216 304, 3 411 398, 3Λ93 25k und 3 566 739. Derartige Konstruktionen verlangen es jedoch, daß die Öffnung, in welche der Einsatz eingebettet werden soll, sich vollständig durch das Werkstück hindurcherstreckt oder von größerer Tiefe ai.s der Einsatz ist. Infolgedessen bleibt die Grundfläche des Mutternabschnitts des Einsatzes ungestützt und wird lediglich durch Reibungseingriff des Mutternabschnitts mit dem Hülsenabschnitt an seinem Platz gehalten. Demzufolge ist der Mutternabschnitt in der Lage, ein Endspiel zu haben und kann von dem Hülsenab3chnitt des Einsatzes getrennt werden, falls ein in den Mu^ternabschnitt eingeschraubter Bolzen oder dergleichen axialen Kräften, wie beispielsweise einem Schlag,ausgesetzt wird, der die Neigung hat, den Mutternabschnitt von dem Hülsenabschnitt zu trennen. Es ist ferner festgestellt worden, daß eine radiale Expansion des Hülsenabschnitts des Einsatzes die Neigung hat, einen Bruch der Hülse zu verursachen, um so die

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Hülse und ihre Halterung durch den Mutternabschnitt und durch das Werkstück zu schwächen.

Gemäß der Erfindung verkörpert der Einsatz einen Hülsenabschnitt und einen Mutternabschnitt, die anfänglich durch eine zerbrechliche Verbindung aneinandergefügt sind, welche ein Herunterdrücken des Hülsenabschnitts nach unten um den Mutternabschnitt herum in eine teleskopartige Bezielr«mg mit ihm gestattet, während der Mutternabschnitt mit dem Boden des Hohlraums, in welchem der Einsatz in Stellung gebracht i3t, in Eingriff bleibt. Der Hülsenabschnitt des Einsatzes ist auf seiner Außenseite mit geneigten Keilverzahnungen versehen, die geeignet sind, sich in die Seitenwände des Hohlraums einzugraben und eine Drehbewegung desselben bei seinem Herunterdrücken nach unten in das Werkstück hinein und über den Mutternabschnitt des Einsatzes hinweg verursachen.Auf diese Weise wird der Hülsenabschnitt veranlaßt, eine Dralloder Drehbewegung auszuführen und wird bei seinem Eintritt in den Werkstückhohlraum einer Metallbearbeitung oder Einschnürvirkung unterworfen, in welcher er sich schraubend seinen Weg in seine Stellung hinein bahnt, während er durch den Mutternabschnitt des Einsatzes expandiert wird. Zu gleicher Zeit wird der Mutternabschnitt gegen den Boden des Hohlraums gedrückt, um gegenüber einer Drehbewegung festgehalten zu werden, wenn die Hülse mit Bezug darauf gedreht wird.

Es hat eich gezeigt, daß eine derartige Bearbeitung des

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Metalls der Hülse die Neigung der Hülse, während ihrer Aufweitung durch den Mutternabschnitt zu brechen, merklich herabsetzt. Infolgedessen wird der Hülsenabschnitt zwangsläufig mit dem Werkstück derart verbunden, daß ein wirksamer Widerstand gegenüber einer Axialbewegung des HülsenabSchnitts mit Bezug auf das Werkstück gegeben ist. In ähnlicher Weise ist der Mutternabschnitt des Einsatzes auch mit nach außen vorstehenden Rippen versehen, welche sich in die Innenseiten des Hülsenabschnitts eingraben, während er sich teleskopartig mit Bezug darauf bewegt. Auf diese Weise wird die Arbeitsbswegiang und die Umlaufbewegung der Hülse während des Einsetzens derselben in das Werkstück unterstützt, während die Relativbewegung des Mutternabschnitts und des Hülsenabschnitts nach dem Einsetzen verhindert und eine zwangsläufige Verbindung zwischen diesen beiden Elementen hergestellt wird. Als weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist der Mutternabschnitt des Einbaus mit einer Zone verminderten Durchmessers in der Uätu* seines Endes versehen, so daß, nachdem sich der Hülsenabschnitt an der Zone größten Durchmessers des Mutternabschnitts vorbei nach unten bewegt hat, der expandierte Hülsenabschnitt sich nach innen zusammenzieht, um so den Mutternabschnitt effektiv zu umfassen und den Mutternabschnitt und den Hülsenabschnitt zusammen als eine Einheit zu verriegeln und ferner eine axiale Trennung oder Verschiebung derselben mit Bezug aufeinander zu verhindern.

Es zeigern

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Pig. 1 eine Seitenansicht eines typischen Einsatzes unter Verkörperung der vorliegenden Erfindung, wobei ein Abschnitt fortgeschnitten ist,

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch den Einsatz gemäß Fig. 1, zusammen mit einem Werkzeug zum Anbringen des Einsatzes,

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich der Fig. 2, zeigt jedoch den Einsatz teilweise eingesetzt, und

Fig. k den Einsatz nach Fig. 1 in seiner vollständig eingebetteten Lage.

Es folgt jetzt eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform der Erfindung, die zur Darstellung in der Zeichnung gewählt -wurde, ist der Einsatz aus Metall, wie beispielsweise Messing odfer dergleichen, gebildet und hat einen Mutternabschnitt 2 und einen Hülsenabschnitt k, die durch eine zerbrechliche Verbindung 6 aneinandergefügt sind. Der Mutternabschnitt des Einsatzes kann ggf. mit einem Innengewinde 8 versehen sein, wenn jedoch der Einsatz lediglich als ein Lager oder eine Halterung für eine Stange oder dergleichen wirken soll, dann kann der Mutternabschnitt eine zylindrische oder andere Innenform haben.

Die Außenseite des Muttexaiabschnitts 2 ist nach außen geneigt, um von einer Zone kleinen Durchmessers bei 10 im Bereiche der zerbrechlichen Verbindung 6 bis zu einer Zone größten Durch-

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messers 12 mit Abstand von dein unteren Ende des Mutternabschnitts schräg zu verlaufen. Das untere Ende des Mutternabschnitts bietet vorzugsweise eine Zone verminderten .Durchmessers bei 14, die in einer flachen Endfläche 16 ausläuft, die in der Lage ist, gegen den Boden 18 einer Bohrung oder eines Hohlraums 20 in einem Werkstück 22 aufzusitzen, der annähernd den gleichen Innendurchmesser hat wie der Hülsenabschnitt 4 des Einsatzes· Die Zone 12 größten Durchmessers des Mutternabschnitts ist mit Rippen 13 versehen, welche nach außen vorstehen, um in die Innenseite des Hülsenabschnitts h einzuschneiden, sowie der Hülsenabschnitt in teleskopartigen Eingriff mit dem Matternabschnitt gedrückt wird, wie in Fig. k gezeigt« Die Rippen 13 sind in einem Winkel von etwa 30° mit Bezug auf die Längsachse des Einsatzes geneigt und dienen zur Herstellung einer zwangsläufigen Verbindung mit dem Hülsenabschnitt, die . einer relativen Axialbewegung der Elemente des Einsatzes nach dem Einsetzen in das Werkstück Widerstand entgegensetzt.

Der Hülsenabschnitt 4 des Einsatzes ist vorzugsweise von allgemein zylindrischer Gestalt und hat einen Innendurchmesser, der etwas größer ist als der Außendurchmesser des Mutternabschnitts des Einsatzes an der Zone kleinen Durchmessers 10, jedoch geringer ist als die Zone größten Durchmessers des Mutternabschnitts bei 12, in welchem die Rippen 13 angeordnet sind«

Die Außenseite des Hülsenabschnitts des Einsatzes ist mit Vorsprüngen oder Keilverzahnungen Zh versehen, die in der-

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selben Richtung geneigt sind wie etwaige auf der Innenseite des Mutternabschnitts des Einsatzes angeordnete Gewinde 8« Die Keilverzahnung«ü 2k sind ebenfalls bei einem Winkel von etwa 30° mit Bezug auf die Achse des Einsatzes und bei etwa demselben Winkel und in derselben Richtung wie die Rippen 13 auf dem Mutternabschnitt 2 geneigt.

Bei Verwendung des Einsatzes gemäß der Erfindung und entsprechend der Darstellung in Fig. 2 wird der Mutternabschnitt 2 des Einsatzes in dem Hohlraum des Werkstücks 22 derart angeordnet, daß das Ende 16 das Mutternabschnitts den Boden 18 des Hohlraums erfaßt. Ein Werkzeug 26 in Form eines Piloten ist an einem Ende 28 so geformt, daß es in die Mittelbohrung des Mutternabschnitts des Einsatzes eintreten kann, und weist einen weiteren Teil 30 auf, der in den Hülsenabschnitt des Einsatzes hineinpaßt. Das Pilotwerkzeug 26 umgibt ein zylindrischer Stößel- oder Hammerkörper 32 und ist in Richtung auf das Werkstück 22 "beweglich, um die Hülse h nach unten, in den Hohlraum 20 hinein und um die kleine Zone 10 des Mutternabschnitts des Einsatzes herumzudrücken» Die Hülse wird somit veranlaßt, die zex'brechliche Verbindung 6 zu brechen und sich in die in Fig. 3 gezeigte Stellung hineinzubewegen·

Die fortgesetzte Bewegung des Hülsenabschnitts k in den Hohlraum 20 hinein veranlaßt eine Aufweitung desselben durch den Mutternabschnitt* des Einsatzes bei seiner Bewegung über die Zone 12 größten Durchmessers des Mutternabschnitts nach unten, wie in Fig. h gezeigt. Der Hülsenabschnitt wird somit kraftvoll

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in Reibungsberührung mit den Innenseitenwänden des Hohlraums 20 nach außen gedrückt, während der Mutternabschnitt des Einsatzes kraftvoll gegen den Boden 18 des Hohlraums zum Aufsitz gebracht wird. Zur gleichen Zeit werden die Keilverzahnungen Zk auf der Außenseite der Hülse veranlaßt, sich in den Seifcenwänden des Hohlraums festzubeißen, um so eine zwangsläufige Verbindung zwischen dem Hülsenabschnitt und dem Werkstück herzustellen. Darüber hinaus ist die Steigung oder die Winkelbeziehung der Keilverzahnungen 2k mit Bezug auf die Längsachse des Einsatzes größer als der Ruhewinkel· Demgemäß wird beim Herunterdrücken der Hülse in den Hohlraum hinein wad über den . Mutternabschnitt des Einsatzes hinweg der Hülsenabschnitt veranlaßt, eine Dreh- oder Drallbewegung auszuführen, und das Metall, aus dem er gebildet ist, wird bei der Erweiterung der Hülse einem Einziehvorgang oder einer anderen Bearbeitung unterworfen. Während einer solchen Bewegung der Hülse wird der Mutternabschnitt des Einsatzes gegen den Boden des Hohlraums gedrückt, um gegenüber einer Drehbewegung festgehalten zu werden, während sich die Rippen 13 auf der Mutter in den Innenwänden der Hülse festbeißen und bei der Einleitung der Drehbewegung der Hülse unterstützend mitwirken·

Das Verdrehen und Drehen der Hülse beim Herunterdrücken und Aufweiten derselben führt nicht nur zu einem Einschrauben der Keilverzahnungen 2k in das Material der Hohlraumwände mit einer Mindestverformung des Materials, sondern führt auch dazu, daß das Metall des Einsatzes einer EinschnÜrungs- oder Metallbearbeitungswirkung ausgesetzt wird, die die Neigung der

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Hülse, bei ihrer radialen Aufweitung zu brechen oder zu reißen, wesentlich herabsetzt. Die Keilverzahnungen des Hülsenabschnitts h des Einsatzes halten natürlich den Einsatz gegenüber einer Axialverschiebung fest, so daß er sicher in dem Hohlraum 20 des Werkstücks fixiert ist. Ferner zieht sich bei der Bewegung des inneren Endes des aufgeweiteten Htilsenabschnitts über die Zone 12 größten Durchmessers hinweg in die Zone lh verminderten Durchmessers des Mutternabschnitts das innere Ende der Hülse zusammen und fließt nach innen in den Bereich der Endfläche 16 des Mutternabschnitt, wie bei 34 gezeigt. Auf diese Weise wird der Hülsenabschnitt veranlaßt, den Mutternabschnitt zu umfassen und zu ergreifen, um die beiden Elemente des Einsatzes zwangsläufig miteinander zu verriegeln.

Während die Keilverzahnungen 2k auf dem Hülsenabschnitt k und die Rippen 13 auf dam Mutternabschnitt 2 verschiedene Formen haben können, sind sie doch vorzugsweise bei einem Winkel von etwa 30° geneigt, um ihnen ein Einschneiden in das Werkstück und die Hülse wie in Form von Gewinden ohne Abstreifen oder Zerstörung des von ihnen erfaßten Materials zu gestatten. Ferner drückt, wenn sie auf einem Einsatz mit einem Rechtsgewinde auf der Xnrenseite des Mutternabschnitts nach rechts geneigt sind, die kraftvolle Drehbewegung eines derartige Gewinde erfassenden Bolzens den Hülsen- und Mutternabsclrnitt des Einsatzes gegen den Boden 18 des Hohlraums 20, um die Halterung durch das Werkstück zu erhöhen.

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Darüber hinaus vermindert eine derartige Halterung des Einsatzes weiter jegliche Neigung zur Bildung eines Endspiels zwischen dem Einsatz und dem Werkstück. Derselbe Vorteil wird natürlich erreicht bei Neigung der Keilverzahnungen Zh und Rippen 13 nach links, wenn der Mutternabschnitt ein Linksgewinde hat*

Wenn der Hülsenabschnitt h des Einsatzes beim Herunterdrücken über die geneigte Oberfläche 10 des Mutternabschnitts 2 des Einsatzes eine nach innen gerichtete Kraft auf den Mutternabsclmitt ausübt, ist es erforderlich, ein solches Zusammendrücken des Mutternabschnitts zum Verformen desselben oder zur Verschiebung seiner Gewinde zu vermeiden. Es ist daher wünschenswert, den Hülsenabschnitt h des Einsatzes mit einer Wanddicke auszubilden, die geringer ist als diejenige des Mutternabschnitts des Einsatzes und vorzugsweise nicht größex·. ■ als etwa ein Halb der Wanddicke der Wände des Mutternabschnitts k an dem Ende 10 desselben im Bereiche der zerbrechlichen Verbindung 6.

Ferner kann, wie in Fig. 4 gezeigt, der Boden 18A des Loches oder Hohlraums 20, gegen den der Mutternabschnitt k des Einsatzes aufsitzt, die Form einer Schulter haben, welche einen Kanal 36 umgibt, durch den sich ein Bolzen oder ein Gewindeelement hindurcherstrecken kann. Es ist dann möglich, einen Lolzen oder anderes Element in den Mutternabschnitt des Einsatzes von dar einen oder anderen Seite des Werkstücks einzuführen, wie bei 38 in punktierten Linien gezeigt.

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Die Einsätze der vorliegenden Erfindung können natürlich, je nach Wunsch in verschiedenen Größen und aus jedem beliebigen bevorzugten Metall oder einer gewünschten Legierung hergestellt werden. Im allgemeinen ist die axiale Länge des Hülsenabschnitts annähernd gleich der Länge des Mutternabschnitts des Einsatzes, so daß bei vollständiger Einbettung in das Werkstück, wie in Fig. h gezeigt, die oberen oder freiliegenden Enden beider Abschnitte des Einsatzes mit der Oberseite des Werkstücks fluchten. Dies ist jedoch nicht erfindungswesentlich, da der Einsatz in bestimmten Fällen mit einem Abschnitt über die Oberfläche des Werkstücks hinweg vorstehen oder ggf. in einer versenkten Ausnehmung angeordnet sein kann.

In Anbetracht dessen sollte davon ausgegangen werden, daß die besondere Ausführungsform der Erfindung, die in den Zeichnungen gezeigt und oben beschrieben ist, lediglich der Veranschaulichung dient*

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099 PATENTANWÄLTE i-,xvu-ing. IEI. HAUCK ■ bipl.-puys. W. SCHMITZ · oipl-tko. E. GRAAX1FS MPL.-ing. W. WEHN^KT · DiPL.-1'HYS. W. CARSTENS · dr.-ing. W. DÖRING HAMBURG - MÜNCHEN - DÜSSELDORF Neue Rufnummer 36 87 ■ PATENTAXWALTE · NEUEK WALL 41 · 20OO HAMBURG 3β · SCHMITZ "GRAALFS NEUER AVALL 41 · 20OO HAMBURG 36-TELEFON + TELECOPIER (010) SO 07 55 Yardley Products Corporation ¥est College Avenue HAUCK- CARSTENS V^WII «-,r Τ»ω™,«.„I ,r „·»«, MOZARTSTRASSE23-8000MÜNCHEN 2 Yardley, Pennsylvania telefon + telecopieiuoso) ss oa 3e _ CABLE NEGEDAPATENT MÜNCHEN WEHNERT-DÖRING K.-WILH.-RING 41· 4000 DÜSSELDORF 11 TELEFON (0211) 57 50 27'28 TELEX 08 584 380 DYNA D CABLE NEGEDAPATENT DÜSSELDORF ZUSTELLUXGSANSCHRIFT/PLEASE REPLY TO: HAMBURG, 1Jr # März 1979 Binstückiger Metalleinsatz

1. /Einstückigor Metalleinöatz zum Einbetten in einen zylindrischen Hohlraum von vorgegebenem Durchmesser in einem ¥orkstück, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen zylindrischen Mutternabschnitt und einen im wesentlichen zylindrischen Hülsenabschnitt, verbunden durch eine zer~ brechliche Verbindung, wobei der Htilsenabschnitt einen Außeixdurchmesser annähernd gleich einem vorgegebenen Bux'chmessex· des Hohlraums in aera ¥erkstück und einen Innendurchmesser hat, der geringer ist als derjenige eines» Zone größten Durchjaesuers dos Mutternabschnitts dos Einsatzes, und wobei der Mutterabachnitt axial geneigt© Sippen aufweist, die in einer Richtung auf seiner Außenseite in

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ZUOKLAMSENE VEItTRBTKK TIEIM EUHOPÄigCHKJJ PATENTAMT A&MITTS» lUäPItKSiäNrASIVES HV^QSKR TKS EWUOPEAN PATENT OFPICE » , » f2.

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der Zone größten Durchmessers geneigt und geeignet sind, in den Hülsenabsehnitt einzuschneiden, wenn des? Mutternabschnitt gegen den Boden des Hohlraums gedrückt wird und der Hülsenabschnitt um den Mutternabschnitt herum in den Hohlraum hineingedrückt wird, während der Hülsenabschnitt axial geneigte Keilverzahnungen auf seiner Außenseite aufweist, die geeignet sind, ein Hineinschrauben des Hülsenabschnitts in das Material auf den Seitenwänden dos Hohlraums beim Hineindrücken desselben in den Hohlraum zu verursachen, wobei die axial geneigten Keilverzahnungen axial in derselben Ra chtung und annähernd bei demselben Winkel geneigt sind wie die axial geneigten Rippen, wobei die Rippen und Keilverzahnungen durch ihre Neigung in .derselben Richtung zusammenarbeiten, um eine Drehbewegung des Hülsenabschnitts und eine Unterwerfung desselben unter die Metallbearbeitungswirkung · zu verursachen, wenn er in den Hohlraum hineingedrückt und durch den Mutternabschnitt des Einsatzes radial aufgeweitet wird, um einen Bruch des Hülsenabschnitts während seiner Aufweitung zu verhindern»

2, Metalleinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilverzahnungen bei einem ¥inkel von annähernd JO in bezug auf die Längsachse des Einsatzes geneigt sind.

3. Metallein3atz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dor Muttornabschnitt in der Nähe seines inneren Endes eine Zone von vermindertem Durchmesser aufweist, in die hinein sich das Ende des Hülsenabschnittö zusammenziehen kann, um

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den Hülsenabschnitt und den Mutternabschnitt miteinander zu verriegeln.

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