DE3046692C2

DE3046692C2 - Gewindefurchende Schraube

Info

Publication number: DE3046692C2
Application number: DE19803046692
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz Prof. Dr. 6320 Alsfeld Kübler
Original assignee: Kamax-Werke Rudolf Kellermann & Co Kg 3360 Osterode De GmbH
Current assignee: Kamax-Werke Rudolf Kellermann & Co Kg 3360 Osterode De GmbH
Priority date: 1980-12-11
Filing date: 1980-12-11
Publication date: 1986-01-23
Also published as: DE3046692A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine gewindefurchende Schraube, die durch Eindrehen in eine vorgefertigte Bohrung ihr Muttergewinde spanlos herstellt, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1.

Eine derartige gewindefurchende Schraube ist aus der DE-OS 18 09 094 bekannt. Diese gewindefurchende Schraube weist ein Furchgewinde auf, bei dem die Spitzenhöhe des Gewindegangs zwischen einem Maximaldurchmesser im Bereich eines konvexen Kurvenabschnittes und einem Minimaldurchmesser im Bereich eines konkaven Kurvenabschnittes wechselt. Der Scheitelpunkt der konkaven Kurvenabschnitte liegt jedoch auf einem Durchmesser, der in allen Fällen größer als der Gewindekerndurchmesser der Schraube ausgebildet ist. Um mit einer solchen gewindefurchenden Schraube ein Muttergewinde spanlos herzustellen, ist es erforderlich, die der jeweiligen Schraubengröße zuge-5 ordnete Bohrung mit größerem Durchmesser als allgemein üblich anzufertigen, weil der Durchmesser der Bohrung ja größer sein muß als der Minimaldurchmesser der konkaven Kurvenabschnitte, umüie Schraube in die Bohrung einsetzen zu können. Sofern srch an den gewindefurchenden Teil dieser bekannten Schraube in Einschraubrichtung ein Normalgewinde anschließt, besitzt dieses Normalgewinde dann die üblichen bekannten Abmessungen mit einem Gewindekerndurchmesser, der entsprechend kleiner ist als der Durchmesser der

:5 konkaven Kurvenabschnitte des Furchteils. Dies bedeutet, daß dieses Normalgewinde nur eine sehr geringe Überdeckung mit dem gefurchten Muttergewinde aufweist, so daß eine solche Verbindung nur einen Bruchteil der Kräfte übertragen kann, die üblicherweise über eine Gewindeverbindung übertragen wird. Wird dagegen die Bohrung, in der die gewindeiureheride Schraube wirksam werden soll, mit dem normalen zugeordneten Durchmesser hergestellt, dann läßt sich die gewindefurchende Schraube in eine solche Bohrung nicht einsetzen oder, bei Vorhandensein einer Phase, wenn überhaupt, nur mit Zwang einführen, wobei das Finschraubmoment erheblich ansteige Es besteht dabei die Gefahr von Torsionsbrüchen.
Aus der AT-PS 2 10 236 ist ein Gewindebohrer, der präziser als Gewindefurcher zu bezeichnen wäre, bekannt Dabei handelt es sich jedoch nicht um eine gewindefurchende Schraube, also eine Schraube, die die Gewindeverbindung letztlich nicht nur herstellt, sondern auch darstellt, sondern vielmehr um ein Werkzeug zur Erstellung eines Muttergewindes, welches, nachdem das Muttergewinde hergestellt ist, aus diesem wieder entfernt wird, so daß eine normale Schraube verbleibend mit dem Muttergewinde in Kontakt gebracht werden kann. Der bekannte Gewindefu; eher weist einen Gewindegang auf, der lediglich aus konvexen Kurvenabschnitten besteht, die punktförmig unstetig ineinander übergehen. An diesem Übergangspunkt wird der Querschnitt des Kernes dieses Gewindefurchers erreicht Derartige Werkzeuge, wie beispielsweise ein Gewindefurcher, benötigen immer einen Freiraum, um ein Fließen des verdrängten Materials zu ermöglichen. Aus diesem Grunde besteht zwischen dem Kerndurchmesser eines Gewindebohrers bzw. -furchers und dem Gewindekerndurchmesser einer gewindefurchenden Schraube kein Zusammenhang. Der Kerndurchmesser eines Gewindefurchers kann somit auch keinen Hinweis für den Gewindekerndurchmesser einer gewindefurchenden Schraube abgeben. Weiterhin zeigt der bekannte Gewindefurcher eine unsymmetrische Ausbildung der konvexen Kurvenabschnitte des Gewindegangs, und zwar dergestalt, daß in Einschraubrichtung der konvexe Kurvenabschnitt allmählich bis zu einem Maximaldurchmesser ansteigt, diese Maximaldurchmesser eine beträchtliche Strecke beibehalten bleibt, um dann verhält-

eo nismäßig schnell abzufallen. Es entspricht dem fachmännischen Denken, durch einen solchen Verlauf in Einschraubrichtung die Reibung beim Furchen klein zu halten und das Einschraubmoment gegenüber einer symmetrischen Gestaltung herabzusetzen.

Gewindefurchende Schrauben sind auch aus der VDI-Zeitschrift 121 (1979) Nr. 12, Seiten 148 bis 160 oder der DE-PS 14 00 229 bekannt. Diese Schrauben weisen zumindest im Bereich ihrer Furchspitze einen dreiecks-

ähnlichen Querschnitt auf. Diese Querschnitte sind zum Teil sehr stark abgerundet, und bilden ein sogenanntes Gleichdick mit abgerundeten Ecken, wodurch das Aufrollen des Gewindes zwischen Flachrollwerkzeugen ermöglicht ist. Nachteilig ist hingegen, daß solche Querschnitte den Gewindekerndurchmesser wesentlich unterschreiten, was zu erheblichen Festigkeitseinbußen führt. Widerstandmoment und damit die Torsionsfestigkeit sind um 20 bis 25% geringer als bei Schrauben mit vollem Kerndurchmesser. Die Einsatzmöglichkeiten in Materialien mit hohem Kaltverformungswiderstand sind daher beschränkt, oder es muß auf besondere hochfest und damit teure Schraubenwerkstoffe zurückgegriffen werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Querschnittsprofil im Bereich der Furchspitze sich nur in geringem Maße an die besonderen Bedingungen beim Furchen anpassen läßt Als Folge davon ergeben sich überhöhte Einschraubmomente beim Eindrehen der Schraube.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gewindefurchende Schraube der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der keine Festigkeitseinbu3en hinsichtlich des Querschnittes der Schraube eintreten und trotzdem das Einschraubmoment klein gehalten werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Spitzenhöhe des Gewindeganges bis zum Gewindekerndurchmesser als Minimaldurchmesser abnimmt und daß dabei der Gewindekerndurchmesser durch die konkaven Kurvenabschnitte tangiert wird. Bei einer solchen Ausbildung der Schraube bleibt der Gewindekerndurchmesser innerhalb des genormten Toleranzfeldes, so daß keinerlei Festigkeitseinbußen gegenüber einer normalen Schraubengestaltung auftreten können. Ein geringes Einschraubmoment wird durch die konvexen und konkaven Kurvenabschnitte, die abwechselnd aneinander anschließen, erreicht, wobei der Minimaldurchmesser bis zum Gewindekerndurchmesser abnimmt, so daß mit einer solchen gewindefurchenden Schraube die übliche Überdeckung des Schrauben- und Muttergewindes letztendlich erreicht wird. Der Innenkreis der konkaven Kurvenabschnitte liegt also etwa auf dem Gewindekerndurchmesser.

Vorzugsweise sind dabei die konvexen und die konkaven Kurvenabschnitte aus Kreisabschnitten gebildet, was die Herstellung vereinfacht. Die konvexen und die konkaven Kurvenabschnitte können zwar auch gleiche Krümmungsradien aufweisen, jedoch sind diese vorzugsweise unterschiedlich ausgebildet, um den Furchanteil des Gewindeganges zu beeinflussen. Eine derartige gewindefurchende Schraube ist einfach und kostengünstig in der Herstellung und kann in weitem Umfang an die verschiedensten Werkstoffe des Muttergewindes angepaßt werden, wobei gleichzeitig das Einschraubmoment klein gehalten werden kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn entgegen dem fachmännischen Denken, ausgehend von einem konkaven Kurvenabschnitt, der konvexe Kurvenabschnitt entgegen der Einschraubrichtung der Schraube allmählich bis zum Maximaldurchmesser ansteigt und dann in den konkaven Kurvenabschnitt verhältnismäßig schnell abfällt.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Schraubenrohlings,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie H-Il in F ig. 1,

F i g. 3 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Schraubenrohlings und
F i g. 4 einen Schnitt gemäß der Linie IVIV in F i g. 3. In F i g. 1 ist in Seitenansicht ein Schraubenrohling 1 dargestellt, dessen Kopf der Einfachheit halber wegge-

lassen ist. Das vordere Ende des Rohlings ist mit einer Furchspitze 2 versehen. Diese ist im Querschnitt in F i g. 2 dargestellt Sie weist im wesentlichen einen epizykloidenähnlichen Querschnitt auf, bei dem tangential ineinander übergehende konvexe Kurvenabschnitte 3

mit konkaven Kurvenabschnitten 4 abwechseln. Die Radien Ä] der konvexen Kurvenabschnitte 3 sind untereinander gleich groß, ebenso wie die Radien R2 der konkaven Kurvenabschnitte 4. Der Radius A₂ ist vorzugsweise kleiner als der Radius R₁. Die Radien Ri der konvexen Abschnitte 3 haben ihren Mittelpunkt M in den Ecken eines gedachten regelmäßigen Fünfecks. Das so entstandene Querschnittsprofil ist zum Mittelpunkt M rotationssymmetrisch, wobei bei einem Fünfeck der

Teilungswinkel

360°

72°

wird.

Der Radius 6 des durch die konkaven Kurvenabschnitte 4 gebildeten Inkreises entspricht etwa derr· Radius des Gewindekerns. Der Radius 5 des durch die konvexen Kurvenabschnitte 3 gebildeten Umkreises ist gleich dem Roll- oder Walzhalbmesser des jeweiligen Gewindes.

Die Furchspitze 2 ist konisch ausgebildet und verjungt sich nach vorn hin, bis etwa auf den Gewindekerndurchmesser entsprechend dem Radius 6. Auf den konvexen Kurvenabschnitten 3 entstehen dadurch Kegelflächen 7.
Auf den so ausgebildeten Schraubenrohling läßt sich in bekannter Weise ein Gewinde aufbringen. Das Gewinde kann dabei spanend oder spanlos erzeugt werden. Die Abmessungen des Schraubenrohlings sind auf das jeweilige Verfahren genau abzustimmen. Der Gewindekerndurchmesser einer solchen Schraube ist auch im Bereich der Furchspitze voll erhalten, so daß die Torsior.jfestigkeit voll erhalten bleibt

Eine weitere Ausführungsform mit wiederum 5 Furchsegmenten ist in den F i g. 3 und Λ dargestellt. Einander entsprechende Teile der beiden Ausführungsformen werden im folgenden mit gleichen Öezugszeichen bezeichnet Der Schrauber.rohling dieser zweiten Ausführungsform entspricht im wesentlichen dem der ersten. Der Unterschied besteht hier jedoch darin, daß die konvexen Kurvenabschnitte 3 durch zwei unterschiedliehe Radien R\ und Λ3 gebildet werden, die beide tangential in den Radius Λ2 des konkaven Kurvenabschnittes 4 übergehen. Dadurch steigt das Profil entgegen der Einsc!'?a'jbrichtung der Schraube von einem konkaven Kurvenabschnitt 4 aus allmählich an, bis das Maximum gemäß dem Radius 5 erreicht ist, um dann verhältnismäßig schnell abzufallen, bis das Minimum im nächsten konkaven Kurvenabschnitt 4 erreicht ist Das Furchprofil im Bereich der Furchspitze 2 läßt sich auf diese Weise an den Werkstoffeigenschaften des zu furchenden Gewindes weitgehend anpassen. Außerdem läßt sich überraschenderweise dadurch der Furchv/iderstand !«id damit das Einschraubmoment vermindern.

Andere Ausführungsformen dieser Schraube sind denkbar, insbesondere läßt sich die Zahl und die Form der konvexen Kurvenabschnitte in verschiedenster Weise variieren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gewindefurchende Schraube, die durch Eindrehen in eine vorgefertigte Bohrung ihr Muttergewinde spanlos herstellt, mit einem Gewindeabschnitt mit zylindrischem Gewindekern und mindestens einem sich darauf aufbauenden Gewindegang mit über den Umfang zu- und abnehmender Spitzenhöhe, wobei die Spitzenhöhe des Gewindeganges zwischen einem Minimaldurchmesser und dem Außendurchmesser des Gewindes als Maximaldurchmesser zu- und abnimmt und durch tangential ineinander übergehende, abwechselnd konvexe und konkave Kurvenabschnitte gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenhöhe des Gewindeganges bis zum Gewindekerndurchmesser als Minimaldurchmesser abnimmt und daß dabei der Gewindekernmesser durch die konkaven Kurvenabschnittt xuigiert wird.

2. Gewindefurchende Schraube aach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexen und die konkaven Kurvenabschnitte aus Kreisabschnitten gebildet sind.

3. Gewindefurchende Schraube nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexen und die konkaven Kurvenabschnitte gleiche Krümmungsradien aufweisen.

4. Gewindefurchende Schraube nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsrad'en der konvexen Kurvenabschnitte und die der konkaven Abschnitte unterschiedlich sind.

5. Gewindefurchende Schraube nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsradien der konvexen und der konkaven Kurvenabschnitte nicht konstant sind.

ö. Gewindefurchende Schraube nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexen Teile im Querschnitt des Furchteils durch jeweils zwei Radien R\ und A3 verschiedener Größe erzeugt sind, so daß die entstehenden Rundungen tangential ineinander und in die jeweils anschließende Rundung mit R2 des konkaven Teils am Kerndurchmesser übergehen.

7. Gewindefurchende Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, ausgehend von einem konkaven Kurvenabschnitt (4), der durch den Radius R\ erzeugte konvexe Kurvenabschnitt entgegen der Einschraubrichtung der Schraube allmählich bis zum Maximaldurchmesser ansteigt und dann in dem durch den Radius Rj gebildeten Kurvenabschnitt verhältnismäßig steil abfällt.