DE6802959U

DE6802959U - Gewindeeinsatz zum eintreiben in eine bohrung eines werkstuecks

Info

Publication number: DE6802959U
Application number: DE6802959U
Authority: DE
Inventors: Rosan Sen. Jose
Original assignee: Rosan Engineering Corp
Current assignee: Rosan Engineering Corp
Priority date: 1967-10-19
Filing date: 1968-10-18
Publication date: 1977-11-10
Also published as: NL6811381A; DE1803967A1; US3461936A; FR1588661A; SE349640B; GB1241338A; CH509516A

Description

Rancho San Juan, San Juan Capistrano, Calif., V.St.A,

ROSAN ENGINEERING CORPORATION 2841 West Coast Highway Newport Beach, Calif.. USA

Gewindeeinsatz zum Eintreiben in eine Bohrung eines Werkstücks

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gewindeeinsatz zum Eintreiben in eine 3ohrung eines Werkstücks; an dem Kauptteil des Gewindeeinsatzes sind Flanschen solcher Form angebracht, daß der Einsatz hohen Zugbeanspruchungen zu widerstehen vermag, ohne merkliche Bewegungen gegenüber dem Werkstück auszuführen.

Gewindeeinsätze haben zunehmende Verbreitung als einschlagbare Bauelemente mit einem Innengewinde gefunden, jedoch ist bei den bekannten Ausführungsformen die- für den Einbau erforderliche Kraft, d.h. die Eintreibkraft, übermäßig hoch, verglichen mit den Belastungsmöglichkeiten des Elements durch Kräfte in axialer Richtung. Das ist in erster Linie darauf zurückzuführen·, daß bei den derzeit verwendeten Gewindeeinsätzen die gesamte Querschni'ttsfläche des Halteflanschs tief in das Werkstück eingeführt

oder eingeschlagen werden muß, wobei eiine übermäßig hohe Eintreibkraft aufzuwenden ist. Da der Halteflansch (z.B. der gezähnte Plansch nach meinem USA-Patent 3 125 1146) praktisch den gesamten Beitrag zur Belastbarkeit der heute üblichen Gewindeeinsätze liefert, ist deren Zugbelastbarkeit sehr begrenzt.

Wegen der begrenzten axialen Zugbelastbarkeit der üblichen Gewin- \ deeinsatze und der Anordnung der Sperrzähne am Umfang des wirk- ■ samen Einsatzflanschs erreichen beim Verwenden von Bolzen u.dgl., , die höhere Zugkräfte ausüben, <*..ie Zugbelastungen bald die Eintreibekräfte der Gewindeeinsätze oder überschreiten sie, was zur Folge hat, daß die Gewindeeinsätze durch das Werkstück gezogen werden und die Gesamtkonstruktion unbrauchbar wird. Wegen der genannten Umstände können also die bisher üblichen Gewindeeinsätze nicht als konstruktionsmäßi_ einsetzbare Befestigungsmittel verwendet werden.

Diese Nachteile werden durch das erfindungsgemäße Befestigungselement überwunden, das zwischen dem Führungsflansch und einem ringförmigen Stützflansch mit Abstand gegen beide einen mit Zacker versehenen Halteflansch aufweist. Indem die Zacken an den Umfang eines nichtbelasteten Flansche gebracht werden, dessen Durchmesser geringer ist als der eines üblichen Gewindeeinsatzes, so daß die Zähnezahl längs des Flanschumfangs kleiner wird, und indem der Durchmesser an den Zahnwurzeln kleiner gewählt wird als der Durchmesser der Einsatzbohrung im Werkstück, weshalb die Zähne schneiden und kein Kaltfließen verursachen, wird die Größe

der Zahn- und Planschfläche, der sich das Werkstück während der Axialbewegung des Befestigungselements beim Eintreiben entgegenstellt, verkleinert, wodurch eine erhebliche Verminderung der erforderlichen Eintreibkräfte im Verhältnis zu einem üblichen Gewindeeinsatz erzielbar ist.

Dieser gezähnte Halteflansch "trägt", wie erwähnt, nur einen zu vernachlässigenden Anteil der auf das Befestigungsmittel ausgeübten Zugbelastung, denn praktisch die gesamte Belastung wird von dem ringförmigen Stützflansch aufgenommen. Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Befestigungsmittel nicht nur ein wegen seines günstigen Verhältnisses von Belastbarkeit zu Eintreibkraft sehr wirkungsvolles, konstruktionsmäßig verwendbares Bauelement darstellt, sondern daß auch die erforderliche Eintreibkraft etwa dreimal niedriger ist als sie für die bisher üblichen Gewindeeinsätze erforderlich war, wobei die bekannten Einsätze trotzdem keine ausreichende Sicherung gegen Herausziehen und Herausdrehen boten. Der Gegenstand der Erfindung bietet demgegenüber nicht nur ausreichende Sicherheit gegen Herausziehen und Herausdrehen, sondern er erfordert nur ein Drittel der Eintreibkraft, verglichen mit den bisher üblichen Gewindeeinsätzen.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist daher ein einfaches, billig herzustellendes Befestigungselement, das hohen Zugbeanspruchungen widersteht und in einem Werkstück gegen axiale und Drehverschiebungen gesichert ist.

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Wei':er stellt die Erfindung ein einfaches Befestigungselement dar, das die genannten Eigenschaften besitzt und mit einfachen Werkzeugen einsetzbar ist. Der Gewindeeinsatz soll mit dem Werk- · stück eine starke mechanische Verbindung eingehen. Dazu wird der Gewindeeinsatz in einem Werkstück sicher durch eine mechanische Sperre gehalten, die durch Ausschneiden und Verdichten eines Teils des Werkstückmaterials gebildet wird. Ein Teil des Befestigungselements kann zu diesem Zweck während des Eintreibens des Einsatzes verformt werden.

In der folgenden Beschreibung werden mehrere Ausführungsformen der Erfindung an Hand von Zeichnungen erläutert, die folgendes darstellen:

Iig.1: eine teilweise geschnittene Ansicht des erfindungsgemäßen Befestigungselements in einer Stellung oberhalb der in einem Werkstück vorgesehenen Bohrung zur Aufnahme des Befestigungselements;

Pig.2: eine Druntersicht unter das Befestigungselement nach Pig.1;

Fig.3: eine Ansicht des zum Teil geschnittenen Befestigungselements nach Pig.1 nach dessen Einsetzen in die Werkstückbohrung;

Fig.4: eine Ansicht einer zum Teil geschnittenen, abgeänderten Ausführungsform der Erfindung mit einer Gewindebohrung, die den Einsatzkörper nicht vollständig durchdringt;

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Fig.5: eine Ansicht einer zum Teil geschnittenen, nochmals abgeänderten Ausführungsform der Erfindung, wonach das Befestigungselement einen zylindrischen Rand aufweist, der später zu einem Radialflansch umgebogen wird, wodurch eine Aufnahmenut für Späne gebildet wird und gleichzeitig ein Schutz gegen Axialverschiebung des Einsatzes;

Pig,6: eine Ansicht des zum Teil geschnittenen Einsatzes nach Fig.5 nach dem Einsetzen in eine Werkstückbohrung, wobei dargestellt ist, wie der Rand des Befestigungselements eng gegen die Werkstückunterseite umgebogen ist und zusammen mit dem Räumflansch eine Nut zur Aufnahme von Spänen bildet.

In den Figuren 1 bis 3 wird das erfindungsgemäße Befestigungselement insgesamt mit 10 bezeichnet. Es besteht aus einem Hauptteil 11 mit einem radialen Führungsflansch 12 und einem Räumflansch 13, der von jenem einen Abstand in axialer Richtung hat, so daß eine Ringnut 14 zur Aufnahme von Spänen gebildet wird. Der Räumflansch 13 weist in Längsrichtung verlaufende Zacken 15 auf, die am Umfang des Flanschs sitzen. Die Zacken 15 sind vorzugsweise mit nach unten vorspringenden Fortsätzen 16 versehen, so daß sie die Form eines Zahns erhalten.

Der Durchmesser des Räumflanschs 13, über die äußeren Zackenkanten 17 gemessen, ist größer als der Durchmesser der werkstückbohrung 18 des Werkstücks 19, und der Durchmesser des Räumflanschs in den Wurzeln 20 der Zacken gemessen, ist geringer als der Durch-

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messer der Werkstückbohrung 18. Wird auf das Befestigungselement 10 eine Axialkraft ausgeübt, so berührt der Führungsflansch 12 die Wände der Werkstückbohrung 18 und leitet das Befestigungselement in die Bohrung. Während der Axialverschiebung des Befestigungselements 10 in der Werkstückbohrung 18 schneiden die Zähna 16, die an dem Räumflansch 13 angebracht sind, in die Werkstückoberseite 21 ein, wodurch mit dem Werkstück zusammenhängende, gewickelte Späne 22 aus dem Material des Werkstücks erzeugt werden, die dann in der Ringnut 14 aufgenommen und dort verdichtet werden. Weil das Werkstückmaterial, d.h. die Späne 22, in der Ringnut 14 gesammelt und verdichtet werden, ist eine Axialverschiebung des Befestigungselements 10 nach außen nicht mehr möglich.

Da der Durcmesser an den Wurzeln 20 der Zacken 15 geringer ist als der der Werkstückbohrung 18, kommen die Zackenwurzeln nicht mit dem Material des Werkstücks in Berührung, und daher wird die Abwärtsbewegung des Befestigungselements durch die Zackenwurzeln nicht behindert. We^en der besonderen Ausbildung und Größenverhältnisse der Zacken 15 ergibt es sich, daß der Zackenkranz wie eine Reihe von Räumwerkzeugen wirkt, die das Werkstückmaterial in die Ringnut 14 hinein schneiden und dort verdichten. Auf diese Weise wird eine mechanische Verriegelung hergestellt, wodurch eiijfcreisring von mit dem Werkstück 19 zusammenhängenden Werkstückmaterialteilen über den Führungsflansch 12 geschoben wird und dadurch die Axialbewegung des Befestigungselements nach außen verhindert wird.

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Bei axialer Verschiebung des Befestigungselements 10 in die Werkstückbohrung 18 hinein und bei gleichzeitigem Eindringen der Zakken 15 in das Werkstück 19 bilden die nicht geschnittenen Teile dieses Werkstückmaterials in den Zwischenräumen zwischen den Kämmen 17 der Räumflanschzacken 15 eine mechanische Sperre, die danach jede Verdrehung des Befestigungselements gegenüber dem Werkstück verhindert. Man erkennt daraus, daß das Zusammenwirken der beiden mechanischen Sperren, nämlich der eben beschriebenen Sperrung gegen Verdrehen und der Sperrung, die durch die Verdichtung von Werkstückmaterial in der Ringnut 14 des Befestigungselements hervorgerufen wird, dazu führt, daß das Befestigungselement in dem Werkstück wirksam gehalten wird und als Bestandteil des Werkstücks betrachtet werden kann.

Von dem Räumflansch 13 durch eine Ringnut 23 in Längsrichtung enfernt befindet sich der Stützflansch 24, der sich von dem Hauptteil 11 des Befestigungselements radial nach außen erstreckt. Der Stützflansch 24 übt zwei Punktionen aus; zunächst gewährleistet er, daß das Befestigungselement bis zu einer gleichbleibenden vorbestimmten Tiefe in das Werkstück eingetrieben wird, und außerdem verhindert er,nach seinem Auftreffen auf die Oberseite 21 des Werkstücks das weitere axiale Eindringen in das Werkstück. Wenn somit eine Gewindestange oder eine Schraube, die in das Befestigungselement 10 eingedreht wurde, angezogen wird, so wird das Befestigungselement nicht infolge der dabei entstehenden Zugbelastung durch das Werkstück hindurchgezogen, sondern das Befestigungselement stößt wegen des vorstehenden

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Stützflanschs 24 gegen die Oberseite 21 des Werkstücks und ver- \ hindert jede weitere Abwärtsbewegung des Befestigungselements. i

Es ist zu beachten, daß die Oberfläche um die V/erkstückbohrung, insbesondere an den Zwischenräumen zwischen den Zähnen, sich aufwölbt, wenn die Zähne des Befestigungselements in das Werkstück getrieben werden. Dann kann das Befestigungselement nicht bündig an der Werkstückoberfläche anliegen. Die Ringnut 23 zwischen dem Räumflansch und dem Stützflansch übt daher zwei Punktionen aus. Beim Eintreiben des Befestigungselements 10 wird der Stützflansch 24 gegen die oberflächlichen Ausbauchungen am Rande der Werkstückbohrung gedruckt. Der Werkstoff, der die Ausbauchungen bildet, wird in die Nut 23 gedrückt und bleibt darin, wodurch das Befestigungselement seinen bündigen Sitz an der Werkstückoberseite 21 erhält. Außerdem legt sich während dieses Vorgangs das Material, das zuvor die Ausbauchungen gebildet hatte, über die Oberseite der Zacken 15, womit der Widerstand des Befestigungselements gegen Herausziehen erhöht wird.

Das Befestigungselement ist mit einer Innenbohrung 25 versehen, die einen Gewindeabschnitt 26 und einen glatten Bohrungsteil 27 ohne Gewinde besitzt. Zwar kann der Bohrungsteil im Rahmen der Erfindung beliebig lang ausgeführt sein, jedoch soll der Bohrungsteil 27 vorzugsweise so lang sein, daß das Anbringen eines Innengewindes im Bereich des Hauptteils 11 neben dem Räumflansch 13 und bis in das Ende des Befestigungselements in Höhe des Pührungsflanschs 12 vermieden werden. Auf diese Weise werden beim Auf-

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treten einer Zugbeanspruchung an dem Innengewinde durch die eingeschraubten Gewindestücke Belastungen im Hauptteil des Befestigungselements gegenüber dem zur Sicherung des Elements im Werkstück dienenden Teil vermieden; daher kann auch kein Bruch, Reißen oder Verziehen in diesem Bereich auftreten.

Das in Fig.4 gezeichnete Befestigungselement stellt eine weitere Ausführungsform der Erfindung dar; dabei schließt ein Kappenteil 28 an dem Hauptteil 11 die Innenbohrung 25 vollständig ab. In allen anderen Punkten besteht jedoch Übereinstimmung mit den Befestigungselementen nach den Figuren 1 bis 3, und daher werden für übereinstimmende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet. Diese Ausbildung des Befestigungselements empfiehlt sich besonders dann, wenn eine flüssigkeitsdichte Anbringung erforderlich ist, so daß keinerlei Flüssigkeit o.dgl. längs der Gewindegänge des Innengewindes durch die Bohrung entweichen kann, wie es trotz des Einschraubens eines Gewindeteils in das Sewinde des Befestigungselements sonst vorkommt.

Eine weitere Ausbildungsform des Erfindungsgegenstands ist in den Figuren 5 und 6 gezeichnet; danach besitzt das Befestigungselement 10a nicht von vornherein einen Führungsflansch nach Art des Flansche 12 nach den Figuren 1 bis 4 sondern weist einen längsverlaufenden Rand 29 auf, der eine Führung für das Befestigungselement während des Einsetzens des Befestigungselements in das Werkstück 19a bei der axialen Versetzung in die Werkstückbohrung 18a bildet. Gleichzeitig mit der Abwärtsbewegung des

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Befestigungselements wird das Ende 29a des Randteils 29 nach außen in radialer Richtung erweitert, wozu ein nicht gezeichnetes passendes Werkzeug verwendet wird; dadurch wird eine Nut 14a zum Aufnehmen von Spänen und ein Halteflansch 30 hergestellt. Aufdiese Weise liefert der neu gebildete Plansch 30, während der Stützflansch 24a sich gegen die Werkstückfläche 21a legt und weitere axiale Bewegung in einer Richtung verhindert, in Verbindung mit den verdichteten Werkstückspänen 22a, die durch die Schneidwirkung der Zähne 16a an dem Zaokenkranz 15a des Räumflanschs 13a entstehen, sin Hindernis für weitere Axialverschiebung in der entgegengesetzten Richtung. Dadurch daß der Abschnitt 29a des HaI-teflanschs 30 gegen die Unterseite des Werkstücks 19a stößt, wird ein weiterer Widerstand gegen das Herausziehen des Befestigungselements geschaffen. In den übri-m Punkten besteht Übereinstimmung zwischen der Ausführungsform des Befestigungselemente nach den Figuren 5 und 6 und der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Form; die Befestigungselemente sind auch für im wesentlichen gleichartige Aufgaben verwendbar.

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sprüche:

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Claims

1. Gewindeeinsatz zum Eintreiben in eine Bohrung eines Werkstücks, mit an dem Hauptteil des Einsatzes angebrachten Planschen, gekennzeichnet durch einen aus dem Hauptteil (11) radial vorspringenden Stützflansch (24), dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser der den Gewindeeinsatz (10) aufnehmenden Bohrung (18) des Werkstücks (19), dur~h einen in Längsabstand von dem Stützflansch (24) an dem einen Ende des Hauptteils (11) befindlichen Führungsflansch (12;29), dessen Durchmesser nicht größer als der der Bohrung (18) ist, durch einen radial aus dem Hauptteil (11) vorspringenden, in Längsrichtung jeweils mit Abstand zwischen dem Stützflansch (24) und dem Führungsflansch ( (12;29) angeordneten Räumflansch (15) mit einer Anzahl Schneidzacken (15) an dessen Umfangsfläche und durch eine Ringnut (14) zwischen Räumflansch (13) und Führungsflansch (12;29), die von der Unterseite des Räumflanschs (13) und der Oberseite des Führungsflanschs (12;29) begrenzt ist.

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2. Gewindeeinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsflansch (12) gegen den Hauptteil (11) des G-ewindeeinsatzes (10) in radialer Richtung vorspringt.

3. Gewindeeinsatz nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidzähne (15) aus längsverlaufenden Zacken "bestehen, an deren Vorderkanten (17) sich nach unten auslaufende Schneidansätze (16) befinden.

4. Gewindeeinsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der größte, an den Zahnwurzeln (20) gemessene Durchmesser nicht größer ist als der kleinste Durchmesser der Werkstückbohrung (18) und dass der kleinste, über die Zahnkanten (17) gemessene Durchmesser größer als der größte Durchmesser der Werkstückbohrung (18 ist.

5. Gewindeeinsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzhauptteil (11) eine hindurchlaufende Axialbohrung (25) mit Innengewinde (26) und einer glatten Innenbohrung (27) aufweist, die von einem Punkt gegenüber dem Räumflansch (13) bis an die Kante des Hauptteils (11) neben dem Führungsflansch (12; 29) reicht.

6. Gewindeeinsatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der liauptteil (11) an seinem dem Führungsflansch (12;29) entgegengesetzten Ende durch ein Kappenteil (28) abgeschlossen ist.

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7. Gewindeeinsatz nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (Ha) durch die Unterseite des Räumflanschs (13a) und die Oberseite (29a) eines Halteflanschs (30) gebildet wird, der während der Axialverschiebung des Einsatzes (10), d.h. beim Eintreiben des Einsatzes, aus dem daBei aufgewickelten Rand (29) des Hauptteils (11) des Einsatzes (10) entsteht.

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