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Die
gegenwärtige
Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Befestigungselemente
und insbesondere ein Befestigungselement, welches mindestens ein
Schraubgewinde mit mehreren vorstehenden Teilen aufweist, um verbesserte
Einführungs-
und Auszugseigenschaften zu liefern.
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Im
Gebiet der Befestigungselemente, insbesondere der Befestigungselemente
mit Gewinde, ist eine große
Auswahl an Konfigurationen bekannt und derzeit erhältlich.
Im Allgemeinen bieten Gewindebefestigungselemente einen Gewindeschaft,
an welchem ein oder mehrere Gewinde gebildet sind. Die Gewinde erzeugen
eine spiralförmige,
geneigte Ebene, welche passende Flächen einer oder mehrerer mechanischer
Komponenten kontaktiert, wenn das Befestigungselement zur Einführung oder
Entfernung gedreht wird. Verschiedene Ausgestaltungsformen von Befestigungselementen
mit Gewinde wurden speziell zum Gebrauch mit verschiedenen Materialien,
wie zum Beispiel Holz, Metallen, Verbundmaterialien, Beton und so
weiter, angepasst.
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Bei
den meisten herkömmlichen
Befestigungselementen mit Gewinde ist an dem Ende des Gewindeschafts
ein Kopf gebildet, um die Drehung des Befestigungselements in das
und aus dem Einsatzgebiet zu erleichtern. Der Schaft selbst bietet eine
untere Spitze entgegen gesetzt zum Kopf, wobei das Schraubengewinde
um den Schaft herum gebildet ist. Die Eigenschaften des Schraubengewindes bestimmen
sowohl das Drehmoment, welches erforderlich ist, um das Befestigungselement
in die Anwendung einzuführen,
das Drehmoment, welches erforderlich ist, um das Befestigungselement
zu entfernen, als auch die Kraft, die einem Herausziehen des Befestigungselements
widersteht, sobald es an seinem Bestimmungsort ist. Bei den meisten
herkömmlichen
Anwendungen ist das Schrauben-Gewinde in der Form über den
gesamten Schaft hinweg einheitlich, wobei eine Reduzierung in der
Höhe bei
bestimmten Anwendungsfällen
vorgesehen ist, wie zum Beispiel für Holz- oder Metallschrauben.
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Sonderbefestigungselemente
wurden entwickelt, welche verschiedene Merkmale entlang des Gewindes
aufweisen. Zum Beispiel wurden Schrauben entwickelt, welche Rippen
oder Vertiefungen entlang des Gewindes aufweisen, wie zum Beispiel
zur Eindringung in bestimmte Materialien während der Einführung.
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Ein
Beispiel eines solchen Befestigungselementes ist in der US-A 5 110
245 beschrieben. Diese zeigt ein Befestigungselement mit Gewinde,
beinhaltend:
einen Kopf; eine Spitze; und einen Schaft, welcher sich
zwischen dem Kopf und der Spitze erstreckt, wobei der Schaft ein
Schraubengewinde daran gebildet hat, wobei das Gewinde eine Vielzahl
von aufeinander folgenden vorstehenden Teilen einschließt, welche
von einander durch ausgesparte Teile getrennt sind, wobei sich jeder
vorstehende Teil radial über benachbarte
ausgesparte Teile erstreckt und ein jeweiliges Profil bietet, welches
ein Einlaufprofil in einer Richtung hin zur Spitze, ein Auslaufprofil
in einer Richtung hin zum Kopf und einen zentralen Abschnitt mit
einer im Wesentlichen einheitlichen radialen Abmessung bietet. Der
Scheitel des Gewindes ist in den ausgesparten Teilen entfernt, wie
es für
alle herkömmlichen
Befestigungselemente typisch ist.
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Im
Allgemeinen haben diese Ausgestaltungsformen jedoch weniger Flexibilität und keine
optimale Leistung beim Gebrauch geboten. Es gibt deshalb immer noch
einen Bedarf an verbesserten Befestigungselementen, welche an bestimmte
Zwecke und Materialien durch kreative Gewindegestaltung angepasst
werden können.
Es gibt einen besonderen Bedarf an Befestigungselementen, welche
relativ einheitliche oder konstante Einführdrehmomenteigenschaften mit
exzellentem Auszugswiderstand bieten und welche auf unkomplizierte
und günstige Weise
hergestellt werden können.
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Gemäß dieser
Erfindung ist solch ein Befestigungselement dadurch gekennzeichnet,
dass das Gewinde einen Scheitel bildet, der durch eine einzige fortlaufende
Spitze (apex) gebildet ist.
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Die
gegenwärtige
Technik liefert eine verbesserte Befestigungselementausgestaltung,
welche auf solchen Bedarf reagiert. Das Befestigungselement bietet
ein Gewinde, welches mehrere vorstehende Teile aufweist, welche
durch ausgesparte Teile getrennt sind. Bei einer besonders bevorzugten
Ausführungsform
sind zwei Gewinde (zweigängiges
Gewinde) gleichartiger Geometrie vorgesehen. Die vorstehenden Teile
können
entlang der gesamten Länge des
Gewindes zu einander identisch sein, oder können variiert werden, um die
gewünschten
Eigenschaften zu liefern. Der Einlauf (lead-in) der vorstehenden
Teile muss nicht mit dem Auslauf (lead-out) der vorstehenden Teile
identisch sein, und der Einlauf und der Auslauf der vorstehenden
Teile entlang der Länge
der Schraubengewinde kann variieren. In gleicher Weise können die
Länge,
die Höhe
(radiale Ausdehnung) und die Form der vorstehenden Teile entlang
der Länge
der Schraubengewinde variieren. Wo mehr als ein Schraubengewinde
vorgesehen ist, kann eine Überlappung
zwischen den vorstehenden Teilen, welche an einem Gewinde gebildet
sind, und dem ausgesparten Teil des anderen vorgesehen sein, um
so im Allgemeinen ein einheitliches Drehmoment während der Einführung des
Befestigungselements in einer Anwendung aufrecht zu erhalten. Der
ausgesparte Teil zwischen den vorstehenden Teilen bietet auch Stellen,
in welchen es bestimmten Materialien ermöglicht werden kann, sich anzusammeln,
wie zum Beispiel Kaltflusskunststoffe, Gips oder Beton und so weiter.
Der Auslauf der vorstehenden Teile kann so gebildet sein, dass ein
gesteigerter Auszugswiderstand geschaffen wird.
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Die
Befestigungselemente, welche in Übereinstimmung
mit den gegenwärtigen
Techniken gestaltet wurden, können
in einer großen
Auswahl an Anwendungen verwendet werden. Sie sind jedoch besonders
gut für
Anwendungen geeignet, in welchen das Befestigungselement sich direkt
mit einem oder mehreren zu befestigenden Materialien, wie zum Beispiel
Metallen, Kunststoffen, Holz, Beton und anderen Verbundmaterialien
verbindet. Die Gesamtkonfiguration der Schraubengewinde und der
vorstehenden Teile kann speziell an solche Materialien und an das
gewünschte
Niveau des Einführdrehmoments,
Auszugswiderstands und so weiter angepasst werden. Die Befestigungselemente
sind außerdem besonders
für die
Massenproduktion angepasst, wie zum Beispiel durch Gewindewalz-Formungsvorgänge.
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Besondere
Ausführungsformen
werden nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben,
in welchen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Gewinde-Befestigungselements in Übereinstimmung mit
Aspekten der gegenwärtigen
Technik ist;
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1A eine
Schnittansicht des in 1 veranschaulichten Befestigungselementes
ist, welche die Konfiguration der vorstehenden Teile zeigt, welche
in den zwei Gewinden (zweigängiges
Gewinde) der Ausführungsform
der 1 gebildet sind;
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2 eine
schematische Darstellung ist, welche ein exemplarisches Gewinde
eines solchen wie in 1 veranschaulichten Befestigungselements
zeigt;
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3 eine
schematische Darstellung ist, welche eine exemplarische Konfiguration
zweier Gewinde (zweigängiges
Gewinde) für
ein Befestigungselement, wie zum Beispiel jenes, welches in 1 veranschaulicht
ist, in Übereinstimmung
mit besonderen Aspekten der gegenwärtigen Technik zeigt;
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4 eine
schematische Darstellung ist, welche die Entwicklung von Eigenschaften
eines Gewindes für
ein Befestigungselement des in 1 veranschaulichten
Typs in Übereinstimmung
mit Aspekten der gegenwärtigen
Technik zeigt;
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5 eine
schematische Darstellung ähnlich
der der 2, 3 und 4 ist,
welche eine besonders bevorzugte Konfiguration eines Doppelgewinde-Befestigungselements
in Übereinstimmung mit
Aspekten der gegenwärtigen
Technik zeigt;
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6 eine
Draufsicht zweier Gewinde (zweigängiges
Gewinde) ist, welche vertikal auseinander gezogen gezeigt sind,
welche die Überlappung
zwischen Teilen der Gewindegänge
veranschaulicht;
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7 eine
Draufsicht eines Teils eines Werkzeugs ist, welches beim Bilden
eines Formwerkzeugs (die) zur maschinellen Herstellung der Befestigungselemente
eines solchen Typs, wie er in 6 veranschaulicht
ist, bei einem Gewindewalzvorgang verwendet werden kann;
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8 ein
Aufriss einer Fläche
eines exemplarischen Formwerkzeugs ist, welche unter Nutzung eines
Werkzeugs, wie zum Beispiel dem, welches in 7 veranschaulicht
ist, gebildet wurde;
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9 ein
Flussdiagramm ist, welches exemplarische Schritte bei einem Herstellungsprozess
zur Erzeugung von Befestigungselementen in Übereinstimmung mit der gegenwärtigen Technik
durch Funkenerodieren (electric discharge machining) der Formwerkzeuge
und Walzformen der Gewinde veranschaulicht;
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10 eine
perspektivische Ansicht einer alternativen Konfiguration für ein Befestigungselement, welches
ein einziges Gewinde aufweist, in Übereinstimmung mit Aspekten
der gegenwärtigen
Technik ist; und
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11 eine
grafische Wiedergabe von Drehmomenten ist, welchen zur Einführung eines
Doppelgewinde-Befestigungselementes in Übereinstimmung mit den Aspekten
der gegenwärtigen
Technik begegnet wird.
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Sich
jetzt den Figuren zuwendend und als erstes auf 1 Bezug
nehmend, ist ein exemplarisches Befestigungselement veranschaulicht,
welches in Übereinstimmung
mit Aspekten der gegenwärtigen
Technik gebildet ist und allgemein durch die Bezugszahl 10 bezeichnet
ist. Das Befestigungselement 10 beinhaltet einen Kopf 12,
eine Spitze 14 und einen Gewindeschaftabschnitt 16.
Jeder geeignete Kopf und Spitzenteil kann in dem Befestigungselement
verwendet werden, so wie der Sechskantkopf (hex head), welcher in 1 veranschaulicht
ist. Der Spitzenteil kann im Durchmesser dem Gewindeschaftteil ähnlich sein
oder profiliert sein, um so die Einführung in bestimmte Materialien
zu erleichtern.
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Bei
der veranschaulichten Ausführungsform weist
das Befestigungselement 10 ein oder mehrere Gewinde (ein-
oder mehrgängige
Gewinde) auf, welche in Übereinstimmung
mit Aspekten der gegenwärtigen
Technik konfiguriert sind. Bei der in 1 veranschaulichten
Ausführungsform
sind zwei solcher Gewinde (zweigängiges
Gewinde) 18 und 20 vorgesehen und weisen ähnliche
oder identische Konfigurationen auf, wobei sie um 180 Grad versetzt
an entsprechenden Positionen entlang des Schafts 16 angeordnet
sind. Wie unten beschrieben können
die Konfigurationen zwischen den mehreren Gewinden (mehrgängige Gewinde)
auch dort verschieden sein, wo solche mehrere Gewinde vorgesehen
sind, und die Konfigurationen können
sich entlang der Länge eines
jeden Gewindes entwickeln. Selbst wo ein einziges Gewinde vorgesehen
ist, können
sich, wie unten erläutert
wird, entlang des einzigen Gewindes gebildete Merkmale zwischen
der Spitze 14 und dem Kopf 12 entwickeln. Im Allgemeinen
bietet jedes Gewinde einen ausgesparten Teil 22 und eine
Reihe von vorstehenden Teilen 24, die sich von dem ausgesparten
Teil erheben. Die besonderen Formen der ausgesparten Teile und die
vorstehenden Teile, welche an den Gewinden vorgesehen sind, sowie
gegenwärtig bevorzugte
Verfahren zum Bilden dieser Merkmale werden weiter unten detaillierter
beschrieben.
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1A veranschaulicht
eine Schnittansicht durch das Befestigungselement der 1.
Wie in 1A gezeigt, sind die vorstehenden
Teile 24, welche entlang des Schafts des Befestigungselements gebildet
sind, mit Bezug auf einander angeordnet, um ein gewünschtes
Muster bzw. eine Struktur für
den Eintritt und den Austritt der vorstehenden Teile in ein zu befestigtendes
Material zu liefern. Insbesondere sind die vorstehenden Teile 24,
welche an dem Gewinde 18 gebildet sind, so angeordnet,
dass sie den Ausnehmungen entsprechen, die zwischen vorstehenden
Teilen am Gewinde 20 gebildet sind. Wie weiter unten detaillierter
beschrieben wird, wurde herausgefunden, dass die veranschaulichte
Konfiguration einander entsprechender Positionen für Aussparungen
und abstehende Teile an dem Doppelgewinde-Befestigungselement die Einführung erleichtert, den
Widerstand gegenüber
einem Herausziehen steigert und Positionen bietet, in welchen sich
Material sammeln oder bewegen kann. Anhand der Veranschaulichung
der 1A kann auch festgestellt werden, dass in der
gegenwärtig
bevorzugten Konfiguration zwei vorstehende Teile 24 für jede Umdrehung der
Gewinde 18 und 20 angeordnet sind, wobei die vorstehenden
Teile von einander um 180 Grad versetzt sind.
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2 veranschaulicht
ein exemplarisches Gewindeprofil für eines der Gewinde in einem
Befestigungselement des in 1 veranschaulichten Typs.
In der schematischen Darstellung der 2, bezieht
sich die Bezugszahl 26 auf den Grund (root) des Gewindes,
während
sich die Bezugszahl 28 auf das Gewindescheitelprofil selbst
bezieht. Der Erläuterung
zuliebe sind mehrere Profile mit ausgesparten Teilen veranschaulicht,
einschließlich
eines ersten ausgesparten Teils 30, eines zweiten ausgesparten Teils 32 und
eines dritten ausgesparten Teils 34. Entlang der Länge des
Gewindeprofils 28 können
diese ausgesparten Teile als aufeinander folgende Merkmale N + 1
und N + 2 bezeichnet werden. In gleicher Weise werden eine Reihe
vorstehender Teile zwischen den ausgesparten Teilen gebildet, einschließlich eines
ersten vorstehenden Teils 36 in der Nachbarschaft des ausgesparten
Teils 30, eines zweiten vorstehenden Teils 38 in
der Nachbarschaft des ausgesparten Teils 32 und eines dritten
vorstehenden Teils 40 in der Nachbarschaft des ausgesparten
Teils 34. Auch diese vorstehenden Teile können als
aufeinander folgende Merkmale N, N + 1 und N + 2 bezeichnet werden.
Bei der in 2 veranschaulichten Ausführungsform
ist jeder der ausgesparten Teile 30, 32 und 34 allgemein
mit einem anderen identisch, während
jeder der vorstehenden Teile 36, 38 und 40 gleicherweise
mit einem anderen identisch ist. Das heißt, die Länge, Höhe (radiale Ausdehnung), die
Form und benachbarte Merkmale eines jeden dieser ausgesparten Teile
und vorstehenden Teile sind ähnlich zwischen
den aufeinander folgenden Niveaus N, N + 1 und N + 2.
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Auch
wenn die identischen Merkmale entlang der Länge des Gewindeprofils in bestimmten Anwendungen
höchst
wünschenswert
sein können, ermöglicht die
gegenwärtige
Technik auch, dass die Merkmale entlang der Länge des Gewindes variiert werden
können.
Bei der in 2 veranschaulichten Ausführungsform
bietet zum Beispiel jeder vorstehende Teil ein Einlaufprofil und
ein Auslaufprofil, welches auf bestimmte Anwendungen zugeschnitten werden
kann, um so ein gewünschtes
Einführdrehmoment
und Auszugswiderstand zu liefern. Bei der in 2 veranschaulichten
Ausführungsform
hat der vorstehende Teil 36 bei dem Niveau N zum Beispiel einen
Einlauf 42 und einen Auslauf 44, während die vorstehenden
Teile 38 und 40 bei den Niveaus N + 1 und N +
2 die Einläufe 46 bzw. 50 und
die Ausläufe 48 bzw. 52 aufweisen.
Wie weiter unten detaillierter beschrieben ist, können diese Merkmale
entlang der Länge
des Befestigungselements verändert
werden, um abweichende Eigenschaften zu liefern, wie zum Beispiel
ein niedriges Einführdrehmoment
in der Nähe
der Spitze des Befestigungselements mit größerem Einführdrehmoment, wenn das Befestigungselement
fortschreitend eingeführt
wird oder anders herum. Gleichermaßen kann der Auszugswiderstand durch
Verändern
derselben Einlauf- und Auslaufprofile variiert werden. Wie durch
Fachleute geschätzt werden
wird, hat im Allgemeinen das Einlaufprofil eine größere Auswirkung
auf das Einführdrehmoment,
während
das Auslaufprofil eine größere Auswirkung
auf den Auszugswiderstand hat.
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Andere
Merkmale des in 2 veranschaulichten Gewindeprofils 28 können ebenfalls
für bestimmte
Anwendungen angepasst werden. Beispielsweise weist jeder ausgesparte
Teil 30, 32 und 34 eine Länge auf,
wie zum Beispiel die Länge 54,
welche für den
ausgesparten Teil 32 veranschaulicht ist, welche über die
Länge des
Befestigungselements variiert werden kann. Das heißt, die
ausgesparten Teile in den Niveaus N, N + 1 und N + 2 können von
einander verschieden sein, wenn gewünscht. Gleichermaßen weist
jeder vorstehende Teil 36, 38 und 40 eine
vorbestimmte Länge
auf, welche durch die Bezugszahl 56 für den vorstehenden Teil 38 dargestellt
ist, welche entlang der Länge
des Befestigungselements zwischen den jeweiligen Einlauf- und Auslaufprofilen angepasst
und variiert werden kann. Außerdem
kann die Höhe
der ausgesparten Teile, wie bei Bezugszahl 58 bezeichnet,
genauso wie die Höhe 60 der
vorstehenden Teile verändert
werden. Andere Merkmale, wie zum Beispiel die Konfiguration und
die Form der vorstehenden Teile und der ausgesparten Teile können ebenfalls
geändert
werden oder entwickeln sich entlang der Länge des Befestigungselements,
wie unten detaillierter beschrieben ist.
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Wo
mehr als ein Gewinde am Befestigungselement vorgesehen ist, können die
Merkmale entlang eines jeden Gewindes einfach wiederkehren oder
sie können
sich getrennt entlang deren Länge entwickeln,
und die Merkmale können
allgemein angeordnet sein, um einander auf vorbestimmte Weisen entlang
der Länge
des Schafts zu entsprechen. 3 veranschaulicht
zum Beispiel Profile eines Paars von Gewinden 62 und 64,
welche je ausgesparte Teile und vorstehende Teile, wie oben mit
Bezug auf 2 beschrieben, bieten. Zusätzlich können neben
der Möglichkeit zur
Anpassung oder zum Zuschneiden der vorstehenden Teile und der ausgesparten
Teile entlang der Länge
eines jeden Gewindes die Positionen dieser Merkmale in entsprechenden
Weisen vorgesehen sein, zum Beispiel derart, eine Überlappung 66 zwischen
Einlauf- und Auslaufbereichen oder anderen Bereichen der Gewindegänge und
Trennungen 68 zwischen solchen Merkmalen vorzusehen. Dort
wo zum Beispiel zwei Gewinde vorgesehen sind, können Auslaufteile von vorstehenden Teilen
von einem Gewinde angeordnet sein, um mit Einlaufteilen vorstehender
Teile von dem zweiten Gewinde überein
zu stimmen. Folglich kann ein relativ gleichmäßiges Einführdrehmoment erreicht werden, indem
der vorstehende Teil, welcher in das zu befestigende Material getrieben
wird, zwischen den beiden Gewinden abwechselt. Gleichzeitig arbeiten
die mehreren Ausläufe
der vorstehenden Teile jedes Gewindes beim Widerstehen eines Herausziehens
zusammen.
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4 veranschaulicht
eine exemplarische Ausführungsform
eines Gewindeprofils, wobei sich Merkmale, einschließlich ausgesparter
Teile und vorstehender Teile, entlang der Länge des Gewindes entwickeln.
Wie in 4 gezeigt, verbindet sich ein erster ausgesparter
Teil 30 an einem Niveau N entlang des Gewindes mit einem
ersten vorstehenden Teil 36 an dem Niveau N durch einen
Einlauf 42. Der vorstehende Teil 36 verbindet
sich dann mit einem zweiten ausgesparten Teil 32 an einem
Niveau N + 1 durch einen Auslauf 44. Sowie das Gewinde
fortläuft, verbinden
sich dann die vorstehenden Teile 38 und 40 mit
den ausgesparten Teilen 32 und 34 durch die Einläufe 46 bzw. 50,
wobei die vorstehenden Teile 38 und 40 in Ausläufen 48 bzw. 50 enden.
An jedem Niveau N, N + 1 und N + 2 können dann verschiedene Winkel
und Formen für
die Einläufe
und Ausläufe
vorgesehen sein, um die oben beschriebenen gewünschten Einlauf- und Auszugswiderstands-Eigenschaften
zu liefern.
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Wie
in 5 veranschaulicht ist, stimmen, in einer besonders
bevorzugten gegenwärtigen
Konfiguration, die Einlaufprofile eines Doppelgewinde-Befestigungselements
in ihrer Anordnung um den Schaft mit den Anordnungen der Auslaufprofile
des zweiten Gewindes überein.
Außerdem
wurde, wie in 5 gezeigt, herausgefunden, dass
ein relativ flacher Einlaufwinkel, wie zum Beispiel 15 Grad, die Einführung des
Befestigungselements in Anwendungen erleichtert. Ein hervorragender
Auszugswiderstand wurde bei Auslaufwinkeln gefunden, welche relativ
steil sind, in der Größenordnung
von 45 Grad bei der in 5 veranschaulichten Ausführungsform. Folglich
müssen,
wie oben ausgeführt,
die Einlauf- und Auslaufprofile nicht miteinander identisch sein, und
es kann herausgefunden werden, dass optimierte Profile, wie zum
Beispiel eine 15 Grad/45 Grad – Konfiguration
der 5, für
bestimmte Anwendungen optimal sind.
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6 veranschaulicht
ein Paar von Gewinden für
ein Befestigungselement des in 1 gezeigten
Typs, welches mit ausgesparten Teilen und vorstehenden Teilen ausgestattet
ist, welche einander in der Anordnung entsprechen und wie in 3 allgemein
veranschaulicht überlappen.
Die Bezugszahlen an dem ersten Gewinde 62 sind bezeichnet,
um jenen in 2 veranschaulichten Merkmalen
zu entsprechen, einschließlich
der ausgesparten Teile 30, 32 und 34 und
der vorstehenden Teile 36 und 38. Ähnliche
oder identische ausgesparte Teile und vorstehende Teile sind entlang
des zweiten Gewindes 64 vorgesehen. In der Draufsicht der 6 kann
jedoch erkannt werden, dass sich die Form eines jeden Gewindes,
allgemein durch die Bezugszahl 70 bezeichnet, entlang der
Länge des
Gewindes zwischen der Spitze des Befestigungselements und dem Kopf entwickeln
kann. Die Breite 72 eines jeden vorstehenden Teils kann
entlang der Länge
des Gewindes identisch sein oder variiert werden. In gleicher Weise kann
die Einlauf-Form 74 modifiziert werden, um die gewünschten
Leistungseigenschaften zu liefern, insbesondere das Einführdrehmoment.
Die Auslaufbereich-Form 76 kann in einer ähnlichen
Weise zugeschnitten werden. Im Allgemeinen können diese Merkmale konturiert,
abgewinkelt oder anderweitig angepasst sein und müssen, wie
oben erwähnt,
nicht über
die Länge
des Gewindes identisch sein.
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Verschiedene
Techniken können
zur Herstellung von Befestigungselementen in Übereinstimmung mit den oben
beschriebenen Merkmalen verwendet werden. Bei einem gegenwärtig bevorzugten Verfahren,
wird Funkenerosionsbearbeitung (electric discharge machining) (EDM)
verwendet, um Formwerkzeuge zu erzeugen, welche dann verwendet werden,
um Befestigungselementrohlinge mit Gewinde zu walzen. Um die Erzeugung
der Formwerkzeuge zu erleichtern, werden EDM-Prozesse verwendet, um
die Merkmale zu erzeugen, die sich entlang der Länge eines gewinderollenden
bzw. -walzenden Formungs-Formwerkzeugs des im Fachgebiet allgemein bekannten
Typs entwickeln. 7 veranschaulicht einen exemplarischen
Bearbeitungsvorgang für
ein EDM-Werkzeug, welches bei dieser Technik verwendet wird. Wie
in 7 gezeigt, kann das Werkzeug, welches allgemein
durch die Bezugszahl 78 bezeichnet ist, aus jedem geeigneten
Material gebildet werden, für
EDM-Prozesse typischerweise aus Graphit. Das Werkzeug bietet vorstehende
Teile 80, welche allgemein ähnlich den vorstehenden Teilen
sind, welche an dem sich ergebenden Befestigungselement gebildet
werden, und ausgesparte Teile 82, ähnlich den ausgesparten Teilen
der Gewinde, welche am Befestigungselement gewünscht werden. Wo eine Entwicklung
der Merkmale entlang der Länge
der Gewinde gewünscht
ist, werden diese sich in ähnlicher Weise
entlang der Länge
der vorstehenden Teile und ausgesparten Teile entwickeln, welche
an dem EDM-Werkzeug
gebildet sind. Eine Erzeugung der vorstehenden Teile und der ausgesparten
Teile kann in jeder geeigneten Weise ausgeführt werden, wie zum Beispiel
durch Fräsvorgänge (milling
operations), wie in 7 veranschaulicht ist. Bei der
Ausführungsform
der 7 werden die Merkmale durch Endfräsen entlang
der Werkzeugblöcke
(pads) 84, 86, 88 und 90 geformt,
um die Gewindeprofile und die Räume,
welche die Gewinde trennen, zu bilden. Ähnliche Bearbeitungsvorgänge werden
entlang der gesamten Oberfläche
des EDM-Werkzeugs nach Bedarf ausgeführt, abhängig von der Größe des sich
ergebenden Formwerkzeugs.
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8 veranschaulicht
ein Formwerkzeug zum Gewindewalzen eines Befestigungselements, welches
durch den Gebrauch eines solchen Werkzeugs, wie dem, welches in 7 gezeigt
ist, gebildet wurde. Wie durch Fachleute geschätzt werden wird, beinhalten
solche gewindewalzenden Formwerkzeuge, welche allgemein durch die
Bezugszahl 92 in 8 bezeichnet
sind, einen Schärfungsabschnitt 94 und
einen gewindeformenden Abschnitt 96. Nuten oder Rillen
sind entlang des Formwerkzeuges gebildet, wie in 8 gezeigt,
um das Ziehen des Befestigungselementrohlings entlang des Formwerkzeugs
zu erleichtern. Wie ebenfalls durch Fachleute geschätzt werden
wird, werden solche Formwerkzeuge typischerweise paarweise verwendet, wobei
eines stationär
ist und ein zweites Formwerkzeug oszilliert, um den Befestigungselementrohling dazwischen
hindurch zu ziehen und zu drehen und die Gewinde zu bilden. Durch
einen Einstich-EDM-Prozess (plunge EDM process) werden dann die
Merkmale entlang des Formwerkzeugs entsprechend den vorstehenden
Teilen und den ausgesparten Teilen des Gewindes des Befestigungselements
gebildet. Durch Verwendung eines wie in 7 veranschaulichten
Werkzeugs 78 bietet dann ein wie in 8 veranschaulichtes
Formwerkzeug eine Reihe von linearen Aussparungen einschließlich relativ
tieferer Aussparungen 98, welche den gewünschten
vorstehenden Teilen entlang den Gewinden entsprechen, und relativ
flachere Aussparungen 100, welche den ausgesparten Teilen
entlang des Gewindeprofils entsprechen. Es wurde herausgefunden,
dass der Gebrauch von Einstich-EDM-Prozessen zur Herstellung der
Formwerkzeuge für
die gegenwärtigen
Befestigungselementprofile die Produktion der Formwerkzeuge und
die Bildung der gewünschten
Profile entlang des Befestigungselements erheblich erleichtert,
insbesondere dort, wo diese Profile variiert werden können.
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9 ist
ein Flussdiagramm, welches exemplarische Schritte in einem Prozess
zur Herstellung der Formwerkzeuge und Befestigungselemente in Übereinstimmung
mit Aspekten der oben beschriebenen Technik veranschaulicht. Das
Verfahren, welches allgemein durch die Bezugszahl 102 in 7 bezeichnet
ist, beginnt mit der Bearbeitung des EDM-Werkzeugs bei Schritt 104.
Wiederum kann Schritt 104 beliebige geeignete Bearbeitungsprozesse
einschließen,
wie zum Beispiel das Fräsen
der Merkmale, welche an dem resultierenden Befestigungselement gewünscht werden.
Als Schritt 106 werden die Gewindewalzformwerkzeuge durch
Einstich-EDM-Prozesse
gebildet, um die fortschreitenden gewindebildenden Ausnehmungen,
wie oben mit Bezug auf 8 beschrieben, zu erzeugen.
Bei Schritt 108 werden Befestigungselementrohlinge gebildet.
Wie durch Fachleute geschätzt
werden wird, beinhalten solche Rohlinge typischerweise eine gewindefreie
Schaftabmessung, um genügend
Material für
die Gewinde zu liefern, welche an dem Schaft während des Gewindewalzvorgangs
eingerichtet werden. Schließlich
werden bei Schritt 110 die Gewinde mit vielen vorstehenden
Teilen auf die Rohlinge unter Nutzung speziell angepasster Formwerkzeuge,
wie jenen, welche in 8 veranschaulicht sind, gewalzt.
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10 veranschaulicht
eine alternative Ausführungsform
in Übereinstimmung
mit Aspekten der vorangegangenen Technik, wobei ein einziges Gewinde
vorgesehen ist. Auch wenn die Doppelgewinde-Konfiguration eine ausgezeichnete
Drehmoment charakteristik liefert, können bei bestimmten Anwendungen
Aspekte der gegenwärtigen
Technik mit einem einzigen Gewinde eingearbeitet werden. Daher beziehen
sich bei der Ausführungsform
von 10 die Bezugszahlen auf Gewindegänge des
jeweiligen Gewindes anstatt auf separate Gewinde 18 und 20.
Zur Verstärkung
des Einführdrehmoments und
des Auszugswiderstands können
jedoch die vorhergehenden Lehren mit Bezug auf das Vorhandensein
von vorstehenden Teilen 24 und die Konfiguration der vorstehenden
Teile, Unterschiede zwischen vorstehenden Teilen, Unterschiede zwischen Einlauf-
und Auslaufprofilen, und so weiter, in das Ein-Gewinde-Befestigungselement
aufgenommen werden.
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Wie
oben festgestellt, sorgt die gegenwärtige Technik für ein ausgezeichnetes
Einführdrehmoment und
hohen Widerstand gegenüber
einem Herausziehen. 11 veranschaulicht ein exemplarisches
Einführdrehmoment
eines Befestigungselements, welches zwei Gewinde mit entsprechend
angeordneten vorstehenden Teilen und ausgesparten Teilen, wie oben
beschrieben, aufweist. Wie in 11 gezeigt, bezieht
sich die Bezugszahl 120 auf eine Drehmomentkurve für Einführdrehmomente,
wenn das Befestigungselement in ein Basismaterial eingeführt wird.
Wie in der Figur veranschaulicht ist, beginnt die Drehmomentkurve
bei einem ziemlich niedrigen Niveau 122, wenn mit der Einführung des
Befestigungselements begonnen wird. Danach steigt das Drehmoment
etwas in einem mittleren Bereich 124 an, bleibt jedoch
relativ konstant im Vergleich zu herkömmlich gezackten (lobed) Befestigungselementen. Obwohl
etwas Schwankung dort anzutreffen sein kann, wo vorstehende Teile
mit dem Eintritt in das Material beginnen, wurde herausgefunden,
dass solche Änderungen
im Einführdrehmoment
extrem minimal sind. Wie ebenfalls oben festgestellt wurde, bietet
die gegenwärtige
Technik ein Befestigungselement, welches ausgezeichneten Widerstand
gegenüber
einem Herausziehen aufweist. Es wurde insbesondere herausgefunden,
dass Verhältnisse über 1:1 hinaus
durch die gegenwärtige
Technik erreicht werden können
(d.h. Auszugs- zu Einführdrehmomenten).
Während
herkömmliche
Befestigungselemente Verhältnisse
in der Größenordnung
von 0.8:1 erreichen können,
haben Tests gezeigt, dass Doppelgewinde-Befestigungselemente, welche in Übereinstimmung
mit den vorangegangenen Lehren konfiguriert sind, Verhältnisse
in der Größenordnung
von 1.1:1 (in Materialien wie zum Beispiel Nylon) und höher erreichen
können.