DE3812720A1 - Gewinde fuer eine selbstverspannende schraubverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gewinde für eine selbstverspannende Schraubverbindung und ein Werkzeug zur Herstellung des erfindungsgemäßen Gewindes.

Jede Schraubverbindung weist wegen unvermeidlicher Herstellungstoleranzen ein Spiel zwischen den in Eingriff miteinander stehenden zugeordneten Gewindegängen auf. Wenn die Verbindung durch eine Kraft belastet wird, bewirkt das Spiel zwischen den Gewindegängen einen Schlupf der beiden durch die Schraubverbindung miteinander verbundenen Teile. Erst wenn der Schlupf eingetreten ist, kann eine Kraft übertragen werden.

Soll die Schraubverbindung Kräfte kraftschlüssig übertragen - wie das bei Bewehrungsstab-Stößen unabdingbar ist - muß der Schlupf vor Einleitung einer Kraft beseitigt sein. Dies geschieht in der Regel durch Kontern. Dabei werden die tragenden Flanken einander zugeordneter Gewindegänge kraftschlüssig aufeinandergepreßt. Es gibt jedoch Schraubverbindungen, bei denen das Kontern nicht zuverlässig möglich ist, der Schlupf jedoch trotzdem beseitigt sein muß, um die Verbindung kraftschlüssig belasten zu können. Derartige Schraubverbindungen sind z. B. Schraubmuffenverbindungen von Bewehrungsstäben mit auslaufenden Stabendgewinden.

Bei Schraubmuffenverbindungen von Bewehrungsstäben wird die Muffe auf gegen den gewindefreien Stabteil auslaufende Stabendgewinde der Bewehrungsstäbe aufgedreht. Bei einer Ausführungsart nach der DE 31 41 928 ist ein Gewinde mit im Endbereich konisch wachsendem Außendurchmesser auf ein mit konisch wachsendem Außendurchmesser geschälten Gewindeendbereich aufgerollt. Dadurch wird eine Verbesserung der Tragfähigkeit der Muffenverbindung erreicht. Die Muffe wird dort mit Gewalt auf die beiden Stabenden aufgedreht. Dabei schneiden sich die ersten Gänge des Muffengewindes etwa mittig zwischen den Gewindegängen in den konisch im Durchmesser wachsenden Kern im Auslaufbereich des Stabendgewindes ein und verklemmen sich in dieser Stellung. Der Ausgleich des Spiels durch Kontern ist dadurch nicht mehr möglich, obwohl die Stabendgewinde soweit in die Muffe eingedreht werden, bis die Stirnflächen der Stäbe sich berühren. Der erwünschte Kontereffekt bleibt aus. Wird dann die Schraubverbindung belastet, muß die gesamte Stabkraft von den wenigen, durch das Einschneiden miteinander kraftschlüssig verbundenen Gewindegängen im Auslaufbereich des Stabes und am Beginn der Muffe übertragen werden. Dabei werden diese Gewindegänge überlastet. Das Material verformt sich plastisch und bewirkt einen Schlupf, eine relative Verschiebung der beiden Verbindungsteile zueinander in Stablängsachse, die beendet ist, wenn alle zugeordneten Gewindeflanken von Stab- und Muffengewinde aneinander anliegen und an der Kraftübertragung mitwirken. Erst dann wird eine Zugkraftübertragung kraftschlüssig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schraubverbindung so weiterzubilden, daß das Spiel zwischen den Verbindungsteilen vor Einleitung der Kraft bei der Herstellung der Verbindung beseitigt wird, so daß bei Einleitung der Kraft kein Schlupf mehr eintreten kann.

Die Aufgabe wird durch ein Gewinde gelöst, wie es im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 beschrieben ist. Bevorzugte Anwendungen des erfindungsgemäßen Gewindes bei Schraubmuffenverbindungen von Bewehrungsstäben sind in den Unteransprüchen 2 und 3 beschrieben. Grundsätzlich ist die erfindungsgemäße sich selbst verspannende Gewindeausbildung jedoch bei allen üblichen Schraubverbindungen möglich und mit den üblichen Verfahren - Aufrollen und Schneiden - herstellbar.

Ein Werkzeug, zur Erzeugung eines erfindungsgemäßen Gewindes, vornehmlich eines auf das geschälte Ende eines Bewehrungsstabes aufgerollten Gewindes, ist in Anspruch 4 beschrieben.

Das erfindungsgemäße Gewinde bietet bei Schraubmuffenverbindungen von Bewehrungsstäben nach der DE 31 41 928 außer der Beseitigung des Schlupfes noch einen weiteren Vorteil: Um die optimale Tragfähigkeit der Muffenverbindung zu erreichen, muß das auslaufende konische Gewinde der Stäbe möglichst tief in die Muffe hineingedreht sein. Zum Ausgleich möglicher Toleranzen muß die Muffe entsprechend länger ausgebildet werden. Es wird dann in Kauf genommen, daß eine Lücke zwischen den Stirnflächen der beiden zu verbindenden Stäben bleibt, d. h. Kontern der Stirnflächen der beiden Stäbe zur Begrenzung des Schlupfs ist nicht möglich.

Bei der bekannten Schraubverbindung hatte die Begrenzung des Schlupfs und damit das Kontern der Stirnflächen Vorrang. Auf das Erreichen der optimalen Tragfähigkeit mußte damit verzichtet werden. Die erfindungsgemäße Verbindung beseitigt den Schlupf, ohne daß das Kontern der Stirnflächen der Stäbe erforderlich ist. Die Stäbe können daher immer mit der für die Tragfähigkeit optimalen Tiefe eingedreht werden.

Die Erfindung wird durch die Fig. 1 bis 3 erläutert.

Fig. 1 zeigt das Schema einer bekannten Schraubmuffenverbindung, bei der die Stabendgewinde 4 der Bewehrungsstäbe 3, die im Auslaufbereich 6 mit konisch wachsendem Gewindeaußendurchmesser 7 auf ein im Auslaufbereich mit konisch wachsendem Stabdurchmesser 5 geschältes Stabende aufgerollt sind, mit Gewalt in das Gewinde 2 der Muffe 1 eingedreht und mit den Stirnflächen 8 gegeneinander gekontert sind. Dabei bewirkt das zwischen den miteinander in Eingriff stehenden Gewinden 2 und 4 vorhandene Spiel 9 bei Zugbelastung der Stäbe 3 einen unerwünschten Schlupf. Bei dieser Schraubmuffenverbindung haben alle Gewindegänge die gleiche Ganghöhe 10.

Fig. 2 zeigt das Schema einer erfindungsgemäßen Schraubmuffenverbindung, bei der die erfindungsgemäß ausgebildeten Stabendgewinde 11 der Bewehrungsstäbe 3, die im Auslaufbereich 12 mit konisch wachsendem Gewindeaußendurchmesser 13 auf ein mit im Auslaufbereich konisch wachsendem Stabdurchmesser 15 geschältes Stabende aufgerollt sind, mit Gewalt in das Gewinde 2 der Muffe 1 eingedreht sind. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Stabendgewindes 11 weisen die zuletzt in Eingriff kommenden Gewindegänge 15 - s₁, s₂, s₃ - im Auslaufbereich 12 gegen den gewindefreien Stabteil hin gegenüber der normalen Ganghöhe s 14 von Gewindegang zu Gewindegang um das gleiche Differenzmaß Δ s abnehmende Ganghöhen auf (s₁=s-Δ s, s₂=s₁-Δ s=s-2Δ s, s₃=s₂-Δ s=s-3Δ s). Beim Aufdrehen der Muffe 1 auf die Stabendgewinde 11 wird eine Längsverschiebung des Stabendes in der Muffe 1 nach Maßgabe des Spiels 16 bewirkt, bei der die auf Zug wirksamen Flanken 17 der Gänge des Stabendgewindes 11 gegen die entsprechenden Flanken 18 des Muffengewindes 2 gekontert werden. Der Bewegungsspielraum, der die Ursache für die Entstehung eines Schlupfes bei der Einleitung einer Zugkraft in den Stab ist, wird damit beseitigt. Die Schraubverbindung ist damit kraftschlüssig.

Fig. 3 veranschaulicht die geometrischen Bedingungen, denen die Ganghöhendifferenz Δ s und die Durchmesserveränderung Δ r des im Auslaufbereich wachsenden Gewindeaußendurchmessers bei einem Werkzeug zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Gewindes genügen müssen, damit bei der kontinuierlich fortschreitenden Formgebung des Stabendgewindes vermieden wird, daß die vorauslaufenden Schnitte der Formgebung für die Gewindegänge mit geringerer Ganghöhe im Auslaufbereich Material entfernt, das bei den Gängen mit normaler Ganghöhe benötigt wird. Diese geometrischen Bedingungen sind die gleichen, denen auch die Formgebung der Gewindegeänge 13 mit sich ändernder Ganghöhe im Auslaufbereich genügen muß.

Fig. 3 zeigt die in einer Schnittebene liegenden Profile der Zähne 19, 20, 21 der Gewindegänge 13 in ihrer Stellung jeweils nach einer vollen Gewindedrehung übereinander projiziert. Sie macht die für die Formgebung der Zähne 19, 20, 21 maßgebende Beziehung

deutlich. Nur wenn diese Beziehung erfüllt ist, bewegen sich alle Zähne des Werkzeugs bei der Formgebung außerhalb der im Endzustand gewünschten Kontur des Stabendgewindes.

Claims (4)

1. Gewinde für eine selbstverspannende Schraubverbindung, dadurch gekennzeichnet, daß die Ganghöhe s (14) eines der beiden dabei miteinander in Eingriff stehenden Gewinde (2, 11) sich im Endbereich - d. h. jeweils im Bereich der Gewindegänge (z. B. 15) eines Gewindes (z. B. 11), die beim Eindrehen der Gewinde ineinander zuletzt in Eingriff kommen - von Gewindegang zu Gewindegang um einen geringen Betrag Δ s ändert.

2. Gewinde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es auf das geschälte Stabende eines Bewehrungsstabes für Stahlbeton aufgeformt ist.

3. Gewinde nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es auf das zum gewindefreien Bereich hin konisch mit wachsendem Stabdurchmesser geschälte Stabende eines Bewehrungsstabes (3), der Teil einer geschraubten Muffenverbindung ist, mit konisch wachsendem Kern und konisch wachsendem Gewindeaußendurchmesser (13) aufgeformt ist, und daß die Schraubmuffe (1) so auf das Gewinde (11) geschraubt ist, daß im auslaufenden Gewindebereich (12) eine plastische Verformung eintritt.

4. Werkzeug zum Herstellen eines aufgerollten Gewindes nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gangprofil des Gewindes so ausgeformt ist, daß der Steigungsfehler der Bedingung genügt, worin
Δ s die stetige Änderung der Ganghöhe im zum gewindefreien Bereich des Stabes hin auslaufenden Stabendgewinde,
Δ r die Halbmesserdifferenz von Rollengang zu Rollengang im Bereich des konisch auslaufenden Stabendgewindes, und
α der Winkel, den die Seiten des Gangprofils mit der Stabachse bilden, sind.