DE3702491A1 - Einteiliger gewindeeinsatz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gewindeeinsatz, ein Ver­ fahren zum Sichern eines solchen Gewindeeinsatzes und einem Schraub- und Stemmwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens.

Im einzelnen betrifft die Erfindung einen einteiligen Gewin­ deeinsatz, mit einem zum Sichern gegen Verdrehen im einge­ bauten Zustand dienenden Verformungsbereich, der sich an dem der Vorschubrichtung beim Eindrehen entgegengesetzten Ende des Einsatzes axial erstreckt.

Aus der US-PS 33 91 721 ist ein derartiger Gewindeeinsatz bekannt, bei dem der Verformungsbereich an seiner Außensei­ te mit einer Rändelung versehen ist, an der sich das Außen­ gewinde anschließt. Dieser Verformungsbereich wird, nachdem der Einsatz eingeschraubt ist, mittels eines speziellen Werkzeuges an seinem gesamten Umfang aufgeweitet. Die ein­ zelnen Zähne der Rändelung werden hierdurch in das Mate­ rial des aufnehmenden Werkstücks gedrückt, so daß sich der Gewindeeinsatz beim Ein- bzw. Ausdrehen einer Schrau­ be nicht mitdrehen kann.

Bei der Auswahl solcher Gewindeeinsätze muß berücksichtigt werden, daß bei der Tiefe der Aufnahmebohrung in dem Werk­ stück nicht allein die Länge des die auftretenden Kräfte übertragenden Gewindes maßgebend ist, sondern daß zusätz­ lich noch die Länge des Verformungsbereiches hinzukommt. Weist das Aufnahmewerkstück nur eine geringe Bauhöhe auf, so lassen sich derartige Gewindeeinsätze nicht verwenden. Darüber hinaus ist dieser Einsatz in seiner Herstellung aufgrund der Rändelung und der damit verbundenen Material­ zugabe aufwendig und teuer.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Sichern eines Gewindeeinsatzes gegen Verdrehen im eingebauten Zu­ stand.

Für die aus der US-PS 33 91 721 bekannten Gewindeeinsätze ist ein Verfahren vorgesehen, daß in einer Aufweitung des mit der Rändelung versehenen Verformungsbereiches am gesam­ ten Umfang besteht. Dazu ist es notwendig, in der Bohrung des aufnehmenden Werkstückes eine zusätzliche Senkung an­ zubringen, so daß neben den ausschließlich für die Auf­ nahme des Gewindeeinsatzes notwendigen Arbeitsschritten noch ein weiterer Arbeitsgang hinzutritt, der die Kosten und den Zeitaufwand erhöht. Außerdem ist bei diesem Ver­ fahren durch Inaugenscheinnahme nicht sicherzustellen, ob die Aufweitung zum Sichern gegen Verdrehen ausreichend er­ folgte. Schließlich vergrößert sich die für die Übertragung von Kräften notwendige Länge der Bohrung durch die Senkung erheblich, so daß dieses Verfahren bei Werkstücken mit nur geringer Bauhöhe nicht eingesetzt werden kann.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Schraub- und Stemmwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens, mit einem Einschraubkopf und einem zum Verstemmen dienenden Trei­ ber.

Zur Durchführung des Verfahrens nach der US-PS 33 91 721 werden zwei Werkzeuge benötigt, wobei das eine zum Ein­ schrauben des Gewindeeinsatzes und das andere zum Aufwei­ ten des Verformungsbereiches dient. Werden mehrere im Durchmesser unterschiedliche Gewindeeinsätze bei ein und demselben Bauteil verwendet, so ist es notwendig, eine entsprechend hohe Anzahl an Werkzeugen bereitzu­ stellen. Durch den ständigen Wechsel von dem Eindreh­ werkzeug zu dem Aufweitwerkzeug treten als Folge davon lange Montagezeiten auf. Diese Zeiten werden noch da­ durch erhöht, daß zwischen dem Aufweitwerkzeug und dem Gewindeeinsatz nach dem Aufweiten Selbsthemmung auf­ tritt, so daß dieses Werkzeug erst mühsam aus dem Ein­ satz gelöst werden muß.

Auf dem Markt ist ein anderes Verfahren bekannt, bei dem zum Einschrauben und Sichern eines Gewindeeinsatzes ein und dasselbe Werkzeug benutzt wird, das aus einem Trei­ ber und einem Einschraubkopf besteht. Bei diesem Verfah­ ren werden zwischen dem eingeschraubten Gewindeeinsatz und der Aufnahmebohrung im Werkstück Sperrkeile durch den Treiber axial eingetrieben, die das Material des Werkstückes an diesen Stellen lösen und verdrängen. Das gelöste Material fällt dabei als Späne nach unten. Der Treiber besitzt zur Durchführung des Verfahrens an seiner in Vor­ schubrichtung beim Eindrehen liegenden Stirnseite eine ebene Fläche. Diese Ausbildung der Stirnseite des Trei­ bers ermöglicht nicht, an dem Gewindeeinsatz selber ir­ gendeine Maßnahme zum Sichern gegen Verdrehen durchzu­ führen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Gewindeeinsatz der oben bezeichneten Art und ein Verfahren zum Sichern ge­ gen Verdrehen im eingebauten Zustand des Gewindeeinsatzes sowie ein Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei welchem die beschriebenen Nachteile überwun­ den werden. Die Erfindung soll insbesondere Anwendung fin­ den können bei Werkstücken mit nur geringer Bauhöhe. Außerdem sollen bei der Durchführung des Verfahrens keine Späne anfallen.

Die Aufgabe wird hinsichtlich der Gestaltung des Einsatzes dadurch gelöst, daß der Verformungsbereich von dem Außen­ gewinde vollständig überdeckt ist. Durch die Verlagerung des Außengewindes in den Verformungsbereich wird die Bau­ höhe des Einsatzes klein gegenüber dem Stand der Technik, so daß der Gewindeeinsatz auch bei Werkstücken, deren Höhe gering ist, verwendet werden kann. Darüber hinaus sind nur wenige und einfache Herstellungsschritte nötig, wodurch die Kosten und der zeitliche Aufwand zur Herstellung des Ein­ satzes gering gehalten werden können.

In bevorzugter Ausgestaltung des Gewindeeinsatzes ist des­ sen Durchmesser seines in Vorschubrichtung beim Eindrehen liegenden Endbereichs kleiner als der Kerndurchmesser des Gewindes in dem aufnehmenden Werkstück. Wird der Einsatz in eine Sacklochbohrung eingeschraubt, so ist es hierdurch mög­ lich, auch den Bereich des Gewindeauslaufes im Sackloch für das Innengewinde des Gewindeeinsatzes zu nutzen.

Der Verfahrensteil der Aufgabe wird dadurch gelöst, daß min­ destens ein Teilbereich des entgegen der Vorschubrichtung beim Eindrehen liegenden Endes des Gewindeeinsatzes in das auf­ nehmende Werkstück verstemmt wird. Hierdurch wird erreicht, daß der Einsatz zuverlässig in dem aufnehmenden Werkstück gegen Verdrehen gesichert wird, wobei sich dies leicht durch Inaugenscheinnahme kontrollieren läßt. Außerdem muß bei diesem Verfahren die Bohrung in dem Aufnahmewerk­ stück nicht gesondert vorbereitet werden. Schließlich sind keine weiteren Sicherungselemente notwendig, so daß auch keine Späne erzeugt werden, die nach unten fallen und eventuell vorhandene Dichtungsflächen zerstören können.

Ein weiterer vorteilhafter Verfahrensschritt der Erfindung besteht darin, daß das Verstemmen während des Eingreifens des Eindrehwerkzeuges erfolgt. Hierdurch wird die Montage­ zeit für das Eindrehen und Verstemmen verkürzt.

Als neues Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens wird vor­ geschlagen, daß der Treiber an seiner in Vorschubrichtung beim Eindrehen liegenden Stirnseite mindestens eine Keil­ rippe besitzt. Diese Keilrippe verdrängt einen Teil des Ver­ formungsbereiches des Gewindeeinsatzes in das Material des Aufnahmewerkstückes, so daß diese miteinander sicht­ bar verhaken. Durch die Ausbildung des Werkzeuges mit einem Einschraubkopf und einem Treiber beschränkt sich die Anzahl der notwendigen Werkzeuge auf das Mindestmaß, so daß auch kein die Montagezeit vergrößernder Werkzeugwech­ sel notwendig ist.

Zwischen Werkzeug und Einsatz tritt keine Selbsthemmung auf, so daß sich das Werkzeug nach Beendigung der Montage leicht aus dem Gewindeeinsatz entfernen läßt.

In bevorzugter Ausgestaltung des Schraub- und Stemmwerk­ zeuges ist die Wirkfläche der Keilrippe entgegen der Ein­ drehbewegung in Umfangsrichtung abgeschrägt. Die Möglich­ keit des Mitdrehens beim Herausschrauben eines Gewinde­ bolzens oder einer Schraube wird so noch weiter verrin­ gert. Gleiches wird auch dadurch erreicht, daß die Keil­ rippe an ihrer Wirkfläche V-förmig eingesenkt ist. Die Wirkfläche kann dabei auch jede andere Form annehmen. Durch diese Ausbildung wird neben der oben beschriebenen Gefahr des Mitdrehens beim Herausschrauben eines Gewin­ debolzens bzw. einer Schraube aus dem Gewindeeinsatz gleichzeitig die Gefahr des Mitdrehens beim Einschrau­ ben weiter verringert. Eine weitere bevorzugte Ausgestal­ tung des Werkzeuges besteht darin, daß der Einschraubkopf eine Anschlagfläche besitzt, deren Durchmesser größer ist als der Nenndurchmesser des Außengewindes des Einsatzes und die wenigstens eine Nut aufweist. Die Anschlagfläche gewährleistet, daß das freie Ende des Verformungsbereiches des Einsatzes bündig mit der Oberfläche des aufnehmenden Werkstückes abschließt. Es ist aber auch möglich, den Einsatz versenkt anzubringen. Wird das Werkzeug durch einen Motor, der sowohl einen Links- als auch Rechtslauf besitzt, angetrieben, so dient die Anschlagfläche auch als Steuerungsfläche, die beim Einschrauben des Gewindeeinsatzes diesen Vorgang durch ein zwischen Anschlagfläche und Ober­ fläche des Werkstückes entstehendes Bremsmoment begrenzt.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Gewinde­ einsatz gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Ansicht eines Schraub- und Stemm­ werkzeuges gemäß der Erfindung,

Fig. 3 einen Längsschnitt entlang Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 eine Draufsicht auf das Schraub- und Stemmwerkzeug gemäß der Erfindung,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch den erfin­ dungsgemäßen Gewindeeinsatz im einge­ bauten Zustand mit dem noch im Ein­ griff befindlichen Schraub- und Stemm­ werk gemäß der Erfindung.

Ein vorzugsweise aus nicht rostendem Stahl hergestellter Ge­ windeeinsatz 10 ist in Fig. 1 senkrecht stehend dargestellt. Auf seiner äußeren Umfangsfläche ist er mit dem Außengewin­ de 14 und in seinem Inneren mit dem Innengewinde 16 ver­ sehen. An dem der Vorschubrichtung beim Einschrauben ent­ gegengesetzten Ende erstreckt sich in axialer Richtung der Verformungsbereich 12, der vom Außengewinde 14 vollständig überdeckt wird. Im Inneren des Einsatzes 10 weist der Ver­ formungsbereich 12 eine glatte, zylindrische Oberfläche auf. Der Innendurchmesser des Einsatzes 10 ist in diesem Bereich vorzugsweise sehr viel größer als der Nenndurch­ messer seines Innengewindes 16, wodurch eine sehr geringe Wandstärke erzeugt wird. Diese dünne Wand erleichtert das Verstemmen des Gewindeeinsatzes 10. Der Verformungsbereich 12 kann im Inneren des Einsatzes 10 darüber hinaus aber auch jede andere Oberflächenkontur annehmen, soweit dies durch den Einsatz eines bestimmten Werkzeuges erforderlich ist. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, daß sich axial erstreckende und diametral gegenüberstehende Nuten vorgesehen werden, in die dann ein zum Verstemmen geeig­ netes Werkzeug mit einer flachen Schneide eingreift. Am unteren Endbereich 18 des Einsatzes 10 ist der Durchmes­ ser kleiner als der Kerndurchmesser des Aufnahmegewindes im Werkstück, wodurch der Gewindeauslauf der Sacklochboh­ rung im Werkstück noch für das Innengewinde 16 genutzt werden kann.

Ein in Fig. 2 senkrecht dargestelltes Schraub- und Stemm­ werkzeug 20 besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Treiber 22, einen mit einer Anschlagfläche 36 versehenen Einschraubkopf 24 und einer Schraubenfeder 26.

Die Schraubenfeder 26 ist zusammen mit dem Einschraubkopf 24 in dem Treiber 22 in einer zentrisch in diesem angebrach­ ten Bohrung 40 angeordnet, deren Öffnung in die Vorschub­ richtung beim Eindrehen des Gewindeeinsatzes 10 weist. Ein Arretierstift 28, der in einer quer zur Hauptmittellängs­ achse verlaufenden Bohrung des Treibers 22 fest eingepreßt ist und der in eine sich axial erstreckende Vertiefung 42 des Einschraubkopfes 24 hineinragt, überträgt eine von dem Treiber 22 ausgeführte Drehung auf den Einschraubkopf 24 und sichert gleichzeitig den Kopf 24 sowie die Feder 26 gegen Herausfallen. An seiner in Vorschubrichtung liegen­ den Stirnseite ist der Treiber 22 mit vier sich radial er­ streckenden und jeweils im Winkel von 90° zueinander ange­ ordneten sowie von außen nach innen verlaufenden Keilrip­ pen 30 versehen, wobei sich die Anzahl der Keilrippen 30 nach dem Durchmesser des zu verstemmenden Gewindeeinsatzes 10 richtet. Der Keilwinkel kann dabei einen beliebigen Be­ trag zwischen 10° und 80° annehmen. Vorzugsweise beträgt er 30°. Die Keilrippen 30 besitzen Wirkflächen 34, die entweder tangential zu dem Schraub- und Stemmwerkzeug 20 verlaufen oder entgegen der Einschraubbewegung in Umfangs­ richtung abgeschrägt sind. Auch besteht die Möglichkeit, daß sie in irgendeiner Weise mit einem Profil versehen sein können, beispielsweise mit einer V-förmigen Senkung.

Der Einschraubkopf 24 ist an seinem außerhalb des Trei­ bers 22 befindlichen Ende mit einem Gewinde 38 versehen. In einigem Abstand dazu schließt sich eine senkrecht zur Hauptmittellängsachse des Einschraubkopfes 24 angeordnete Anschlagfläche 36 an, deren Durchmesser größer ist als der Nenndurchmesser des Außengewindes 14 des Gewindeeinsatzes 10. Vorzugsweise soll der Durchmesser der Fläche 36 dabei dem Außendurchmesser des Treibers 22 nicht überschreiten. Die Fläche 36 ist durch ebenfalls vier radial verlaufende und im Winkel von 90° zueinander angeordnete Nuten 32 un­ terbrochen. Die Breite der Nuten 32 ist dabei etwas größer als die Breite der Keilrippen 30, so daß letztere durch die Anschlagfläche 36 hindurchtreten können.

Zum Eindrehen des Gewindeeinsatzes 10 wird dieser auf den Einschraubkopf 24 des Schraub- und Stemmwerkzeuges 20 so weit aufgeschraubt, bis das mit dem Verformungsbereich 12 versehene Ende gegen die Anschlagfläche 36 stößt. An­ schließend wird das Werkzeug 20 mit dem Einsatz 10 an das Gewinde des aufnehmenden Werkstückes angesetzt und eingedreht. Dies geschieht ebenfalls so lange, bis die Anschlagfläche 36 gegen die Oberfläche des Aufnahmewerk­ stückes läuft. Der freie Rand des Verformungsbereiches 12 schließt nun mit der Oberfläche des Aufnahmewerkstückes ab. Mittels eines Schlagwerkzeuges wird nun der Treiber 22 in Richtung auf den Gewindeeinsatz 10 bewegt. Die an ihm angeordneten Keilrippen 30 treten durch die Nuten 32 der Anschlagfläche 36 und verstemmen Teilbereiche der oberen Gewindegänge des Einsatzes 10 in das Material des aufnehmenden Werkstückes. Gleichzeitig verhindert die Anschlagfläche 36, daß sich das so verdrängte Material des Werkstückes nach außen wölben kann. Durch die Feder­ kraft der Schraubenfeder 26 wird der Treiber 22 an­ schließend wieder in die Ausgangsposition bewegt. Das Werkzeug 20 kann nun aus dem gegen Verdrehen nunmehr ge­ sicherten Gewindeeinsatz 10 herausgedreht werden.

Durch die Verwendung von nicht rostendem Stahl wird er­ reicht, daß nach dem Verstemmen die Bruchstellen des Ge­ windeeinsatzes 10 nicht rosten und so auch nicht das Auf­ nahmewerkstück in Mitleidenschaft ziehen.

Das Schraub- und Stemmwerkzeug 20 kann statt eines Schlag­ werkzeuges von Hand auch mit einem Motor angetrieben werden. Beispielsweise ist der Einsatz eines durch Preßluft ange­ triebenen Motors möglich, der dann gleichzeitig das Auf- bzw. Einschrauben des Gewindeeinsatzes 10 und das Verstem­ men in dem Aufnahmewerkstück besorgt. Das Werkzeug müßte hierzu den Anforderungen an diese Antriebsquelle angepaßt werden.

Schließlich sei noch erwähnt, daß für jeden Gewinddurch­ messer ein eigenes Werkzeug vorgesehen ist.

Claims (10)

1. Einteiliger Gewindeeinsatz, mit einem zum Sichern gegen Verdrehen im eingebauten Zustand dienenden Verformungsbereich, der sich an dem der Vorschub­ richtung beim Eindrehen entgegengesetzten Ende des Einsatzes axial erstreckt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Verformungsbereich (12) von dem Außengewinde (14) vollständig über­ deckt ist.

2. Gewindeeinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verformungs­ bereich (12) im Inneren des Gewindeeinsatzes (10) eine zylindrische, glatte Oberfläche aufweist.

3. Gewindeeinsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des in Vorschubrichtung beim Eindrehen liegenden Endbereichs des Gewindeeinsatzes (10) kleiner ist als der Kerndurchmesser des Gewindes in dem auf­ nehmenden Werkstück.

4. Verfahren zum Sichern eines Gewindeeinsatzes nach einem der Ansprüche 1 bis 3 gegen Verdrehen im ein­ gebauten Zustand, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens ein Teilbereich des entgegen der Vorschubrichtung beim Eindrehen liegenden Endes des Gewindeeinsatzes in das auf­ nehmende Werkstück verstemmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verstemmen während des Eingreifens des Eindrehwerkzeugs erfolgt.

6. Schraub- und Stemmwerkzeug zur Durchführung des Ver­ fahrens nach den Ansprüchen 4 oder 5, mit einem Ein­ schraubkopf und einem zum Verstemmen dienenden Trei­ ber, dadurch gekennzeich­ net, daß der Treiber (22) an seiner in Vor­ schubrichtung beim Eindrehen liegenden Stirnseite mindestens eine Keilrippe (30) besitzt.

7. Schraub- und Stemmwerkzeug nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wirkfläche (34) der Keilrippe (30) entgegen der Ein­ drehbewegung in Umfangsrichtung abgeschrägt ist.

8. Schraub- und Stemmwerkzeug nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Keilrippe (30) an ihrer Wirkfläche (34) V-förmig eingesenkt ist.

9. Schraub- und Stemmwerkzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Treiber (22) mit vier jeweils im Winkel von 90° zueinander angeordneten Keilrippen (30) ver­ sehen ist.

10. Schraub- und Stemmwerkzeug nach Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der Einschraubkopf (24) eine Anschlagfläche (36) besitzt, deren Durchmesser größer ist als der Nenndurchmesser des Außengewindes des Einsatzes (10) und die wenigstens eine Nut (32) aufweist.