DE6902359U - Schraube mit selbstsicherndem gewinde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft selbstverriegelnde Schrauben und Gewindeschneider zur Herstellung solcher Schrauben. Der selbstverriegelnde Effekt wird erreicht durch die Ausbildung von einer oder mehreren nach auswärts gedrehten Rippen, die kontinuierlich oder diskontinuierlich in der Flanke oder den Flanken von einem oder mehreren Gängen der Gewinde über eine bestimmte Länge der Schraube angeordnet sind. Die Schraubengewinde mit den darin eingeschnittenen Rippen können gemacht werden unter Verwendung von herkömmlichen Gewindeschneidern (flach- oder kreisförmig), bei welchen bestimmte ausgewählte Gewinde in einem der Schneideisen (vorzugsweise dem beweglichen Eisen) über eine geeignete Länge in einer besonderen Art deformiert werden. Die deformierten Gewinde im Eisen müssen in richtigem Abstand vom Ende des Eisens angebracht werden, damit die in den Gewinden der Schraube ausgebildeten selbstverriegelnden Rippen nicht durch die Behandlung mit den undeformierten Gewinden im anderen Schneideisen später beseitigt werden. Vorzugsweise jedoch sollten die vorderen und hinteren Enden der Rippen ausreichend in die Flanke der Schraube zurückgeführt werden, um das Eindringen in das Innengewinde und das Herausschrauben aus diesem zu erleichtern.

Die Notwendigkeit der Herstellung von Schrauben, die sich selbst verriegeln, wenn sie in entsprechende Gewindemuttern oder Gewindeöffnungen eingeschraubt werden, liegt auf der Hand und man hat bisher viel getan, um dieses Ergebnis zu erreichen.

Die Locking Fastener Section des Industrial Fasteners Institute hat Spezifikationen erarbeitet für die Verriegelungscharakteristika von Verriegelungsschrauben. Bei den Normen wird im Allgemeinen berücksichtigt, daß eine selbstverriegelnde Schraube von gegebener Größe beim Einschrauben in eine Mutter korrekter Größe nicht mehr als ein bestimmtes Maß an Moment gemessen in Zoll-Pounds benötigt, um das erste Einschrauben zu bewerkstelligen. Diese Forderung ist gekoppelt mit einem minimalen Abschraubmoment für die gleiche Schraube, nachdem sie entfernt wurde, wieder eingesetzt und vier weitere Male entfernt wurde. Dies bedeutet, daß das für das fünfte Herausschrauben erforderliche Moment nicht kleiner sein darf als die festgesetzte Norm.

Die bisher bekannte Technik auf diesem Gebiet ist ziemlich extensiv, wobei die am weitesten verbreitetste Form der Selbstverriegelung die ist, bei der in oder zwischen den Gewinden eine Art von nachgiebigem nichtmetallischem Material vorhanden ist, das durch einen zweiten Bearbeitungsgang auf die Gewindestruktur aufgebracht wurde. Bei anderen Arten benutzt man deformierte Gewinde oder abgelenkte Gewinde, die eine gesteigerte Reibung zwischen den Gewinden der Schraube und dem entsprechenden Innengewinde der Mutter hervorbringen.

Zusammengefaßt beinhaltet die vorliegende Erfindung, daß die Flanke oder die Flanken des Gewindes der Schraube über eine bestimmte Anzahl von Gängen in einer neuartigen Weise ausgebildet werden, bei der ein Teil des Gewindekörpers durch spezielle Ausbildungen in einer der Gewindeschneideisen nach außen abgekeilt wird, wodurch eine oder mehrere Rippen entstehen, die sich entweder kontinuierlich oder intermittierend um eine oder beide Flanken des Gewindes der Schraube erstrecken und wobei die äußere Kante der Rippe zwischen Spitze und Fuß liegt.

In manchen Fällen mag es jedoch wünschenswert sein, die Rippe ziemlich oben auf der Schraubenflanke zu haben, wodurch sie die entsprechende Flanke des Muttergewindes dichter am Fuß des Muttergewindes erfaßt. Bei dieser Konstruktion können die Kanten der Rippen in einem Radius verlaufen, der der gleiche ist oder sogar größer ist als der Radius der Schraubenspitze. Doch werden diese Rippen noch bezeichnet als zwischengelagert zwischen Fuß und Spitze des Schraubengewindes.

In noch anderen Ausbildungsformen kann das Schneideisen so konstruiert sein, daß die Rippen erzeugt werden, während gleichzeitig die Kenndaten der vorher beim Gewindeschneiden geschaffenen Spitze verändert werden.

In allen Fällen verlaufen die Rippen von der Flanke des Schraubengewindes in einem Abstand, der etwas größer ist als das normale Spiel zwischen der Schraube und der Mutter, in welche sie eingeschraubt werden soll, so, daß ein Teil der äußeren Oberfläche der Rippe in Kontakt mit der entsprechenden Flanke des Muttergewindes kommt. Die Rippe hat infolge ihrer besonderen Ausbildungsform einen gewissen Grad an Elastizität oder Flexibilität, so daß beim Einschrauben der Schraube in die Mutter oder ein anderes Innengewinde die Rippe sich nach rückwärts biegt in Richtung auf die Flanke der Schraube indem Ausmaße, wie dies durch das Spiel gegeben ist. Dadurch wird eine Reibung zwischen der Schraube und der Mutter erzeugt, die nur sehr langsam bei wiederholtem Einschrauben und Ausschrauben abhängt. Teste haben gezeigt, daß die durch richtig bemessene Rippen erzeugten Reibungscharakteristika Schrauben hervorbringen, die mit Leichtigkeit den Normen entsprechen, die für das Eindreh- und Ausdrehmoment vom Industrial Fasteners Institute festgelegt worden sind. Wiederholte Teste haben bewiesen, daß beim fünften Ausschrauben die entsprechend der Erfindung hergestellten Schrauben ein viel höheres Ausschraubmoment aufweisen als die Normen festlegen. Das Ausschraubmoment ist nach fünfzehnfachem Ausschrauben immer noch höher als die festgelegte Norm. Der Reibungseffekt wird erreicht, ohne daß die Flanken des Innengewindes beschädigt oder eingekehlt werden.

Die Erfindung berücksichtigt ferner, daß die Rippen an der Flanke oder den Flanken der Schraubgewinde entweder kontinuierlich um das Gewinde, intermittierend um das Gewinde auf einer Seite oder der anderen oder auf beiden Seiten des Gewindes oder in jedem beliebigem Verhältnis verlaufen können. Mit anderen Worten, der Endverbraucher kann jede beliebige Ausbildungsform der Rippenordnung, die er bevorzugt, wählen und das Gewindeschneideisen kann leicht entsprechend diesen Erfordernissen ausgeformt werden.

Ferner können das vordere und hintere Ende der Rippen abgeschrägt werden, so daß sie langsam wieder in die Flanken übergehen, wobei die Abschrägung automatisch durch Einwirkung der Schneideisen erfolgt.

Die Erfindung berücksichtigt ferner eine neuartige Konstruktion der Schneideisen für die Herstellung von selbstverriegelnden Schrauben entsprechend der obigen Beschreibung. Die Schneideisen werden hergestellt entsprechend der herkömmlichen Praxis bis zu dem Punkt, an welchem sie für das Härten bereit sind. Dann werden durch die Verwendung eines geeigneten Werkzeuges oder Werkzeugen die Wände oder Flanken der gewindeausbildenden Nuten einer der Eisen (vorzugsweise das bewegliche Eisen) über eine geeignete Anzahl von Windungen deformiert sowie für eine geeignete Länge und in einer speziellen Längslage im Eisen in einer Weise, daß die Flanke oder die Flanken des Gewindes der

Schraube gerade vor dem Auslauf der Schraube aus den Eisen entsprechend deformiert wird. Nachdem die Gewinde des Eisens deformiert worden sind, um die Art der erforderlichen Rippen zu erzeugen, wird das Eisen gehärtet und ist dann fertig zur Verwendung in einer herkömmlichen Gewindewalzmaschine.

Wie in den einschlägigen Fachkreisen bekannt, ist es wesentlich, daß die deformierten Gewinde in der Walzbacke nahe am hinteren Ende einer der Walzbacken (vorzugsweise der beweglichen Backe) angebracht sind, so daß, wenn einmal die Rippen im Gewinde der Schraube erzeugt worden sind, diese nicht wieder beseitigt werden, indem sie in Berührung kommen mit dem Fertigteil der Gewindenuten am Ende der anderen Backe. In der nachstehenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß die bewegliche Backe die deformierten Wände besitzt. Wenn die selbstverriegelnden Rippen nicht mehr als 180° um die Gewinde der Schraube verlaufen, braucht man hinsichtlich der festen Backe keine besondere Vorsicht walten zu lassen. Wenn die Rippen die Schraube vollständig umgeben, werden bei einer bevorzugten Konstruktion die entsprechenden Gewinde in der ortsfesten Backe, die normalerweise in den Gewinden durch die bewegliche Backe ausgebildeten Rippen beseitigen würden, weggeschnitten, wodurch ein Aussparungsbereich am Ende der festen Backe entsteht und so jede Änderung der gerade durch die bewegliche Backe ausgebildeten selbstverriegelten Rippen ausgeschlossen wird. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß das vordere Ende der Rippe in der Schraubenwindung in Berührung kommt mit der ortsfesten Backe vor dem Auslaufen, so daß die Rippe in die Flanke zurückgeführt wird.

Fig. 1 ist ein beträchtlich vergrößerter Seitenaufriß einer Art von Schraube, die durch konventionelle Gewindewalzbacken hergestellt werden kann. An der rechten Seite sind eine Anzahl von unterschiedlichen Anordnungen dargestellt, die die Rippen annehmen können. Es sind intermittierende Rippen nur auf einer Flanke vorhanden, intermittierende Rippen auf zwei Flanken, intermittierende Rippen versetzt von einer Flanke zur anderen, eine kontinuierliche Rippe nur auf einer Flanke und kontinuierliche Rippen auf zwei Flanken. Die vorderen und hinteren Enden der Rippen sind vorzugsweise abgeschrägt und zurückgeführt in die Schraubengewindeflanken, damit ein nicht einkerbender Kontakt mit den Flanken des Innengewindes beim Hereinschrauben und Herausschrauben erfolgt.

Fig. 2 ist ein in hohem Maße vergrößerter Schnitt durch ein Gewinde in der Ebene 2-2 der Fig. 1, auf der das Verhältnis der Rippen zum Innengewinde dargestellt ist.

Fig. 2a ist eine vergrößerte Teildarstellung eines Teiles der Fig. 2, die mehr im einzelnen die Art des Zusammenspiels der Rippe mit dem Innengewinde darstellt.

Fig. 3 ist ein vergrößerter Schnitt in der Ebene 3-3 der Fig. 1.

Fig. 4 ist ein vergrößerter Querschnitt von zwei angrenzenden Gewinden der beweglichen Backe eines Paares Gewindewalzbacken in der Ebene 4-4 der Fig. 5, wobei die Art und Weise dargestellt ist, in der die Gewinde deformiert werden. Ein Werkzeug, mit welchem eine solche Deformierung durchgeführt wird, ist darübergelegen dargestellt.

Fig. 5 und 6 zeigen ein paar zusammengehöriger Gewindewalzbacken, wobei schematisch deren eingekerbte Flächen dargestellt sind sowie die Anordnung der Wände mit den deformierten Einkerbungen in der beweglichen Backe, Fig. 5, sowie der ausgesparte Bereich in der ortsfesten Backe, Fig. 6, der notwenig ist, wenn die Rippen in mehr als 180° verlaufen.

Fig. 7 ist eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer Reihe von nebeneinanderliegenden Gewinden einer Backe, auf der einige unterschiedliche Anordnungen dargestellt sind, in welcher die Gewinde durch die Verwendung eines geeigneten Werkzeuges entsprechend dem in Fig. 4 vorgeschlagenen Verfahren deformiert werden können.

Fig. 8a, 8b und 8c zeigen drei aufeinanderfolgende Darstellungen des Walzbetriebes, bei dem die Rippen erzeugt werden über einen vollen Bereich von 360° um die Gewinde. Die ortsfeste Backe ist am Ende ausgespart, um das Auslöschen der Rippen beim Durchgang durch diesen Bereich zu verhindern.

Fig. 9a und 9b sind zwei Folgedarstellungen der ortsfesten und beweglichen Backe, bei denen Rippen erzeugt werden, die mehr oder weniger 180° um die Windungen verlaufen.

Fig. 10a und 10b sind zwei Folgedarstellungen, in welcher die Backen so angeordnet sind, daß Rippen von weniger als 180° im Schraubgewinde erzeugt werden.

Fig. 11 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung von zwei nebeneinanderliegenden Gewinden einer rippenausbildenden Backe, bei der Einzelheiten einer Konstruktion gezeigt sind, die verwendet wurde zur Erzeugung von einwandfreien Rippen an Gewinden von einer Schraube von 1/4 mal 20.

Fig. 12 ist eine perspektivische Darstellung des Auslaufens der ortsfesten Backen, in welcher die Aussparung der Enden der Gewinde gezeigt ist, wodurch die Enden der Rippen auf dem Gewinde der Schrauben abgeschrägt und in die Flanke zurückgeführt wird.

Fig. 13 ist eine Enddarstellung von Fig. 12.

Fig. 14 ist eine perspektivische Teildarstellung der Rippen von beliebiger Länge in zwei nebeneinanderliegenden Gewinden. Das vordere Ende der Rippe wurde zurückgeführt in die Flanke durch die ausgesparten Gewinde am Ende der ortsfesten Backe. Das hintere Ende der Rippe wird schräg zur Flanke zurückgeführt wegen des abnehmenden rippenerzeugenden Effektes der beweglichen Backe gegen das Schraubengewinde, wenn die Schraube von der Backe fortbewegt wird, wie dies gestattet wird durch die ausgesparten Gewinde am Ende der ortsfesten Backe.

Fig. 15 ist ein Schnitt in der Ebene 15-15 der Fig. 14.

Fig. 16 ist ein Schnitt der Ebene 16-16 der Fig. 14.

Fig. 17 ist ein Schnitt in der Ebene 17-17 der Fig. 14, bei dem die bewegliche Backe nur teilweise in Kontakt mit dem Schraubengewinde dargestellt ist.

Fig. 18 ist ein Schnitt in der Ebene 18-18 der Fig. 14, bei dem die bewegliche Backe ohne Kontakt mit dem Schraubengewinde dargestellt ist.

Fig. 19 ist eine vergrößerte Grundrißdarstellung im allgemeinen ähnlich der Lage der Backen und der Schraube wie in Fig. 9b dargestellt; sie illustriert die progressive Bewegung des Schraubengewindes und der darauf befindlichen Rippe mit Bezug auf die Aussparung auf der ortsfesten Backe, die das vordere Ende der Rippe in die Flanke zurückführt, und die Bewegung der Rippe weg von der beweglichen Backe, wodurch die Rippe graduell beseitigt wird und das so hintere Ende der Rippe in die Flanke zurückgeführt wird.

Fig. 20 ist ein Querschnitt in der Ebene 20-20 der Fig. 19.

Fig. 21 ist ein Querschnitt in der Ebene 21-21 der Fig. 19.

Fig. 22 ist ein Querschnitt in der Ebene 22-22 der Fig. 19.

Fig. 23 ist ein Querschnitt in der Ebene 23-23 der Fig. 19.

Fig. 24 ist ein Querschnitt in der Ebene 24-24 der Fig. 19.

Fig. 25 ist ein Querschnitt in der Ebene 25-25 der Fig. 19.

Fig. 26a zeigt im Querschnitt eine Backenkonstruktion, bei der die die Rippen bildenden Auskerbungen in einer Ebene mit dem Fuß liegen.

Fig. 26b zeigt im Querschnitt ein Gewinde einer Schraube mit Rippen, die durch die Backe der Fig. 26a erzeugt wurden.

Fig. 27a und 27b zeigen eine weitere Abart bei der Backe und den Rippen in dem davon erzeugten Schraubengewinde. Die herkömmliche Spitze wurde vermieden, aber die Rippen bleiben.

Fig. 28a und 28b zeigen eine weitere Abart der Backe und der Rippen im Schraubengewinde, wobei die herkömmliche Spitze verschwunden ist.

Fig. 29a und 29b zeigen eine noch weitere Abart der Backe und des dadurch erzeugten Gewindes.

Fig. 30 ist ein vergrößerter Teilschnitt eines Schraubengewindes, in dem die Rippen nahe der Spitze ausgebildet sind und die Mutterflanken dicht am Fuß der Mutter erfassen.

Bezugnehmend zunächst auf Fig. 1 sei darauf hingewiesen, daß die mit Gewinde versehene Schraube, die mit 2 gekennzeichnet ist, repräsentativ ist für die beliebige Art von Schraube, die durch konventionelle Gewindewalzbacken hergestellt werden kann. Solche Backen sind allgemein gekennzeichnet bei 4 und 6 in Fig. 5 und 6. Die Konstruktion dieser Backen und die Methode ihrer Anwendung ist vollauf bekannt und brauchen hier nicht im einzelnen beschrieben zu werden. Es genügt zu sagen, daß die kürzere Backe 6 in der Maschine stationär gehalten wird, die längere Backe 4 parallel zu der Backe 6 vor- und zurückbewegt wird, das runde Werkstück zwischen den im geeigneten Abstand verlaufenden Backen eingeführt wird und beim Walzen dazwischen das Metall des Werkstückes progressiv deformiert wird durch die Zähne der Backen. Wenn die bewegliche Backe 4 das rotierende Werkstück an das Ende der ortsfesten Backe geführt hat, sind die Gewinde der Schraube voll ausgebildet und die fertige Schraube fällt heraus.

Entsprechend der Erfindung sollen bestimmte Windungen der Backe 4 an einer geeigneten Stelle, wie beispielsweise im Bereich 8 in der Weise deformiert werden, wie dies im allgemeinen in Fig. 4 angegeben ist. Das Ergebnis dieser Backenkonstruktion ist, daß, wenn das Werkstück einen Punkt zwischen den Backen erreicht hat, an dem es beginnt, durch die deformierten Gewinde im Bereich 8
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zu werden, die Schraubenbildungen selbst voll ausgebildet sind und daher bereit sind, die Deformierung anzunehmen, die von den deformierten Wänden des Gewindes im Teil vorgesehen und im Querschnitt in Fig. 4 dargestellt sind.

Es wird nun Bezug genommen auf Fig. 1 bis 4 und 7, um im einzelnen die Art der Deformation zu betrachten, die in der Flanke oder den Flanken des Gewindes der Schraube ausgeführt wird, um dieser selbstverriegelnde Eigenschaften mitzugeben.

Bezugnehmend zunächst auf Fig. 2 und 3 ist die Spitze des Schraubengewindes 12 mit 14 angegeben, der Fuß mit 16 und die Flanken 18 und 20. Die Rippe, die als Selbstverriegelungsmechanismus wirkt, ist gekennzeichnet bei 22 in Flanke 18 und bei 24 in Flanke 20. Das Gewinde 12 wurde ursprünglich ausgebildet durch die Gewindewalzbacken 4 und 6 in herkömmlicher Weise. Bei Erreichen eines gewissen Teiles der beweglichen Backe nahe an derem Auslaufende rollt das fertige Schraubengewinde entlang eines Teiles der Backe, die im Querschnitt die in Fig. 4 dargestellte Ausbildungsform besitzt, wodurch Rippen
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Die Ausbildungsform jeder Rippe ist bestimmt durch das Ausmaß des Einflusses des entsprechenden Teiles der beweglichen Backe in die Flanken des Schraubengewindes.

Die gestrichelten Linien 30 und 32 in Fig. 2 stellen die entsprechenden Wände des Innengewindes dar, in welchem die Schraube eingeführt wird.

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ist kennzeichnend für das verfügbare Spiel entsprechend den vorhandenen Normen. Es ist dementsprechend wesentlich, daß die Rippen 22 und 24 sich von den Flanken des Gewindes um einen Abstand nach außen erstrecken, der etwas größer ist als das Spiel 34, um dadurch eine Reibungskraft gegen die Wände 30 und 32 zustande zu bringen, wenn die Schraube 12 in ihrer Lage im Innengewinde sich befinden. Sobald die Schraube dort hineingeschraubt ist, kommen die Rippen 22 und 24 in Berührung mit den Wänden der Mutter und werden nach einwärts gefedert in Lagen, die bei 22' und 24' gekennzeichnet sind, wobei diese Lage sich innerhalb der elastischen Grenzen der Rippen 22 und 24 befinden. Somit bringen die elastischen Rippen eine wesentliche Reibungskraft gegen die Innengewinde der Vorrichtung zustande, in welche die Schraube eingeschraubt worden ist.

Die Rippen 22 und 24, die kontinuierlich oder intermittierend über eine bestimmte Anzahl von Gängen des Schraubengewindes verlaufen, bieten einen Widerstand gegenüber dem Drehen innerhalb der Innengewinde, der den Normen sowohl für das Einschraub- als auch für das Ausschraubmoment entspricht. Da die Verschiebung der Rippen in die Lage bei 22' und 24' gegen die Wände des Innengewindes sich im allgemeinen innerhalb der elastischen Grenze der Rippenstruktur befindet, folgt daraus, daß beim Lösen der Schraube die Rippen trotz Verschleiß mehr oder weniger ihre ursprünglich expandierte Lage einnehmen. Wenn danach die Schraube wieder eingeschraubt wird, nehmen die Rippen wieder die mit gestrichelter Linie gekennzeichnete Lage 22' und 24', die in Fig. 2 dargestellt ist, an und bieten somit die erforderliche selbstverriegelnde Kraft.

Es sei darauf hingewiesen, daß dadurch keine merkliche Schwächung der Gewinde der Schraube an den selbstverriegelnden Teilen erfolgt, so daß die Schraube nichts von ihrer Wirksamkeit als Befestigungselement verliert. Wegen des federartigen Charakters der Rippen bleibt die selbstverriegelnde Eigenschaft der

Vorrichtung erhalten bei wiederholtem Einsetzen und Entfernen aus dem Innengewinde, wie beispielsweise einer Mutter oder einer anderen mit Gewinde versehenen Öffnung.

Die Rippen 22 und 24 können kontinuierlich um die Gewinde, wie bei 34 und 36 in Fig. 1 dargestellt, verlaufen. Diese Anordnung gibt ein Maximum an Selbstverriegelungsleistung. Eine kontinuierliche Rippe auf nur einer Flanke ist dargestellt bei 38. Intermittierende Rippen auf nur einer Flanke sind dargestellt bei 40. Versetzte Rippen auf beiden Flanken sind dargestellt bei 42 und 44. Intermittierende Rippen jedoch entgegengesetzt auf den Flanken angeordnet sind dargestellt bei 46 und 48. Kurze Rippen in dichtem Abstand verlaufend sind gezeigt bei 50 auf nur einer Flanke. Längere Rippen bei breitem Abstand sind dargestellt bei 52 auf nur einer Flanke.

Die oben aufgezählten Anordnungen sind in keiner Weise als begrenzend angeordnet zu betrachten, da die Rippen jede beliebige Form entsprechend der rippenerzeugenden Ausbildungsformen einnehmen können, die in die Gewinde der beweglichen Backe eingeschnitten werden.

Fig. 4 und 7 zeigen einen in hohem Maße vergrößerten Querschnitt der beweglichen Backe, wobei der Gewindeschnitt dargestellt ist in der Ebene 4-4 der Fig. 5. Wenn die gewindeerzeugenden Teile 54 und 56 der Backe ursprünglich ausgebildet wurden, waren deren Flanken in Art eines normalen Gewindes zunächst unverformt. Danach wird in einem bestimmten Bereich und für ausgewählte Abstände entlang den Flanken ein Werkzeug 58 von einer Länge zur Erzeugung der erforderlichen Länge der Rippen nach abwärts getrieben gegen die ungehärtete Matrizenflanke, wodurch ein Teil des Metalls herausgezwungen wird und Rippen 60 und 62 erzeugt werden. Nachdem alle Rippen des gewählten

Charakters und der gewählten Länge in der beweglichen Matrize ausgebildet sind (einige Formen sind dargestellt in der perspektivischen Darstellung in Fig. 7) wird die Backe gehärtet. Die Backe ist dann fertig zur Verwendung, um die ersten normalen Schraubengewinde zu erzeugen und dann die Rippen, wie beispielsweise Rippen 22 und 24 in Fig. 2, sobald die Schraube den Bereich 8 der beweglichen Backe 4 erreicht und die Schraubengewinde gegen die Rippen 60 und 62 der Backe gepreßt werden.

In Fig. 2 sind intermittierende Rippen dargestellt bei 64. Kürzere intermittierende Rippen sind dargestellt bei 66 und 67. Die Länge der Rippen in der Flanke der Backe ist natürlich begrenzt durch die Länge des Werkzeuges 58.

Zur weiteren Erklärung des Verhältnisses der Backe der Fig. 4 gegenüber dem Gewinde der Fig. 2 sei gesagt, daß die vorderen Kanten der Rippen 60 und 62 der Matrize in die Flanken des Schraubengewindes eindringen und die Grundlage für die Aushöhlungen in Fig. 2, wie bei 64 und 66, zwischen den Rippen 22 und 24 des Körpers des Gewindes 12 schaffen. Die Rippen 22 und 24 werden gleichzeitig erzeugt, wenn das verdrängte Metall des Schraubengewindes 12 in die Höhlungen 67 und 70 der Backenzähne eindringt.

Die selbstverriegelnde Eigenschaft der Schraube, wie hierin beschrieben, ist wirksam bei Muttern oder anderen Vorrichtungen mit Innengewinden, die ein variierendes Ausmaß an Spiel haben. Die Rippen 22 und 24 bieten Verriegelung bei einem lockeren 2-b-Sitz oder bei einem guten 3-b-Sitz. Dies bedeutet, daß die Distanz, um die die Rippen 22 und 24 vom Körper des Gewindes weggerückt worden sind, ausreichend ist, um die Wand oder Wände von lose oder dicht sitzenden Muttern mit ausreichendem Reibungseffekt zu erfassen, um den industriellen Normen gerecht zu werden.

Es wird nun Bezug genommen auf Fig. 8, 9, 10, die im einzelnen die Lage der verformten Wände oder Flanken auf der beweglichen Backe und die relative Bewegung der Backen und Schraubwindungen während des Anbringens der Rippen darstellen. Obwohl eine kontinuierliche Rippe in der beweglichen Backe dargestellt ist, sei darauf hingewiesen, daß die Rippe in der Matrize intermittierend sein kann, entsprechend der Preferenz des Herstellers. Keine Begrenzung ist gesetzt bezüglich der Länge der in der Backe vorhandenen Rippe zur Übertragung auf das Gewinde der Schraube.

In Fig. 8a ist die bewegliche Backe dargestellt bei 72 und bewegt sich nach links. Die gewählten Gewindeeinkerbungen der Backe haben Rippen 80, die über die Länge 74 mindestens entsprechend der vollen Umdrehung der Schraube 2 ausgebildet sind. In Fig. 8b hat die Bewegung der Backe 72 mit Bezug auf die ortsfeste Backe 76 bewirkt, daß die Schraube 2 um 180° gedreht wurde und hat auf dem Schraubengewinde die Rippe 78 eingedrückt, die beispielsweise der in Fig. 2 dargestellten Rippe 22 entspricht. Die Rippe 80 der Backe ist über einen entsprechenden Abstand jenseits der Schraube weitergelaufen. In Fig. 8c ist die bewegliche Backe 72 um einen weiteren Abstand nach links gelaufen, wodurch die Schraube 2 um weitere 180° gedreht wurde, so daß die Rippe 78 nun über eine volle Windung des Gewindes verläuft. Um zu verhindern, daß die Rippe 78 durch die Berührung mit den Fertiggewindeeinkerbungen der ortsfesten Backe 76 wieder verschwindet, sind die entsprechenden Gewinde in der ortsfesten Backe 6 weggenommen, wodurch ein ausgesparter Bereich 82 entsteht. Dieser ausgesparte Bereich ist ebenfalls dargestellt in Fig. 6.

In Fig. 9a ist die bewegliche Backe dargestellt bei 84 und die ortsfeste Backe bei 86. Die Gewindeeinkerbung der ortsfesten Backe 88 verlaufen an der linken Seite der Backe in herkömmlicher Weise und besitzen eine Aussparung bei 90. Die Rippe 92 der beweglichen Backe ist fertig zur Ausbildung der Rippe auf der Schraube 22. In Fig. 9b hat die bewegliche Backe 84 einen Punkt erreicht, an welchem die Rippe 92 eine entsprechende Rippe 94 im Schraubengewinde nach einer Umdrehung der Schraube von 180° ausgebildet hat und an diesem Punkt hat die Schraube 2 das Ende der ortsfesten Backe 86 erreicht und kann frei herabfallen. Diese Darstellungen dürften zeigen, daß, solange die Länge der Backenrippe 92 gleich oder geringer ist, als der halbe Kreisumfang des Schraubengewindes und wenn das vordere Ende der Rippe 92 im richtigen Abstand von der rechten Seite der beweglichen Backe 84 angebracht ist, die in dem Schraubengewinde erzeugte Rippe später von keinem Teil des Fertiggewindes der ortsfesten Backe erfaßt wird und dementsprechend nicht wieder eingedrückt wird. Es ist jedoch wünschenswert, daß das vordere Ende der Rippe 94 die ortsfeste Backe ausreichend fest genug erfaßt, damit sich eine gute Steigung an der Schraubgewinderippe ergibt. Eine umfassendere Darstellung dieses Merkmales wird später erfolgen.

Fig. 10, zeigt eine Konstruktion, die im allgemeinen ähnlich ist der in Fig. 9 dargestellt, bei der jedoch die Rippe 96 der beweglichen Backe 98 von gekürzter Länge ist, um eine entsprechend kürzere bei 100 auf der Schraube 2 auszubilden.

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erzeugte Rippe mit einem Teil des Gewindes

104 der ortsfesten Backe in Berührung kommen kann.

Fig. 11 steht im Zusammenhang mit Fig. 4 der eingehenderen Erklärung der Konstruktion der Rippen in der beweglichen Backe, die einwandfreie Selbstverriegelung der Rippen in einer Maschinenschraube von 1/4" mal 20 erzeugt hat. Die Rippen in der Backe sind vorzugsweise auf der Fußseite der Steigungsebene, so daß die daraus entstehenden Rippen am Schraubengewinde gut in Richtung auf die Spitze abgesetzt sind. Eine Tiefe von 0,012" geschnitten in die Flanke der Matrize und ausgehend bei etwa der Gewindesteigungsebene erzeugt eine ausreichend bemessene Rippe. Das hier gegebene Maß ist typisch, jedoch in keiner Weise begrenzt. Andere Maße zur Erzeugung von Rippen mit unterschiedlicher Größe auf den Schraubengewinden können natürlich verwendet werden.

Bisher wurden in erster Linie die selbstverriegelnden Rippen selbst abgehandelt. Teste haben gezeigt, daß, wenn die Rippen an ihren vorderen und hinteren Enden abrupt von den Flanken verlaufen, eine Tendenz oder gar Wahrscheinlichkeit besteht, daß die entsprechenden Innengewinde durch die Enden der Rippe beschädigt oder eingekehlt werden, die in Art eines Schneidwerkzeuges wirken. Dieses Einkehlen beeinflußt nicht den selbstverriegelnden Charakter der Schraube, da es nicht ausreichend ist, den Reibungseffekt der Rippen gegen die Innengewinde zu beseitigen. Jedoch sind die Einschraub- und Ausschraubkräfte bei wiederholtem Festziehen und Lösen der Schraube reduziert.

Man hat es deshalb für wünschenswert erachtet, Rippen der Art auszubilden, daß das vordere und hintere Ende abflachend oder abgeschrägt in Lagen zurückgeführt wird, in denen es im wesentlichen in Flanken des Schraubengewindes übergeht. Dies wird automatisch durch die Matrizen erreicht, und zwar unmittelbar vor dem Auslauf der fertigen Schraube.

Zur Verdeutlichung der weiteren Abhandlung sei gesagt, daß das frontale Ende der Rippen, das zunächst erzeugt wird, durch die bewegliche Matrize "vorderes Ende" genannt wird und das andere Ende jeder Rippe "hinteres Ende". Wenn die Schraube verwendet wird, wird das hintere Ende der Rippe, das dem Punkt der Schraube näher liegt, dann das vordere Ende, das als erstes in die Innengewinde des aufnehmenden Elementes eindringt.

Das vordere Ende der Rippe wird in die Gewindeflanke schräg zurückgeführt durch den Kontakt mit den Enden der Gewinde der ortsfesten Backe unmittelbar vor dem Auslauf. Die Enden der Gewinde der ortsfesten Backe haben eine solche Aussparung, daß, nachdem das vordere Ende der Rippe in die Flanke zurückgedrückt worden ist, die Rippe gezwungen wird, sich allmählich nach auswärts von der Flanke zu ihrer Lage in voller Breite abzuschrägen. Diese Abschrägung erfolgt automatisch durch die ausgesparten Gewinde der ortsfesten Matrize unmittelbar vor dem Auslauf der fertigen Schraube.

Das hintere Ende der Rippe wird zurückgeschrägt in die Flanke durch ein völlig unterschiedliches Verfahren, das automatisch und im wesentlichen gleichzeitig mit dem Abschrägen des vorderen Endes erfolgt.

Wenn die selbstverriegelnde Rippe im Schraubgewinde durch die Rippe im Gewinde der beweglichen Backe erzeugt wird, steht die Schraube natürlich bei ihrem Durchgang zwischen den Matrizen unter vollem Druck. Die Matrizenrippe durchdringt dadurch die Schraubengewindeflanke in voller Tiefe.

Sobald die Schraube sich dem Ende der ortsfesten Backe dicht nähert, bewegt sie sich in dem ausgesparten Bereich der ortsfesten Backenwindungen, die, wie oben bereits erklärt, automatisch das vordere Ende der Rippe zurück in die Flanke abschrägt. Wenn dies geschieht, gestattet die Aussparung an den Windungen der ortsfesten Matrize, daß die Achse der Schraube sich leicht aber progressiv von der beweglichen Matrize wegbewegt. Als Ergebnis wird die Eindringungstiefe der Rippe der beweglichen Matrize in die Flanke der Schraubenwindung entsprechend verringert, um ein bestimmtes Ausmaß derart, daß
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wo die Schraube frei aus den Backen fällt, die Eindringtiefe der Matrizenrippe gleich 0 ist.

Auf diese Weise wird das vordere und hintere Ende der Rippe zurückgeführt in die Flanke der Schraubenwindung und zwar das vordere Ende, indem das dislodzierte Metall zurückgedrückt wird gegen die Flanke in abgeschrägter Form und das hintere Ende durch allmähliches Zurückziehen der Matrizenrippe.

Aus der obigen Darlegung geht hervor, daß die abgeschrägten Enden der Rippen nicht identisch sind. Sie sind jedoch in gleicher Weise wirksam, in dem Sinne, daß ein Beschädigen oder Einkehlen der Wände des Innengewindes bei Einschrauben (bei dem das hintere Ende das vordere Ende wird) und bei Herausschrauben (bei dem das vordere Ende das vordere Ende ist) verhindert wird.

Es wird nun Bezug genommen auf Fig. 12 bis 25. Fig. 12 und 13 zeigen die ausgesparten Enden der Gewinde in der festen Backe 6 (der speziell ausgesparte Bereich 82, der in Fig. 6 dargestellt ist, ist in diesem Falle weggelassen, da die Rippe nicht über 360° verläuft). Der Matrizenzahn 108 hat Spitzen 110 und Füße 112, die nach abwärts wie bei 114 bzw. 116 gekrümmt sind. Wenn somit die vorderen Enden der Schraubengewinderippen sich in die Zähne 108 der ortsfesten Matrize einwalzen, erfassen die Enden anfänglich die nicht ausgesparten Matrizenwände in den Bereichen 118. Diese Bereiche wirken so, daß die Rippenenden gewaltsam zurück in die Schraubenflanke getrieben werden. Wenn die Schraube sich weiterdreht, erfassen die Rippen 22 (siehe Fig. 15, 16, 19, 20, 21 und 22) nacheinander die zurückfließenden Bereiche 120 und 121 der ausgesparten Gewinde 108, wodurch sich die abgeschrägte Bedingung der vorderen Enden der Rippen, wie in Fig. 14 dargestellt ist, ergibt.

Zur weiteren Erklärung des Vorgesagten sei hinzugefügt, daß in Fig. 14 die geschlossene Bedingung der Rippe 22 in der Schnittebene 15-15, wie in Fig. 15 und 20 dargestellt, erzeugt wird, wenn die Rippen 22 die ausgesparten Bereiche 118 der Backe 6 erfaßt. Wenn die Drehung der Schraube sich weiter fortsetzt, öffnet die Rippe 22 allmählich, wodurch die Schraube durch die in zunehmendem Maße ausgesparten Bereiche 120 und 121 der Backe 6 läuft und erreicht schließlich die voll offene Stellung, die bei Schnitt 16-16 in Fig. 14 angegeben und in Fig. 16, 21 und 22 dargestellt ist.

Wie weiterhin durch Fig. 19 illustriert, wird angenommen, daß die Achse der Schraube 2, wenn diese das Ende der festen Backe 6 (oder Backe 86 der Fig. 9 oder Backe 102 der Fig. 10) erreicht, nicht ihre normale parallele Bahn mit den Flächen der Backen 4 und 6 beibehält, sondern statt dessen etwas abfällt, wie gestrichelt bei 122 in Fig. 9b und 19 angegeben.

Durch dieses Abfallen verringert sich die Eindringungstiefe der Rippe 60 in die Gewindeflanke (siehe Fig. 19, 23, 24 und 25). Hierdurch ergibt sich eine Abschrägung des hinteren

Endes der Rippe 22 zurück in die Flanke 18, wie dargestellt auf der rechten Seite der Fig. 14 und durch die in Fig. 17, 18, 23, 24 und 25 gezeigten Schnitte. Der Unterteil 64 der Rippenaushöhlung ist in einer im wesentlichen konstanten Tiefe am vorderen Ende der Rippe, doch wegen des progressiven Wegziehens der Rippe 60 am hinteren Ende nimmt die Riefe der Rippenaushöhlung, wie bei 64' in Fig. 17 und 24 ab, bis sie die Tiefe 0 erreicht, wie in Fig. 18 und 25 dargestellt.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Länge der Rippen 22, dargestellt in Fig. 14, in keiner Weise als begrenzend zu betrachten ist. Sie ist typisch für eine Rippe einer beliebigen winkeligen Länge, die ein vorderes und hinteres Ende besitzt, welches unabhängig von der Rippenlänge abgeflacht wird in die Schraubengewindeflanke, wodurch eine Rippenausbildung erzeugt wird, die das Eindringen und Lösen der selbstverriegelnden Schraube in einem zugehörigen Innengewinde erleichtert.

Eine gehärtete Stellschraube von 1/4" mal 20 mit Rippen auf vier angrenzenden Zähnen, jede Rippe ca. 1/2" lang und 0,012" tief, wurde wiederholt eingeschraubt und ausgeschraubt in bzw. aus einer 3/8" starken Mutter ungehärtet, unplattiert und mit einem Gewinde versehen durch einen Gewindebohrer GH 3.

Die Ergebnisse waren wie folgt:

moment in Nr. moment in Zoll-Pounds Zoll-Pounds 1 39 1 49 2 27 2 32 3 24 3 28 4 22 4 26 5 21 5 24 6 20 6 23 7 20 7 22 moment in Nr. moment in Zoll-Pounds Zoll-Pounds 8 19 8 22 9 17 9 20 10 17 10 20 11 16 11 19 12 15 12 18 13 15 13 18 14 15-1/2 14 18 15 14 15 16

Bei all den obigen Tests kann man feststellen, daß das Ausschraubmoment das Einschraubmoment übertrifft. Die Normen des Industrial Fastener Institute wurden voll erreicht. Die Norm für eine 1/4" Schraube liegt für das erste Einschraubungsmoment nicht höher als 40 Zoll-Pounds, für das erste Ausschraubmoment nicht geringer als 6,0 Zoll-Pounds und beim fünften Ausschrauben nicht niedriger als 3,5 Zoll-Pounds.

Es sei besonders darauf hingewiesen, daß bei den Tests das Ausschraubmoment beim fünfzehnten Ausschrauben von 16 Zoll-Pounds weit über 6,0 Zoll-Pounds liegt, was die Norm ist für das erste Ausschrauben, ganz abgesehen von dem 3,5 Zoll-Pounds-Minimum für das fünfte Ausschrauben.

Da das Ausschraubmoment die Ziffer ist, die die Sicherheit der Schraube in der Mutter oder in sonstigen Innengewinden bestimmt, betonen die Testzahlen die ungewöhnliche Haltkraft, die erreicht wird durch den Druck der Rippen gegen die Flanken des entsprechenden Innengewindes.

Es ist ebenfalls einleuchtend, daß die Anzahl und Größe der Rippen auf den Schraubengewinden in Relation zum Spiel des Muttergewindes variiert werden kann, um so das Ausmaß der Haltereibung dazwischen zu variieren.

Die in Fig. 26a bis 29b einschließlich gezeigten Abarten sollen nun behandelt werden. Bei allen diesen Formen wurden die Rippen so dicht wie möglich an die Spitze des Schraubengewindes herangebracht. Dies wird erreicht durch Deformieren der Flanken der beweglichen Backe in einer Lage dicht an dem Fuß.

In Fig. 26a wurde das Werkzeug 124 schmal gemacht, so daß die Schneidkanten 126 und 128 in die Flanken 130 und 132 der Backe 134 unterhalb der Teilkreislinie eindringen, so daß die dadurch ausgebildeten Rippen bildenden Einkerbungen nach abwärts in die Lage 136 und 138 verlaufen und somit im wesentlichen auf der gleichen Höhe wie Fuß 140.

Die in Matrize 134 dargestellten Rippenausbildungen, die in Fig. 26a dargestellt sind, erzeugen Rippen im Schraubengewinde der Art, wie diese in Fig. 26b gezeigt sind. Hier liegen die Rippen 142 und 144 gut außerhalb auf den Flanken 146 und 148 und haben im wesentlichen den gleichen Radius über ihre Länge wie die Spitze des Gewindes 150. Offensichtlich ist die Länge der Rippe 142 über eine Windung des Gewindes etwas größer als eine Rippe, die mehr einwärts liegt entlang der Flanke 146. Dadurch ist der Eingreifbereich der Rippe 142 in die entsprechende Flanke der Mutter etwas größer. Die Möglichkeit, die Lage der Rippe entlang der Schraubengewindeflanke zu verschieben vergrößert die verschiedenen Möglichkeiten zur Steuerung des Verriegelungseffektes in unterschiedlichen Situationen.

In Fig. 27a wurde das Werkzeug 152 unterschiedlich an seinem Schneidende ausgebildet; es ist nicht nur schmal sondern das Innere wurde derartig gekrümmt, daß es zwei innere Wände 154 und 156 bewirkt, die erzeugt werden, wenn das Werkzeug in die Matrize 134 eindringt, wodurch es in Richtung auf die Mittellinie schwingt und miteinander in Berührung kommt entlang einer gemeinsamen Wand 158. Die Matrize der Fig. 27a erzeugt Rippen, wie in Fig. 27b bei 160 und 162 dargestellt, doch verschwindet dabei die herkömmliche Gewindespitze, da es bei 163 nach Einsatz gepreßt wird in Richtung auf den Körper der Schraube, während die Rippen erzeugt werden. Die Rippen jedoch wirken in genau der gleichen Weise, wie die in allen anderen hier illustrierten Formen dargestellten Rippen.

Die Fig. 28a zeigt eine noch weitere Ausbildungsform, bei der das Werkzeug 164 so geformt ist, daß die Innenwände 166 und 168 zusammen kommen entlang einer gemeinsamen Oberfläche 170. Diese Ausbildungsart erzeugt, das in Fig. 28b gezeigte Gewinde, bei dem die Rippen 172 und 174 länger sind und etwas mehr flexibel als beispielsweise die Rippen 160 und 162, die in Fig. 27b dargestellt sind.

Eine weitere Abart ist gezeigt in Fig. 29a, bei der das Werkzeug 176 eine Matrizenausbildung erzeugt, wobei die inneren angrenzenden Wände 178 und 180 sich für einen Teil ihrer Länge entlang der Oberfläche 182 treffen, wodurch eine V-förmige zentrale Kerbe 184 entsteht. Diese Matrizenausbildung erzeugt die in Fig. 29b dargestellte Gewindeausbildung. Hier sind die Rippen 186 und 188 ähnlich allen anderen vorher beschriebenen Rippen, soweit ihre Wirksamkeit in der Verriegelung der Schraube innerhalb der Mutter betroffen ist, doch wird eine Spitze 190 von leicht verringertem Durchmesser erzeugt.

Die in Fig. 30 dargestellte Konstruktion ist eingeschlossen zum Zwecke der Illustrierung mittels Vergleich mit Fig. 2 und 2a, daß die Erfindung in keiner Weise auf eine besondere Rippenausbildung weder im Querschnitt noch in der Lage entlang der Flanke des Schraubengewindes begrenzt ist.

Aus der vorausgegangenen Erklärung der unterschiedlichen Formen, die die Erfindung annehmen kann, geht hervor, daß die Rippe in allen Fällen dadurch gebildet wird, daß ein Teil der Gewindeflanke nach auswärts gedrückt wird. Die Rippe kann im allgemeinen beschrieben werden als irgendwo ausgebildet zwischen Fuß und Spitze des Gewindes. Im Normalfalle hat der Scheitel des Gewindes einen größeren Radius als die Rippe, doch kann in einigen Fällen der Scheitel einen geringeren Radius aufweisen, wie dargestellt beispielsweise in Fig. 27b, 28b und 29b. Die Innenwand der Rippe muß notwendigerweise an einem Punkt innerhalb der Gewindeflanke beginnen, doch ist die Winkeligkeit der Innen- und Außenwände der Rippe in keiner Weise hinsichtlich der spezifischen Ausbildungsform begrenzt.

Alle Änderungen und Abarten des hier zum Zwecke der Beschreibung gewählten Erfindungsbeispiels sollen eingeschlossen werden - soweit sie nicht von der Idee und dem Umfang der Erfindung abweichen.

Claims (10)

1. Schraube mit selbstsicherndem Gewinde, das aus den Gewindeflankenflächen kragende, gegen die Flanken des korrespondierenden Gewindes drückbare Ausformungen aufweist dadurch gekennzeichnet, daß eine solche Ausformung als eine von den Flanken des korrespondierenden Gewindes federnd in Richtung auf die Gewindeflankenfläche (18 bis 20) rückbiegbare Rippe (22, 24) ausgebildet ist.

2. Schraube nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Rippe (22, 24) kürzer als ein Gewindegang bemessen ist.

3. Schraube nach den Ansprüchen 1 und/oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß mehr als eine Rippe auf einem Gewindegang angeordnet sind.

4. Schraube nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß Rippen nur auf bestimmten Gängen des Gewindes angeordnet sind.

5. Schraube nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß Rippen auf beiden Flanken eines Gewindeganges angeordnet sind.

6. Schraube nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rippenquerschnitt am Rippenanfang und am Rippenende sich allmählich verkleinernd in die Gewindeflankenfläche übergeht.

7. Schraube nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß nur die äußeren Enden von mehreren, auf einem Gewindegang angeordneten Rippen mit sich allmählich verkleinerndem Querschnitt in die Gewindeflankenfläche übergehen.

8. Schraube nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die auskragende Spitzkante der Rippe parallel zur Spitzenkante des Gewindes verläuft.

9. Schraube nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzkante der Rippe etwa radial zur Gewindemittenachse von dieser weggerichtet ist.

10. Schraube nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen im Querschnitt keilförmig mit der der Gewindeflanke zugekehrten Keilseitenfläche spitzwinkelig zu dieser verlaufend angeordnet sind.