DE3332570A1

DE3332570A1 - Verfahren zur herstellung von selbstformenden und selbstsichernden schrauben mit zusaetzlicher abdicht- und/oder stell-eigenschaft

Info

Publication number: DE3332570A1
Application number: DE19833332570
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl.-Ing. 5450 Neuwied Taubert; Rudolf Dipl.-Ing. Webendörfer
Original assignee: Friedr Boesner GmbH
Current assignee: Conti Fasteners AG
Priority date: 1983-09-09
Filing date: 1983-09-09
Publication date: 1985-03-28
Also published as: ES535744A0; DE3470467D1; EP0139195A1; EP0139195B1; ES8505271A1; JPS6072631A; BR8404499A; ATE33568T1; AU3282784A; US4561277A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von selbstformenden und selbstsichernden Schrauben mit zusätzlicher Abdicht- und/oder Stell-Eigenschaft, die auf einem Gewindekörper am Schraubenende ein trilobulares Gewinde und im oberen Bereich der Schraube ein zirkuläres Gewinde aufweisen.

Als selbstsperrendes bzw. rüttelsicheres Verbindungselement ist eine Sicherungsschraube bekannt, die eine trilobulare Geometrie des Gewindekörpers mit einem speziellen Gewindeflankenwinkel 6O°/3O° aufweist. In einer Mutter- oder Gewindebohrung in Stahl, Blech, Aluminium oder anderen geeigneten Werkstoffen sichert sich eine derart ausgebildete Gewinde-Sperrschraube selbst, und zwar durch die Klemmkraft des trilobularen Gewindeumfangs am Metall des Gegengewindes und durch den spielfreien Kontakt der 30°-Gewindespitzen auf dem trilobularen Hochstellen mit dem Gegengewinde, wodurch Längs- oder Querbewegungen zwischen Schraube und beispielsweise Mutter ausgeschlossen sind. Derartige Gewinde-Sperrschrauben lösen sich nicht durch Schwingungen und Vibration. Es hat sich jedoch gezeigt, daß mit derart ausgebildeten Gewinde-Sperrschrauben zwar ein hoher Vibrationswiderstand und eine hervorragende Schraubensicherung garantiert wird, jedoch eine Abdichtung gegen das Durchdringen von Flüssigkeit, wie Wasser, Hydrauliköl od.dgl„, nicht gewährleistet ist. Flüssigkeit dringt zwischen dem Gewinde der Sperrschraube

und dem Gegengewinde hindurch.

Es ist auch eine Schraube bekannt, die ihr Gegengewinde spanlos selbst durch bildsame Umformung ausbildet und in der Weise ausgebildet ist, daß die Schraube eine trilobulare Geometrie des Gewindekörpers aufweist und zwar mit einem Flankenwinkel von 6O°. Die Gewindegänge laufen unter Beibehaltung ihrer ausgeprägten Geometrie und der Spitze des Plankenwinkels von 6O° auf einer Länge von etwa drei Steigungen zum Schraubenende hin aus. Zur Verbesserung der Positionierung in der Bohrung und des Schraubansatzes wurde die Spitze derart weiter entwickelt, daß die Schraube an den ersten drei bis vier Gewindegängen der Schraubenspitze unter Beibehaltung der trilobularen Gewindeform mit einem kleineren Durchmesser ausgebildet ist. Die Maße des Hüllkreises der Trilobularform und der Flankenwinkel 60° des Gewindekörpers sind bei den Schraubenausführungen so gewählt, daß nach Verschrauben und Lösen einer Austauschbarkeit des geformten Muttergewindes mit einer Normschraube gewährleistet ist. Eine derart ausgebildete Schraube formt ihr Gegengewinde spanlos selbst. Es entfällt das Schneiden des Muttergewindes. Der Faserverlauf im Gegengewinde wird beim Eindrehen dieser Schraube durch Kaltformung verdichtet und verfestigt, wobei der Werkstoff spielfrei die Gewindeflanken dieser Schraube ohne Steigungsfehler umfließt.

Des weiteren ist eine Schraube bekannt, die in ein bestehendes Muttergewinde nicht nur ihr Gegengewinde selbst spanlos formt, um gegen ein Lösen durch Vibration gesichert zu sein, sondern darüber hinaus eine hohe Dichtung zwischen Schraubengewinde und Gegengewinde gewährleistet, so daß durch die Gewindeverbindung keine Feuchtigkeit und insbesondere keine Flüssigkeit, auch wenn diese unter Druck steht, hindurchdringen kann. Eine derart selbstformende, selbstsichernde und abdichtende Schraube weist auf einem Gewindekörper am Schraubenende ein trilobulares Gewinde und im oberen Bereich der Schraube ein zirkuläres Gewinde auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein sicheres und wirtschaftliches Fertigungsverfahren für die Herstellung von selbstformenden, selbstsichernden und abdichtenden Schrauben zu schaffen, die auf einem Gewindekörper am Schraubenende ein trilobulares Gewinde mit einem C-D-K- Maß und im oberen Bereich der Schraube ein zirkuläres Gewinde im C - Maß beinhaltet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Herstellungsverfahren für selbstformende, selbstsichernde und abdichtende Schrauben vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch angegebenen "Verfahrensmerkmale gekennzeichnet ist.

Mit einem derart erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahren ist die Herstellung von selbstformenden (TAPTITE-SEAL) und selbstsichernden (POWERLOK-SEAL) Schrauben

wirtschaftlich durchführbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Gegenständen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in einer Seitenansicht den Schaft einer Schraube mit trilobularer Gewindespitze, sich hieran anschließender trilobularer Gewindegeometrie des Schraubenkörpers und hieran anschließender zirkularer Gewindegeometrie,

B¹ i g. 2 einen senkrechten Querschnitt des Schraubenschaftes mit der trilobularen Gewindeform des Schraubumfang mit den jeweiligen Hüllkreisen,

P i g. 3 einen Querschnitt durch den Schraubenschaft im Bereich der zirkulären Gewindegeometrie, P i g. 4 eine vergrößerte Darstellung einer trilobularen Gewindespitze in einem Gegengewinde,

P i g. 5 in einer Seitenansicht den Schaft einer Schraube mit gewindeformenden Eigenschaften und einer sich an die trilobulare Gewindegeometrie anschließenden zirkulären Gewindegeometrie,

Fig. 6 einen senkrechten Querschnitt des Schraubenschaftes gemäß Linie VI-VI in Fig. 5,

P i g. 7 einen senkrechten Schnitt gemäß Linie VII-VII in Fig. 5,

P i g. 8 einen Querschnitt durch den Schraubenschaft gemäß Linie VIII-VIII in Fig. 5,

F i g. 9 eine schematische Darstellung des Gewindewal zbackenpaares,

Pig. 10 das Gewindewalzbackenpaar in einer Seitenansicht ,

P i g. 11 einen Schnitt gemäß Linie XI-XI in Fig. 9 und

Pig. 12 einen Schnitt gemäß Linie XII-XII in

Fig. 9.

Die in Fig. 1 mit 10 bezeichnete Schraube besteht aus einem Schraubenschaft 11, dessen Ende bei 11a angedeutet ist. Die Schraube 10 weist im Bereich der ersten Gewindegänge 20 am Schraubenschaft lla eine trilobulare Gewindeform auf. Jedem trilobularen Gewinde 253 25a ist ein Hüllkreis 26, 26a zugeordnet, um die trilobulare Querschnittsform bestimmen und mit Maßangaben versehen zu können (Fig. 2). Die Hüllkreisdurchmesser der Schraubengewinde vergrößern sich von dem Schraubenschaftende lla in Richtung zum anderen Schraubenschaftende. Diese trilobulare Gewindeform, auf ihrem Umfang an drei Hochstellen jeweils um 120° versetzt und über den Nenndurchmesser hinaus mit zusätzlichen Gewindespitzen versehen, bewirkt beim Einschrauben ein niedriges Drehmoment.

Die Gewindespitzen sind mit Flankenwinkeln von 60° versehen und gehen in ihren Endbereichen in 30° Flankenwinkel über (Fig. 4).

An die trilobulare Gewindespitze GS schließt sich ein Gewindeabschnitt mit trilobularer Gewindegeometrie auf dem Schraubenschaft 11 an. Dieser Gewindeabschnitt 30 mit trilobularer Gewindegeometrie G weist ebenfalls einen trilobularen Schraubenumfang auf, der jedoch in diesem Gewindeabschnitt 30 gleichbleibend, d.h. mit gleichem Hüllkreisdurchmesser, ist. Die Gewinde selbst weisen Plankenwinkel von 60° auf, während die Gewindespitzen 31 mit Flankenwinkeln von 30° versehen sind (Fig. 4).

An diesen Gewindeabschnitt 30 mit trilobularer Gewindeform schließt sich ein weiterer Gewindeabschnitt

40 mit einer zirkulären Gewindegeometrie C an. Die Gewinde dieses Gewindeabschnittes 40 weisen ebenfalls Flankenwinkel von 60° auf, während die Gewindespitzen

41 mit Flankenwinkeln von 30° versehen sind (Fig. 1).

Die beiden Gewindeabschnitte 30 und 40 gehen unter einem Neigungswinkel von 10° bis 20°, vorzugsweise 13° bis 15°, ineinander über. Die von dem Außendurchmesser des Gewindes des Gewindeabschnittes 40 mit der zirkulären Gewindeform gebildeten Ebene geht unter dem Neigungswinkel von 10° bis 20°, vorzugsweise 13° bis 15°, in die von dem Außendurchmesser des Gewindes des Gewindeabschnittes 30 mit der trilobularen Gewindegeometrie über.

Fig. 4 zeigt das in ein Gegengewinde, d.h. in das Gewinde einer Mutter oder Gewindebohrung, eingeschraubte

Gewinde mit trilobularer Gewindegeometrie. Das Gegengewinde ist dabei mit 50 bezeichnet. Die Materialverfestigung im Gewindespitzenbereich ist bei 51 angedeutet .

Die Schraube kann .anstelle eines 60^o/30° Gewinde-Plankenwinkels 61°/40° oder 6O°/2O° od.dgl. Winkel aufweisen.

Fig. 5 zeigt eine gewindeformende Schraube, die an den ersten drei bis vier Gewindegängen eine trilobulare Gewindegeometrie mit einem von der Schraubenspitze zum Schraubenkörper sich vergrößernden Hüllkreisdurchmesser aufweist.

An den Gewindeabschnitt 135 mit der trilobularen Gewindeform und den sich vergrößernden Hüllkreis schließt sich ein weiterer Gewindeabschnitt l40 mit einer zirkulären Gewindegeometrie an. Die Gewinde dieses Gewindeabschnittes l40 weisen vorzugsweise Plankenwinkel von 60° auf.

Die beiden Gewindeabschnitte 135 und l40 gehen unter einem Neigungswinkel von 10° bis 20°, vorzugsweise 13° bis 15°s ineinander über. Die von dem Außendurchmesser des Gewindes des Gewindeabschnittes l4o mit der zirkulären Gewindeform gebildeten Ebene geht dann unter dem Neigungswinkel von 10° bis 20° _s vorzugsweise 13° bis 15°, in die von dem Außendurchmesser des Gewindes des Gewindeabschnittes 135 mit der abgeschrägten trilobularen Gewindeform über.

Die Schraube kann ferner einen Gewinde-Plankenwinkel von 30°j 40° oder 50° aufweisen. Außerdem kann die Geometrie des Gewindekörpers derart sein, daß die Schraube mit einer trilobularen, mit auf ihrem Umfang an drei Hochstellen jeweils um 120° oder an vier Hochstellen jeweils um 90° oder an zwei Hochstellen jeweils um l80° versetzter Gewindeform mit einem Übergang von den Hochstellen zur Zirkulargeometrie des Hochstellendurchmessers versehen ist. Die Schraube ist ferner mit einem nicht mit NORM-Muttergewinden korrespondierenden Höchstellen-Außendurchmesser versehen. Darüber hinaus kann ein Übergang von einer nicht kreisrunden Gewindegeometrie zur zirkulären Gewindegeometrie auf das Maß des Hüllkreises oder auf ein größeres Maß des Hüllkreises gegeben sein.

Eine derart voranstehend beschriebene selbstformende und selbstsichernde Schraube ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wirtschaftlich herstellbar.

Das Verfahren besteht zunächst in der Fertigung des Bolzen-Rohlings. Hier wird der Bolzenkörper fließpresstechnisch am Rohling-Ende trilobular (gleichdick) mit den C-D- Maßen geformt. Die Gewindelänge erhält einen zirkulären Rohlingskörper im C - Maß. Die Formgebung erfolgt ausgehend von vorbehandeltem Draht in Matrizenwerkzeugen durch Kaltumformung.

Hierauf erfolgt dann die Aufbringung der Gewindekombination auf dem so vorbereiteten Rohlingskörper.

Hierbei werden zwei Gewindewalzbacken so zueinander geordnet, daß die gewindeformenden Backenflächen zueinander stehen. Zwischen der kurzen, beweglichen und der langen, ruhenden Gewindewalzbacke wird der Trilobular-Zirkular-Bolzen-Rohling gerollt. Hierbei wird ein gewindeformender Druck von dem Gewindewalzbackenpaar ausgeübt, der das Material des Bolzens an der Oberfläche kalt umformt (Fig. 9 und 10).

Auf der ersten Hälfte des Walzbackenpaares wird im oberen zylindrischen Bereich des Bolzens das Zirkular-Gewinde geformt. Gleichzeitig wird an den drei Hochstellen des Trilobular-Bolzens ebenfalls das Gewinde angerollt. Nach Ausformung des Zirkular- bzw. SEAL-Gewindes im oberen Bolzenbereich wird der Trilobular-Teil des Rohlings von dem Walzbackenpaar erfaßt und das Trilobular-Gewinde über das D - Maß gerollt. Hierbei steigt die bewegliche Gewindewalzbackenfläche unter einem bestimmten Winkel bis zum K - Maß vor, so daß die angerollten Gewindespitzen des Trilobular-Bolzens zum Trilobular-Gewinde über die C-D- Maße ausgewalzt werden.

Hierbei ist es erforderlich, daß im Bereich des Walzbackenpaares, in dem das Trilobular-Gewinde im unteren Teil des Bolzens gerollt wird, im oberen Bereich der Backen, in dem das Zirkular-Gewinde des Bolzens bereits besteht, beide Walzbacken ausgespart sind, mit einem Hinterschliff von größer als $ + K

(Pig. 11).

Die verwendeten Bezeichnungen C, D, K und (ff bedeuten:

C = Hüllkreis der Trilobular-Geometrie D= Gleichdickmaß der Trilobular-Geometrie K = C-D

JZT = Außermittigkeit von p- zum Mittelpunkt des Hüllreises C.

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Claims

.-ING. J. RICHTER --" --" "--* --" "--P "A-T E N T A N W Ä L T E

.-ING. F. WERDERMANN

ZUSEL. VERTRETER BEIM EPA · PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE EPO · MANDATAIRES AGREES PRES LOEB

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NEUER WALL 1O

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TELEGRAMME: INVENTIUS HAMBURe

TELEX 3163 551 INTU D

. UNSER ZEICHEN/OUR FILE B.Ö33O4—1~13

Ri/le Anmelder:

Priedr. Boesner GmbH, 5^50 Neuwied

Verfahren zur Herstellung von selbstformenden und selbstsichernden Schrauben mit zusätzlicher Abdicht- und/oder Stell-Eigenschaft.

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von selbstformenden und selbstsichernden Schrauben mit zusätzlicher Abdicht- und/oder Stell-Eigenschaft, die auf einem Gewindelt körper am Schraubenende ein trilobulares Gewinde und im oberen Bereich der Schraube ein zirkuläres Gewinde aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) einen Bolzenkörper fließpresstechnisch am Rohling-Ende trilobular mit den C (Hüllkreis der Trilobular-Geometrie) - D (Gleichdickmaß der Trilobular-Geometrie) - Maßen und einen Zirkular-Rohlingskörper im C - Maß ausgehend von vorbehandeltem Draht in

Matrizenwerkzeugen durch Kaltformung formt,

(b) zwischen der kurzen beweglichen Gewindewalzbacke und der langen, feststehenden Gewindewalzbacke von zwei Gewindewalzbacken mit zueinander stehenden gewindeformenden Backenflächen den vorangehend hergestellten Trilobular-Zirkular-Bolzen-Rohling bei gleichzeitiger Ausübung eines gewindeformenden Druckes zur kalten Umformung des Bolzens an seiner Oberfläche rollt,

(c) auf der ersten Hälfte des Gewindewalzenbackenpaares das Zirkular-Gewinde formt,

(d) gleichzeitig an den drei Hochstellen des Trilobular-Bolzens das Gewinde anrollt,

(e) nach Ausformung des Zirkular-Gewindes im oberen Bolzenbereich den Trilobular-Teil durch das Gewindewalzbackenpaar erfaßt und das Trilobular-Gewinde über das Gleichdickmaß der Trilobular-Geometrie rollt, wobei die bewegliche Gewindewalzbackenfläche unter einem bestimmten Winkel bis zum K (C - D) - Maß vorsteigt, so daß die angerollten Gewindespitzen des Trilobular-Bolzens zum Trilobular-Gewinde über die C-D- Maße ausgewalzt werden, wobei

(f) im Bereich des Gewindewalzbackenpaares, in dem das Trilobular-Gewinde im unteren Teil des Bolzens gerollt wird, und zwar im oberen Bereich des Gewindewalzbackenpaares j in dem das Zirkular-Gewinde des Bolzens bereits besteht, beide Gewindewalzbacken

ausgespart sind mit einem Hinterschliff, der größer als JZT (Außermittigkeit von D/2 zum Mittelpunkt des . Hüllkreises C) + K) ist.