DE4033650A1 - Gewindeeinsatz - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Gewindeeinsatz zum Befestigen eines Montageteils an einem Halteteil, der ein Außengewinde zum Einschrauben in das Halteteil und ein Innengewinde zum Einschrau­ ben einer das Montageteil haltenden Schraube hat.

In verschiedenen Bereichen der Konstruktion, z. B. im Fahrzeugbau, ist es üblich, Schraubbefestigungen unter Verwendung mehrerer Befestigungselemente auszuführen. Hierzu wird ein gattungsgemäßer Gewindeeinsatz in ein Halteteil eingeschraubt. Der Gewindeein­ satz dient der Aufnahme einer Schraube, die wiederum ein Montage­ teil am Halteteil bzw. Gewindeeinsatz befestigt. Solche Schraub­ befestigungen kommen insbesondere zum Einsatz, wenn ein in das Halteteil eingebrachtes Gewinde leicht zerstörbar ist, wie das z. B. bei einem Halteteil aus Aluminium der Fall ist. Der Gewindeeinsatz braucht dann nur einmal mit hoher Prä­ zision eingedreht zu werden, wogegen die Schraube vielfach gelöst und auch fest angezogen werden kann, ohne daß es besonderer Vorsicht bedarf.

Dabei ist eine dauerhafte Sicherung der Verschraubung zum Vermeiden selbsttätigen Lösens oder Mitdrehens des Gewin­ deeinsatzes beim Lösen der Schraube schwer zu verwirk­ lichen. Häufig wird eine Verschraubungssicherung durch Aufbringen einer Verklebung angestrebt, z. B. durch Mikro­ verkapselung. Derartige Sicherungen sind jedoch kosten­ intensiv und empfindlich.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Gewindeeinsatz zur Verfügung zu stellen, der eine Schraubbefestigung sichert und keiner zusätzlichen Sicherungsmedien bedarf.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist ein gattungsgemäßer Gewin­ deeinsatz mindestens einen Schlitz auf, der sich von einer Stirnseite des Einsatzes aus in Axialrichtung erstreckt, und hat das Außengewinde im Schlitzbereich einen Gewinde­ einlauf, dessen Außendurchmesser mit zunehmendem axialen Abstand von der geschlitzten Stirnseite zunimmt.

Ein erfindungsgemäßer Gewindeeinsatz hat in seinem Schlitz­ bereich eine relativ gute Radialverformbarkeit. Beim Ein­ schrauben des Gewindeeinlaufs wird der Einsatz im Schlitz­ bereich teilweise radial zusammengedrückt, weil mit zu­ nehmender Einschraubtiefe ein immer größer werdender Außen­ durchmesser in der vorbereiteten Bohrung des Halteteiles zur Anlage kommt. Zugleich wird das Außengewinde mit zunehmendem Abstand vom geschlitzten Ende immer tiefer in den Werkstoff des Halteteils gepreßt. Optimal ist, wenn der Durchmesser der Bohrung oder der Außendurchmesser eines darin vorbereiteten Innengewindes etwa dem kleinsten Durch­ messer des Gewindeeinlaufes entspricht. Jedenfalls darf der Durchmesser der Bohrung oder Außendurchmesser eines vorbe­ reiteten Innengewindes nicht dem maximalen Durchmesser des Gewindeeinlaufes entsprechen oder diesen übertreffen, weil dann keine zunehmende Radialverformung mit zunehmender Einschraubtiefe eintritt.

Durch das radiale Zusammendrücken wird der gesamte Quer­ schnitt des Gewindeeinsatzes im Schlitzbereich und somit auch der Durchmesser seines darunterliegenden Innengewin­ des verringert. Die Größe der Durchmesserverringerung hängt insbesondere von den Werkstoffen des Gewindeeinsatzes und des Halteteiles sowie den Abmessungen des Gewindeeinsatzes und der Bohrung bzw. eines vorbereiteten Innengewindes im Halteteil ab. Eine anschließend in den Gewindeeinsatz eingedrehte Schraube erzwingt eine radiale Spreizung im Schlitzbereich des Gewindeeinsatzes, wobei der Gewindeein­ lauf in den umgebenden Werkstoff gepreßt wird. Hierdurch wird eine Sicherung sowohl des Gewindeeinsatzes im Halte­ teil, als auch der spielfrei gehaltenen Schraube im Gewin­ deeinsatz erreicht. Die für die Sicherung verantwortlichen Reaktionskräfte werden durch geeignete Materialwahl und Bemessung der Bauteile nicht so weit abgebaut, daß eine Reduzierung der Klemmkräfte unter das erforderliche Maß erfolgt. Deshalb ist die erfindungsgemäße Sicherung dauer­ haft und verhindert wirksam ein unbeabsichtigtes Lösen der Schraubbefestigung. Zudem hat der Gewindeeinsatz aufgrund seines Gewindeeinlaufes eine selbstschneidende Funktion.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere, vorzugsweise vier Schlitze gleichmäßig über den Umfang des Gewindeeinsatzes verteilt angeordnet, die bei ausreichender Radialverformbarkeit eine einfache Herstell­ barkeit sicherstellen, weil einander gegenüberliegende Schlitze gleichzeitig eingearbeitet werden können.

Bei einer anderen Ausgestaltung erstreckt sich jeder Schlitz in Axialrichtung etwa über die halbe Länge des Außengewindes, so daß die eingedrehte Schraube sicher im Innengewinde gehalten wird, wenn beim Erreichen des Schlitz­ bereiches die Spreizwirkung beginnt. Innengewinde und Schraubgewinde der Schraube sind dann vor einem Zerstören infolge erhöhter Eindrehmomente beim Spreizen geschützt. Überdies kann das Außengewinde neben dem Schlitzbereich als Traggewinde genutzt werden, so daß der Gewindeeinsatz hohe Befestigungskräfte übertragen kann.

Bevorzugt beträgt die Schlitzbreite etwa ein Viertel des Kerndurchmessers des Außengewindes.

Bei einer praktischen Weiterbildung ist vorgesehen, daß der Außendurchmesser des Gewindeeinlaufs in einer Konus­ mantelfläche verläuft, wodurch ein sanfter Anstieg der Spreiz- und Sicherungskräfte erreicht wird. Wenn sich gemäß einer anderen Weiterbildung an den Gewindeeinlauf ein Innengewinde anschließt, dessen Außendurchmesser in einer Zylindermantelfläche verläuft, wird eine maximale Spreiz- und Sicherungskraft nicht überschritten und hohe Belastbarkeit der Schraubbefestigung ermöglicht.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Gewindeeinsatz an der vom Gewindeeinlauf abgewandten Stirnseite einen Flansch hat. Beim Eindrehen in das Halte­ teil ist der Flansch an dessen Außenfläche andrückbar, wobei er eine zusätzliche Sicherung durch axiales Ver­ spannen des Gewindeeinsatzes bewirkt. Außerdem ist ein Montageteil an dem Flansch abstützbar, so daß Befestigungs­ kräfte ausschließlich über den Gewindeeinsatz in das Halte­ teil eingeleitet werden.

Schließlich ist bei einer praktischen Fortbildung vorge­ sehen, daß der Gewindeeinsatz an einer Stirnseite, vorzugs­ weise an einer mit einem Flansch versehenen Stirnseite, Ansatzflächen für ein Eindrehwerkzeug, insbesondere einen Außen- oder Innensechskant oder einen Kreuzschlitz hat.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, die einen erfindungsgemäßen Gewindeeinsatz und eine damit erzeugte Schraubbefestigung zeigen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Gewindeeinsatz in Vorderansicht, teilweise ge­ schnitten;

Fig. 2 einen Gewindeabschnitt desselben Gewindeeinsatzes im Längsschnitt;

Fig. 3 denselben Gewindeeinsatz in der Untersicht;

Fig. 4 denselben Gewindeeinsatz in ein Halteteil eingesetzt im Längsschnitt;

Fig. 5 eine Schraubbefestigung mit demselben Gewindeeinsatz im Längsschnitt.

Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte, hülsenförmige Gewin­ deeinsatz 1 hat einen zylindrischen Einsatzschaft 2 mit einem Außengewinde 3 konstanter Steigung und konstanten Flankenwinkels. Auf einer Stirnseite trägt der Einsatz­ schaft 2 einen Flansch 4, der zum Eindrehen des Außenge­ windes 3 mit einem Außensechskant 5 versehen ist.

Von einer anderen Stirnseite des Einsatzschaftes 2 gehen vier gerade Schlitze 6 aus, die gleichmäßig über den Um­ fang des Einsatzschaftes 2 verteilt sind und sich in des­ sen Axialrichtung etwa über seine halbe Länge erstrecken. Die Breite der Schlitze 6 beträgt etwa ein Viertel des Durchmessers des Einsatzschaftes 2, welcher dem Kerndurch­ messer des Außengewindes 3 entspricht.

Im Schlitzbereich hat das Außengewinde 3 einen Gewindeein­ lauf 3′, dessen Außendurchmesser mit zunehmendem Abstand von der geschlitzten Stirnseite zunimmt. Am inneren Ende der Schlitze 6 hat der Gewindeeinlauf 3′ seinen maximalen Außendurchmesser erreicht und hat das Gewinde 3 ein voll ausgebildetes Dreiecksprofil. Der Außendurchmesser des Gewindeeinlaufs 3′ verläuft auf einer Konusmantelfläche, so daß das Gewindeprofil zwischen geschlitzter Stirnseite und innen liegendem Ende des Schlitzes außen abgeflacht ist. Zwischen Gewindeeinlauf 3′ und Flansch 4 ist das Gewinde 3 als Traggewinde 3′′ ausgebildet, dessen Außen­ durchmesser auf einer Zylindermantelfläche verläuft.

Schließlich hat der Gewindeeinsatz auch eine durchgehende Bohrung 7 mit einem Innengewinde 8. Im Bereich des Flan­ sches 4 ist die Bohrung 7 mit einer Innenphase 9 versehen, die das Einführen einer Schraube erleichtern soll. Eine entsprechende Innenphase ist aus fertigungstechnischen Gründen auch an der geschlitzten Stirnseite des Gewinde­ einsatzes 1 ausgebildet.

Wie in der Fig. 4 dargestellt ist, wird der Gewindeeinsatz 1 zum Erstellen einer Schraubbefestigung zunächst in eine Bohrung 10 eines Halteteiles 11 eingeschraubt. Da der Ge­ windeeinsatz 1 selbstschneidende Funktion hat, ist zuvor in die Bohrung 10 kein Innengewinde eingearbeitet worden.

Da der kleinste Außendurchmesser des Außengewindes 3 am Beginn des Gewindeeinlaufs 3′ vor dem Einsetzen des Gewin­ deeinsatzes 1 ungefähr dem Innendurchmesser der Bohrung entspricht und der größte Außendurchmesser des Außengewin­ des 3 den Innendurchmesser der Bohrung erheblich übersteigt, ist das Außengewinde beim Eindrehen in die Innenwand der Bohrung eingegraben. Andererseits ist der Gewindeeinsatz 1 im Bereich der Schlitze 6 durch die Reaktionskräfte des Halteteils 11 radial etwas zusammengedrückt. Hierdurch verringert sich der Innendurchmesser des Innengewindes 8 zu geschlitzten Stirnseiten hin.

Die Fig. 5 zeigt, daß eine abschließend in den Gewinde­ einsatz 1 eingedrehte Schraube 12 den Gewindeeinsatz auf­ grund ihrer geringen Kompressibilität im Bereich der Schlitze 6 wieder auseinanderdrückt, so daß er seine ursprüngliche Form annimmt. Hierdurch wird der Gewinde­ einlauf 3′ tiefer in die Innenwand der Bohrung 10 gedrückt und eine erhebliche Klemmwirkung auf den Außenumfang des Gewindeeinsatzes 1 erzielt. Die Reaktionskräfte des Halte­ teiles 11 pflanzen sich aber auch durch die Wand des Ein­ satzschaftes 2 hindurch bis zur Schraube 12 hin fort und sichern auch diese in der Schraubverbindung.

Durch festes Schrauben des Flansches 4 gegen eine Anlage­ fläche des Halteteils 11 wird eine axiale Verspannung des Gewindeeinsatzes 1 und eine zusätzliche Sicherung erzielt. Der Flansch 4 bildet außen eine Stützfläche für ein Mon­ tageteil 13, welches andererseits über eine Unterlegscheibe 14 von einem Kopf 15 der Schraube 12 gehalten ist. Auch große Kräfte können zwischen Montageteil 13 und Halteteil 11 übertragen werden, insbesondere weil der Gewindeeinsatz 1 aufgrund des tief in das Halteteil 11 eingreifenden Trag­ gewindes 3′′ eine hohe Auszugsfestigkeit hat.

Ein erfindungsgemäßer Gewindeeinsatz kann mit beliebigen handelsüblichen Maschinenschrauben zusammenarbeiten. Ein bevorzugter Werkstoff für den Gewindeeinsatz hat die Be­ zeichnung 9S Mn Pb 28K.

Claims (8)

1. Gewindeeinsatz zum Befestigen eines Montageteils an einem Halteteil, der ein Außengewinde (3) zum Einschrauben in das Halteteil (11) und ein Innengewinde (8) zum Ein­ schrauben einer das Montageteil (13) haltenden Schraube (12) hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeein­ satz (1) mindestens einen Schlitz (6) aufweist, der sich von einer Stirnseite des Einsatzes aus in Axial­ richtung erstreckt, und daß das Außengewinde (3) im Schlitzbereich einen Gewindeeinlauf (3′) hat, dessen Außendurchmesser mit zunehmendem axialen Abstand von der geschlitzten Stirnseite zunimmt.

2. Gewindeeinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, vorzugsweise vier Schlitze (6) gleichmäßig über den Umfang des Gewindeeinsatzes (1) verteilt an­ geordnet sind.

3. Gewindeeinsatz nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich jeder Schlitz (6) in Axial­ richtung etwa über die halbe Länge des Außengewindes (3) erstreckt.

4. Gewindeeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzbreite etwa ein Viertel des Kerndurchmessers des Außengewindes (3) beträgt.

5. Gewindeeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Gewinde­ einlaufs (3′) in einer Konusmantelfläche verläuft.

6. Gewindeeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Gewindeeinlauf (3′) ein Traggewinde (3′′) anschließt, dessen Außendurchmesser in einer Zylindermantelfläche verläuft.

7. Gewindeeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeeinsatz (1) an der vom Gewindeeinlauf (3′) abgewandten Stirnseite einen Flansch (4) hat.

8. Gewindeeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeeinsatz (1) an einer Stirnseite, vorzugsweise an einer mit einem Flansch (4) versehenen Stirnseite, Ansatzflächen für ein Eindreh­ werkzeug, insbesondere einen Außen- oder Innensechskant (5) oder einen Kreuzschlitz hat.