DE3808125C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gewindeeinsatz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei Schraubenverbindungen mit Mutterngewinde direkt im Werkstoff des einen verschraubten Partnerteiles werden Gewindeeinsätze vielfach aus folgenden Gründen angewendet:

• - Die Festigkeit des Grundwerkstoffes ist für Haltbarkeit des Mutterngewindes nicht ausreichend, was häufig bei Anwendung hochfester Schrauben zutrifft.
• - Das Gewinde muß einen besonderen Verschleißwiderstand besitzen und große Reserven hinsichtlich Haltbarkeit aufweisen, da die Schraubenverbindung oft gelöst und wieder festgezogen wird, wobei auch mit fehlerhaftem, insbesondere unzulässig hohem Schraubenanzug gerechnet werden muß.
• - Die Mutterngewinde besonders großer, teurer Bauteile wurden fehlerhaft gefertigt oder erweisen sich bei Teilen mit geforderter Flüssigkeits- oder Gasdichtheit nach der End­ bearbeitung als undicht. In diesen Fällen kann durch Einbringen eines größeren Mutterngewindes und Einbau eines geeigneten Gewindeeinsatzes ohne Änderung der Schraube selbst teurer Ausschuß vermieden werden.

Für vorgenannte Fälle haben sich Gewindeeinsätze in massiver, entsprechend dickwandiger Ausführung oder, dort wo es nicht auf Dichtheit des Mutterngewindes ankommt, Trapez-Drahtprofilein­ sätze, z. B. Heli-Coil-Einsätze, gut bewährt. Leider können derartige Einsätze dann nicht verwendet werden, wenn

• - der Gewindeeinsatz-Außendurchmesser wegen des beschränkten Bauraumes bzw. Vermeidung einer unzulässigen Schwächung tragender Strukturen bei gleichzeitiger Dichtheit des Mutterngewindes klein sein muß.
• - Drahtprofil-Einsätze, deren Außendurchmesser zwar klein wären, wegen Anwendung von Sondergewinden z. B. in asymmetrischer Ausführung nicht verfügbar sind oder Dichtheit des Mutterngewindes gefordert wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Gewindeeinsatz der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß dieser einen geringen, dem beschränkten Bauraum angepaßten Außendurchmesser aufweist und somit eine unzulässige Schwächung tragender Strukturen vermeidet. Zugleich soll dieser auch für Sondergewinde (z. B. in asymmetrischer Ausführung) geeignet sein und eine gleichzeitige vollkommene Dichtheit des Mutterngewindes (im Falle der geschlossenen Bauart) gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die umschriebene gemeinsame Grundform jeweils zweier sich gegenüberliegender Gewindezacken des Gewindeeinsatzes in Form einer Raute bzw. eines Parallelogramms erhält dieser eine kompakte Struktur, die ähnlich wie bei den bewährten Drahtprofileinsätzen einen geradlinigen Kraftschluß vom Schraubengewinde über den Gewindeeinsatz zum Mutterngewinde des Werkstückes ermöglicht. Dadurch werden Kerbstellen mit unzulässigen Spannungsspitzen vermieden, wie diese bei axialem Versatz der beiden Gewinde (Innen- und Außengewinde) des Gewindeeinsatzes auftreten würden. Der achsparallele Steg ermöglicht die leichte Herstellung des Gewindeeinsatzes als massive Gewindebüchse (z. B. durch Drehbearbeitung) und dient gleichzeitig der Dichtheit des Mutterngewindes bei Verwendung eines geschlossenen Gewindeeinsatzes. Durch die angegebenen Bemessungsangaben ist der Ringquerschnitt des Steges deutlich kleiner als der des Rauten- bzw. Parallelogramm- Profiles, wodurch sich der Steg kleinen Verformungen des be­ lasteten Gewindeeinsatzes elastisch und plastisch anpassen kann, ohne daß unzulässige Spannungsspitzen entstehen können. Um einen möglichst kleinen Außendurchmesser des Außengewindes des Gewindeeinsatzes zu erhalten bzw. um gleich hohe Pressungen auf den Flanken des Außen- bzw. Innengewindes des Gewindeein­ satzes zu erzielen, wird der Außendurchmesser des Gewindeein­ satzes so ausgelegt, daß die Gewindeflanken-Projektionen der Ringflächen auf Werkstück- und Schraubenseite gleich sind. Dieser Außendurchmesser entspricht etwa dem der (für den in Frage kommenden Gewindebereich) verfügbaren Drahtprofilein­ sätze mit dem Vorteil eines gegenüber massiven Gewindebüchsen mit nicht gleichlaufend gefertigten Innen- und Außengewinden kleinen Außendurchmessers.

Vorteilhafte Weiterbildungen bzw. Anwendungsgesichtspunkte der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

In der Zeichnung wird die Erfindung dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine in ein Werkstück einge­ schraubte unten geschlossene Gewindebüchse

Fig. 1a die geschlossene Gewindebüchse gemäß der Fig. 1 allein im Schnitt,

Fig. 1b eine Gewindebüchse "offener" Bauart im Schnitt,

Fig. 2 einen vergrößerten Teilausschnitt aus Fig. 1 entsprechend der Ausschnittbegrenzung X in Fig. 1, wobei die Gewindeart ein symmetrisches Trapezgewinde darstellt,

Fig. 3 einen vergrößerten Teilausschnitt wie in der Fig. 2, aber mit asymmetrischem Trapezgewinde als Gewindeart.

Die Fig. 1 zeigt eine (unten geschlossene) Gewindebüchse 2, die in ein Werkstück 4 eingeschraubt ist. Die Gewindebüchse allein ist aus der Fig. 1a ersichtlich. Die Fig. 1b zeigt eine Gewindebüchse "offener" Bauart. Derartige Gewindeeinsätze werden wegen niedriger Kosten gegenüber geschlossenen Gewinde­ einsätzen vorteilhaft überall dort verwendet, wo keine zusätzliche Dichtheit des Mutterngewindes verlangt wird.

Die erfindungsgemäßen Merkmale des Gewindeeinsatzes 2 sind aus der Fig. 2 ersichtlich, welche einen vergrößerten Ausschnitt (Ausschnitt X) aus der Fig. 1 zeigt. In dieser Figur ist mit 1 das Schraubengewinde und mit 3 das Mutterngewinde des Werkstückes 4 bezeichnet. Als Gewindeart kommt ein symmetrisches Trapezge­ winde zur Anwendung.

Der Gewindeeinsatz 2 weist ein Innengewinde 2 i (schraubenseitiges Gewinde) und ein Außengewinde 2 a (werkstückseitiges Gewinde) auf, wobei der jeweilige Durchmesser des Innengewindes mit D 2i und der des Außengewindes mit D 2a bezeichnet ist. Weiter wird der äußere Durchmesser bzw. der innere Durchmesser des Muttern­ gewindes 3 im Werkstück 4 mit D 3a und D 3i und der äußere Durchmesser des Schraubengewindes 1 mit D 1a bezeichnet. Die zum Einschrauben notwendigen Spiele Xmin und Xmax sind durch die Toleranzen von Schrauben, Gewindeeinsatz- und Werkstückgewinde 1, 2 und 3 gegeben, die üblichen Gewindetoleranzen entsprechen.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß das Innengewinde 2 i und das Außengewinde 2 a des Gewindeeinsatzes 2 so zueinander gleichlaufend gefertigt sind, daß die gemeinsame Grundform jeweils zweier sich gegenüberliegender Gewindezacken von Innen- und Außengewinde des Gewinde­ einsatzes ein umschriebenes Viereck (bei einem symmetrischen Trapezgewinde eine Raute) mit den Eckpunkten A-B-C-D darstellt. Diese tragende Querschnittsstruktur des Gewinde­ einsatzes ermöglicht optimalen Kraftfluß vom Innen- zum Außengewinde 2 i/2 a.

Die übereinanderliegenden Rautenprofile sind in vertikaler Richtung jeweils durch einen Steg S miteinander verbunden, welcher erfindungsgemäß ca. 30% der nutzbaren Profilhöhe SP des Schraubengewindes 1, mindestens jedoch 0,3 mm, beträgt. Hiermit ist der Ringquerschnitt des Steges S deutlich kleiner als der des Rautenprofils. Der Steg S kann sich somit kleinen Ver­ formungen des belasteten Gewindeeinsatzes anpassen, wodurch unzulässige Spannungsspitzen vermieden werden. Zusätzlich bewirkt der Steg S die Dichtheit des Mutterngewindes 3 bei Verwendung eines geschlossenen Gewindeeinsatzes 2. Der maximalste Steg ist in der Fig. 2 mit Smax, der minimalste Steg mit Smin eingetragen.

Während das Innengewinde 2 i hinsichtlich seiner Geometrie dem Schraubengewinde 1 angepaßt ist, wird der Außendurchmesser D 2 a des Gewindeeinsatzes 2 so ausgelegt, daß die Projektionen der Ringflächen auf Werkstück- und Schraubenseite, d. h. die Projektionen der genutzten Gewindeflanken zwischen den Durch­ messern D 2 a und D 3 i auf dem Außenumfang und D 1a und D 2i auf dem Innenumfang wie folgt gleich sind:

Mit D 3 i = D 1 a+4 · Xmin+2 · Smax und x-min eingesetzt für den Bereich des Steges S beträgt der Außendurchmesser D 2 a somit

Durch die flächengleichen Ringflächen der Gewindeflanken- Projektionen treten gleich hohe Pressungen auf den Flanken von Außen- und Innengewinde 2 a und 2 i auf. Aufgrund des größeren Durchmessers des Außengewindes 2 a ergibt sich eine gleich große Projektionsfläche des Gewindes 2 a bei geringerer radialer Erstreckung gegenüber dem Innengewinde 2 i (Steg S ist außen länger), was einen möglichst kleinen Außendurchmesser D 2 a des Außengewindes 2 a ergibt.

Ergänzend ist noch zu erwähnen, daß in der Fig. 2 auch noch die Gewindesteigung P eingetragen ist.

Die Fig. 3 zeigt ein asymmetrisches Trapezgewinde gleicher Steigung P, welches die gleichen Merkmale wie das in der Fig. 2 beschriebene symmetrische Trapezgewinde aufweist. Das umschriebene Grundprofil des Gewindeeinsatzes 2 stellt hierbei ein Parallelogramm mit den Eckpunkten A-B-C-D dar. Somit steht auch für Sondergewinde ein Gewindeeinsatz mit kleinem Außendurchmesser zur Verfügung, da Drahtprofil-Ein­ sätze für derartige Sondergewinde nicht auf dem Markt er­ hältlich sind.

Abschließend ist zu erwähnen, daß als Werkstoff für die beschriebenen Gewindeeinsätze vorzugsweise Automaten- oder Vergütungsstahl mit einer Bruchdehnung von mindestens 8% Verwendung findet.

Die Gewindeeinsätze finden insbesondere im Motoren- und Getriebebau Anwendung und zwar vorzugsweise für Schraubengewinde von 12 bis 22 mm Durchmesser und beliebiger Steigung.

Claims (3)

1. Massive Gewindebüchse in offener oder geschlossener Bauart mit symmetrischem oder asymmetrischem trapezförmigem Außengewinde und Innengewinde, welche mit ihrem Außengewinde in ein vorzugsweise metallisches Werkstück mit entsprechendem Innengewinde (Mutterngewinde) eingeschraubt ist und das Innengewinde der Gewindebüchse (des Gewinde­ einsatzes) zur Aufnahme einer hochfesten Schraube mit entsprechendem Gegengewinde dient, dadurch gekennzeichnet, daß das Innengewinde (2 i) (schraubenseitige Gewinde) und das Außengewinde (2 a) (werkstückseitige Gewinde) des Gewindeeinsatzes (2) so zueinander gleichlaufend gefertigt sind, daß die gemeinsame Grundform jeweils zweier sich gegenüberliegender Gewindezacken von Innen- und Außengewinde des Gewindeeinsatzes (2) durch ein umschriebenes Viereck mit den Eckpunkten A-B-C-D gebildet wird, wobei im Falle eines symmetrischen Trapezgewindes das Viereck eine Raute und im Falle eines asymmetrischen Trapezgewindes das Viereck ein Parallelogramm darstellt, daß die übereinanderliegenden Viereckprofile durch einen zum Gewindeeinsatz achs­ parallelen Steg S mit einer Mindestwandstärke Smin von ca. 30% der nutzbaren Profilhöhe SP des Schraubengewindes (1), mindestens jedoch 0,3 mm, miteinander verbunden sind und daß der Außendurchmesser (D 2 a) der Gewindebüchse (2) so festgelegt ist, daß die Ringflächen, gebildet durch die Projektionen der genutzten Gewindeflanken zwischen den Durchmessern des Außengewindes (D 2 a) des Gewindeeinsatzes (2) und dem Innengewinde (D 3 i) des Werkstückes (3) auf dem Außenumfang und den Durchmessern des Schraubengewindes (D 1 a) und dem Innengewinde (D 2 i) des Gewindeeinsatzes (2) auf dem Innenumfang gleichen Flächeninhalt haben.

2. Gewindeeinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff vorzugsweise Automaten- oder Vergütungs­ stahl mit einer Bruchdehnung von mindestens 8% verwendet wird.

3. Gewindeeinsatz nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser im Motoren- und Getriebebau insbesondere für Schraubengewinde von 12 bis 22 mm Durchmesser und beliebiger Steigung Anwendung findet.