DE69912498T2

DE69912498T2 - Selbstzentrierende Schraubbefestigung

Info

Publication number: DE69912498T2
Application number: DE69912498T
Authority: DE
Inventors: Seina Hoffman Estates Savoji
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1998-03-11
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2019-03-06
Also published as: DK0942181T3; JPH11351222A; DE69912498D1; EP0942181A3; ES2210975T3; PT942181E; EP0942181B1; CA2265140A1; EP0942181A2; ATE253693T1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Befestigungselemente, die ein Gewinde aufweisen, und insbesondere verbesserte, nicht verkantende Gewinde-Befestigungselemente (anti-cross threading fasteners).
Gewinde-Befestigungselemente des Typs, die einen Schaft-Abschnitt, welcher mit einem spiralförmigen Gewinde versehen ist, aufweisen, sind allgemein bekannt und werden vielfältig verwendet. Diese beinhalten vielfältige Gewinde-Schaft-Elemente, um welche eine Mutter (nut) oder ein anderes Element, welches eine Bohrung mit einem komplementären Gewinde aufweist, montierbar ist. Gewinde-Schaft-Elemente sind oftmals als Bolzen mit einem, durch ein Werkzeug eingreifbaren Ende oder einer Torsions-Oberfläche ausgebildet, an welches/welche ein Drehmoment für die Montage angelegt wird, können aber allgemeiner jeglichen Gewinde-Schaft aufweisen, welcher von einem Artikel oder einer Maschine hervorsteht, um eine Mutter entgegenzunehmen. Andere Gewinde-Befestigungselemente sind als doppelt endende Stiftschrauben (double ended studs) ausgebildet, welche Schraubengewindegänge haben, die an gegenüberliegenden Endabschnitten davon ausgebildet sind.
Es ist allgemein bekannt, dass Gewinde-Befestigungselemente eine Tendenz zeigen, während der Montage zu verkanten (cross-thread), wie das Befestigungselement gemäß US-A-5609455. Verkanten tritt allgemein aufgrund von einer Winkel-Versetzung und einer axialen Versetzung zwischen dem Gewinde-Schaft und der Gewinde-Bohrung während der Montage auf. Verkanten ist für ungeübte Arbeiter und in automatisierten Montage-Arbeitsgängen besonders lästig, was in einer reduzierten Produktivität und beschädigten Komponenten, die allgemein nicht wiederverwendbar sind, resultiert. Die Probleme, die mit dem Verkanten verbunden sind, sind von anderen erkannt worden, und es wurden Anstrengungen unternommen, um das Auftreten davon zu eliminieren oder zumindest zu reduzieren.
US-A-3 828 604 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Gewinde-Befestigungselementen, welche einen gerundeten (curved) Spitzen-Abschnitt (tip portion) aufweisen, was die Montage davon in einer Gewinde-Bohrung vereinfacht.
WO-A-97/04241 offenbart ein Befestigungselement mit zwei oder mehreren gerundeten Übergangsgewindegängen mit relativ verengtem Durchmesser, welche das Verkanten reduzieren können, wenn die Winkel-Versetzung und die axiale Versetzung nicht übermäßig sind. Der Gewinde-Schaft-Abschnitt nahe dem Spitzen-Ende davon begrenzt die Winkel-Versetzung, welche durch die gerundeten Übergangsgewindegänge kompensiert werden. In anderen Ausführungsformen, die darin offenbart sind, begrenzt ein, kein Gewinde aufweisender Befestigungselement-Spitzen-End- oder Ansatz- (dog point) -Abschnitt, welcher einen reduzierten Durchmesser hat, in ähnlicher Weise die Versetzung, die durch die gerundeten Übergangsgewindegänge kompensiert werden.
Die vorliegende Erfindung wird auf Fortschritte in dem Fachgebiet von Gewinde-Befestigungselementen generell, und im Spezielleren auf neue Verbesserungen bei nicht verkantenden Gewinde-Befestigungselementen, welche Bolzen, Schrauben und andere Gewinde-Schaft-Elemente beinhalten, gerichtet.
Das selbstzentrierende Gewinde-Befestigungselement (anti-cross threading fastener) nach der Erfindung beinhaltet einen Schaft-Abschnitt, welcher eine axiale Abmessung und ein vorderes Ende hat; erste Schraubengewindegänge, die auf einem Abschnitt des Schaft-Abschnittes gebildet sind, wobei die ersten Gewindegänge einen Außendurchmesser, einen Innendurchmesser und einen ersten Flankenwinkel haben; und zweite Schraubengewindegänge, die auf einem Abschnitt des Schaftes nahe dem vorderen Ende gebildet sind, wobei die zweiten Gewindegänge zwei allgemein ebene Flanken aufweisen, die zusammenlaufen, um einen allgemein spitz zulaufenden Standard-Maschinengewinde-Gewinderücken (standard machine thread crest) zu bilden, und wobei die zweiten Gewindegänge einen Außendurchmesser, der geringer ist als der Außendurchmesser der ersten Gewindegänge, einen Innendurchmesser, der gleich ist wie der Innendurchmesser der ersten Gewindegänge, und einen zweiten Flankenwinkel aufweisen, welcher größer ist als der erste Flankenwinkel der ersten Gewindegänge; wobei ein Kegelwinkel (taper angle) durch einen Gewinderücken eines ersten Gewindeganges und einen Gewinderücken eines benachbarten, zweiten Gewindeganges definiert wird, und der Kegelwinkel ungefähr 14 Grad beträgt.
Die vorliegende Erfindung bietet neuartige, nicht verkantende Gewinde-Befestigungselemente, welche die Probleme des Standes der Technik überwinden, und die ökonomisch sind. Sie sind leicht zu montieren, und sind relativ konsistent und ordentlich installierbar, und sind installierbar unter Bedingungen mit einer Winkel-Versetzung und einer axialen Versetzung, welche nicht verkantende Gewinde-Befestigungselemente des Standes der Technik nicht kompensieren. Ferner sind die Befestigungselemente in Anwendungen verwendbar, welche anfällig bezüglich einem Verkanten sind und welche die Montage durch ungeübte Arbeiter und insbesondere automatisierte Befestigungselement-Montage-Arbeitsgänge beinhalten.
Spezielle Ausführungsformen gemäß dieser Erfindung werden nachfolgend beschrieben, mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen; in denen:
1 eine Teil-Seitenansicht eines Gewinde-Befestigungselements gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung ist;
2 eine Teil-Seitenansicht eines Gewinde-Befestigungselements gemäß einer alternativen, exemplarischen Ausführungsform der Erfindung ist;
3 eine Teil-Schnittansicht eines Gewinde-Befestigungselements gemäß der vorliegenden Erfindung ist, welches während der Montage in eine, mit einem komplementären Gewinde versehene Bohrung nicht fluchtend ausgerichtet ist;
4 ist eine weitere Teil-Schnittansicht eines Gewinde-Befestigungselements gemäß der vorliegenden Erfindung, welches während der Montage in eine, mit einem komplementären Gewinde versehene Bohrung nicht fluchtend ausgerichtet ist;
5 ist eine Teil-Seitenansicht eines doppelt endenden (double ended) Gewinde-Befestigungselementes gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht von 5.
7 ist eine Seitenansicht eines Spitzen-Endabschnittes von 5;
8 ist ein alternativer vorderer Endabschnitt, welcher Merkmale aufweist, die in Kombination mit dem Gewinde-Befestigungselement von 5 verwendbar sind;
9 ist eine Teil-Schnittansicht eines Gewinde-Befestigungselements, welches während der Montage in eine Gewinde-Bohrung nicht fluchtend ausgerichtet ist, wobei ein weiterer Aspekt der Erfindung veranschaulicht wird;
10 ist eine Teil-Schnittansicht eines weiteren Gewinde-Befestigungselements, welches während der Montage in einer Gewinde-Bohrung nicht fluchtend ausgerichtet ist, wobei ein weiterer Aspekt der Erfindung veranschaulicht wird.
Die 1–4 zeigen ein nicht verkantendes Gewinde-Befestigungselement 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, welches der Gewinde-Schaft-Abschnitt eines Bolzens, welcher ein Torsions-Ende aufweist, das nicht gezeigt ist, sein kann, oder allgemeiner jegliches Gewinde-Schaft-Element, welches von einem Artikel oder einer Maschine hervorsteht, und in die Bohrung einer Mutter oder eines anderen, mit einem komplementären Gewinde versehenen Elements in einen Gewinde-Eingriff gebracht werden kann.
Das nicht verkantende Gewinde-Befestigungselement 10 weist allgemein einen Schaft 20, welcher eine axiale Abmessung 22 hat, und einen vorderen Endabschnitt 24 mit einem Spitzen-Abschnitt 26 auf. Es sind Schraubengewindegänge 30 auf einem Abschnitt des Schaft-Abschnittes 20 ausgebildet, wobei der Gewinde-Schaft-Abschnitt 30 einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser hat. Der Innendurchmesser des Gewinde-Schaft-Abschnittes 32 kann gleich sein oder geringer sein als ein Kerndurchmesser des Schaft-Abschnittes 34. In einer Ausführungsform ist der vordere Endabschnitt 24 des Schaft-Abschnittes 20 frei von Schraubengewindegängen und hat einen Durchmesser, welcher geringer ist als der Außendurchmesser des Gewinde-Schaft-Abschnittes 30. Und in einer weiteren Ausführungsform ist der vordere Endabschnitt 24 des Schaft-Abschnittes frei von Schraubengewindegängen und hat einen Durchmesser, welcher geringer ist als der Innendurchmesser des Gewindeabschnittes des Elements 60.
In einer Ausführungsform hat der Spitzen-Abschnitt 26 des Schaft-Abschnittes 20 eine, zumindest teilweise im Wesentlichen gerundete Oberfläche 28, welche einen relativ flachen Endabschnitt 27 aufweisen kann, wie es in der beispielhaften Ausführungsform gezeigt wird. Die im Wesentlichen gerundete Oberfläche 28 kann eine im Wesentlichen sphärische oder ellipsoide oder parabolische oder andere unregelmäßig gerundete Oberfläche mit oder ohne dem relativ flachen Endabschnitt 27 sein. Die im Wesentlichen gerundete Oberfläche 28 erleichtert das Platzieren des vorderen Endabschnittes 24 des Schaft-Abschnittes 20 in die Mutter oder ein anderes, mit einem komplementären Gewinde versehenes Element, wenn eine axiale Versetzung und eine Winkel-Versetzung dazwischen vorhanden ist, und erleichtert auch das Ausrichten des Schaft-Abschnittes 20 in Fluchtung mit der Mutter oder einem anderen, mit einem komplementären Gewinde versehenen Element während der Installation davon, wie nachfolgend diskutiert wird.
Eine, im Wesentlichen ringförmige Rinne 40 ist um den Schaft-Abschnitt 20 zwischen der zumindest teilweise im Wesentlichen gerundeten Oberfläche 28 des Spitzen-Abschnittes 26 und dem Gewinde-Schaft-Abschnitt 30 angeordnet. 3 stellt das nicht verkantende Gewinde-Befestigungselement 10 dar, welches in die Mutter oder ein anderes, mit einem komplementären Gewinde versehenes Element 60 platziert ist, mit einer relativ großen Winkel-Versetzung von ungefähr 35 Grad dazwischen. Die im Wesentlichen ringförmige Rinne 40 nimmt einen ringförmigen Kanten-Abschnitt 62 der Mutter 60 auf, wobei sie dabei das anfängliche Positionieren und Aufnehmen des vorderen Abschnittes 24 des Befestigungselements in die Bohrung 64 der Mutter 60 bei größeren Winkel-Versetzungen als die, welche ohne das Vorhandensein der Aussparung 40 möglich sind, erleichtert. Die 3 und 4 zeigen die, zumindest teilweise im Wesentlichen gerundete Oberfläche 28 des Spitzen-Abschnittes 26, welche eine nachfolgende Winkelorientierung oder ein Kippen der Schaft-Abschnitts-Achse 22 in eine Winkel-Fluchtung und eine axiale Fluchtung mit einer Achse der Mutter 60 erlaubt und erleichtert. 4 zeigt auch die maximale Winkel-Versetzung zwischen der Schaft-Achse 22 und der Mutter 60, welche in der beispielhaften Ausführungsform ungefähr 20 Grad beträgt, und die durch das nicht verkantende Gewinde-Befestigungselement 10 ohne das Vorhandensein der im Wesentlichen ringförmigen Aussparung 40 kompensierbar ist.
Die 1-4 zeigen auch einen zylindrischen Schaft-Abschnitt 70, der zwischen der, zumindest teilweise im Wesentlichen gerundeten Oberfläche 28 des Spitzen-Abschnittes 26 und der im Wesentlichen ringförmigen Rinne 40, die um den Schaft-Abschnitt 20 angeordnet ist, platziert ist. Nachdem der Schaft-Abschnitt 20 im Wesentlichen axial und im Winkel fluchtend mit der Bohrung 64 der Mutter ausgerichtet wurde, hält der zylindrische Schaft-Abschnitt 70 die wesentliche axiale Fluchtung und Winkel-Fluchtung des Schaft-Abschnittes 20 in der Bohrung 64 der Mutter 60, auf das Einführen des zylindrischen Schaft-Abschnittes 70 in die Bohrung 64 hin, aufrecht.
In einer Ausführungsform hat der zylindrische Schaft-Abschnitt 70 eine axiale Abmessung, welche ungefähr einer Gewindesteigung der Schraubengewindegänge entspricht, und in weiteren Ausführungsformen kann die axiale Abmessung davon etwas größer oder kleiner sein. Die axiale Abmessung des zylindrischen Schaft-Abschnittes 70 muss jedoch ausreichend lang sein, um eine wesentliche Fluchtung des Schaft-Abschnittes 20 nach dem Einführen des zylindrischen Abschnittes 70 davon in die Bohrung 64 der Mutter aufrechtzuerhalten, darf jedoch nicht so lang sein, dass sie die anfängliche kippende Ausrichtung eines nicht fluchtenden Schaft-Abschnittes 20, wie es oberhalb in Verbindung mit den 3 und 4 diskutiert wurde, behindert.
Die 1-4 zeigen auch einen Abschnitt 32 des Gewinde-Schaft-Abschnittes 30, welcher sich verengend zu dem Spitzen-Abschnitt 26 des Schaft-Abschnittes 20 hin verjüngt. In einer Ausführungsform hat der verjüngte Gewinde-Schaft-Abschnitt 32 eine axiale Abmessung zwischen ungefähr 3 und ungefähr 4 Gewindesteigungen des Schraubengewindes. Der verjüngte Gewinde-Schaft-Abschnitt 32 erleichtert das Ausrichten der Schraubengewindegänge 30 in Fluchtung mit der Gewinde-Bohrung 64 der Mutter 60, wobei er eine mäßige Winkel-Versetzung zwischen dem Schaft-Abschnitt 20 und der Mutter 60 beim Einführen des Schaft-Abschnittes 20 darin kompensiert und einen richtigen Gewinde-Eingriff dazwischen fördert. Gemäß der Erfindung beträgt der Winkel der Verjüngung ungefähr 14 Grad.
2 zeigt zumindest einige der Schraubengewindegänge auf dem verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnitt 32, die aus beabstandeten Nocken (lobes) gebildet sind, von denen einige mit den Zahlen 36, 37 und 38 gekennzeichnet sind, und welche vorzugsweise im Wesentlichen gleich um den Umfang des Schaft-Abschnittes 20 beabstandet sind. Der Nocken aufweisende Gewinde-Schaft-Abschnitt kompensiert sogar eine hochgradigere Versetzung zwischen dem Schaft-Abschnitt 20 und der Mutter 60 nach dem Einsetzen des Schaft-Abschnittes darin und fördert einen richtigen Gewinde-Eingriff dazwischen, als es ohne die Nocken aufweisenden Gewindegänge kompensierbar wäre.
Die 1 und 2 zeigen die Schraubengewindegänge des verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnittes 32, welcher einen Flankenwinkel hat, der größer als ein Flankenwinkel der Schraubengewindegänge des verbleibenden, nicht verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnittes 34 ist. Der Flankenwinkel des verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnittes 32 nimmt zu dem Spitzen-Abschnitt 26 des Schaft-Abschnittes 20 hin zu. In der beispielhaften Ausführungsform beträgt der Flankenwinkel des nicht verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnittes 34 ungefähr 60 Grad, und mit abnehmenden Durchmesser des Gewinde-Schaft-Abschnittes 32 zu dem Ende 27 hin, nimmt der Flankenwinkel davon auf ungefähr 100 Grad zu. Der zunehmende Flankenwinkel des verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnittes 32 erleichtert auch das Ausrichten der Schraubengewindegänge 30 in Fluchtung mit der Gewinde-Bohrung 64 der Mutter 60, welcher ferner eine mäßige Winkel-Versetzung zwischen dem Schaft-Abschnitt 20 und der Mutter 60 nach dem Einsetzen des Schaft-Abschnittes 20 darin kompensiert und ferner einen richtigen Gewinde-Eingriff dazwischen fördert, und wobei er dabei ferner die Effektivität, mit welcher der Gewinde-Schaft-Abschnitt 30 mit der Gewinde-Bohrung 64 der Mutter 60 richtig in Gewinde-Eingriff gebracht wird, erhöht.
5 zeigt ein nicht verkantendes Gewinde-Befestigungselement 10, welches in der beispielhaften Ausführungsform ein doppelt endendes Schaft-Befestigungselement ist, welches gegenüberliegende Gewinde-Endabschnitte hat, von denen jeder mit einer Gewinde-Bohrung, die in einer oder durch eine Mutter oder ein anderes Körperelement angeordnet ist, in Eingriff gebracht werden kann. Die Erfindung ist auch bei vielen anderen Gewinde-Befestigungselementen anwendbar, zum Beispiel bei Gewinde-Bolzen, die ein Torsions-Ende haben, und bei Gewinde-Schaft-Elementen, die von Artikeln und Maschinen hervorstehen. Die Erfindung ist allgemeiner bei jeglichem Gewinde-Schaft-Element, das in Eingriff mit einer Gewinde-Bohrung gebracht werden kann, anwendbar.
5 zeigt das nicht verkantende Gewinde-Befestigungselement 110, welches allgemein einen Schaft-Abschnitt 120, der eine axiale Abmessung 122 hat, aufweist. Der Schaft-Abschnitt 120 weist allgemein mindestens einen vorderen Endabschnitt auf, und bei dem beispielhaften doppelt endenden Gewinde-Schaft-Befestigungselement von 5 weist der Schaft-Abschnitt 120 einen ersten vorderen Endabschnitt 130 mit einem entsprechenden ersten Ende 132, und einen gegenüberliegenden zweiten vorderen Endabschnitt 131 mit einem entsprechenden zweiten Ende 133 auf.
Das Befestigungselement 110 weist Schraubengewindegänge auf, die einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser haben, wie es für Schraubengewindegänge typisch ist, die im Allgemeinen einen oder mehrere Gewinde-Schaft-Abschnitte auf dem Schaft-Abschnitt 120 bilden. In 5 bilden Schraubengewindegänge auf dem Schaft-Abschnitt 120 einen ersten Gewinde-Schaft-Abschnitt 140 nahe dem ersten Ende 132 davon, und einen zweiten Gewinde-Schaft-Abschnitt 141 nahe dem zweiten Ende 133 davon. Der zweite Gewinde-Schaft-Abschnitt 141 erstreckt sich axial entlang dem zweiten vorderen Endabschnitt 131 zu dem zweiten Ende 133. In 5 weist der Schaft-Abschnitt 120 des doppelt endenden Schaft-Befestigungselements einen, nicht mit einem Gewinde versehenen, dazwischenliegenden, zylindrischen Abschnitt 121 auf, der zwischen dem ersten und dem zweiten Gewinde-Schaft-Abschnitt 140 und 141 davon angeordnet ist.
Allgemein wird ein verjüngter Gewinde-Schaft-Abschnitt vorzugsweise auf dem Gewinde-Schaft-Abschnitt nahe dem Ende des Schaft-Abschnittes ausgebildet, wobei der Gewinde-Schaft-Abschnitt einen verbleibenden, nicht verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnitt aufweist. Der verjüngte Gewinde-Schaft-Abschnitt verengt sich axial in Richtung des, oder gegen den vorderen Endabschnitt des Schaft-Abschnitts. Und bei Ausführungsformen, bei welchen der vordere Endabschnitt auch ein Gewinde aufweist, verengt sich der verjüngte Gewinde-Schaft-Abschnitt axial in Richtung des Endes des Schaft-Abschnittes.
Die 5 und 6 zeigen einen ersten verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnitt 142, der auf dem ersten Gewinde-Schaft-Abschnitt 140 nahe dem ersten Ende 132 des Schaft-Abschnittes 120 gebildet ist, wobei der erste Gewinde-Schaft-Abschnitt 140 einen ersten, verbleibenden, nicht verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnitt 144 aufweist. Der erste verjüngte Gewinde-Schaft-Abschnitt 142 verengt sich axial in Richtung des ersten, vorderen Endabschnittes 130 des Schaft-Abschnittes 120. Der zweite Gewinde-Schaft-Abschnitt 141 hat auch einen entsprechenden, zweiten, verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnitt 145, der darauf gebildet ist, und der sich in Richtung des zweiten Endes 133 davon verengt, und einen zweiten, verbleibenden, nicht verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnitt, wie oberhalb diskutiert wurde.
In den 5 und 6 hat der verjüngte Gewinde-Schaft-Abschnitt eine axiale Abmessung, welche zwischen ungefähr 3 und ungefähr 4 Gewindesteigungen des Schraubengewindes entspricht, obwohl diese axiale Abmessung exemplarisch ist und nicht beabsichtigt ist, begrenzend zu sein. Der verjüngte Gewinde-Schaft-Abschnitt verjüngt sich allgemein mit einem Verjüngungswinkel in einem Bereich zwischen ungefähr 10 Grad und ungefähr 20 Grad. In der beispielhaften Ausführungsform von 6 beträgt der Verjüngungswinkel des ersten verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnittes 142 ungefähr 14 Grad.
Allgemein haben die Schraubengewindegänge des verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnittes einen Flankenwinkel, welcher größer ist als ein Flankenwinkel der Schraubengewindegänge des verbleibenden, nicht verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnittes. Der Flankenwinkel des verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnittes nimmt allgemein mit abnehmendem Durchmesser des verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnittes in Richtung zu dem Ende des Befestigungselementes hin zu.
In 6 beträgt der Flankenwinkel des ersten, nicht verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnittes 144 ungefähr 60 Grad, und der Flankenwinkel des ersten verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnittes 142 nimmt von ungefähr 60 an der Schnittstelle mit dem ersten, nicht verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnitt 144 auf ungefähr 100 Grad an dem engsten Durchmesser des ersten, verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnittes 142 in Richtung zu dem ersten Ende 132 zu. Die Schraubengewindegänge des verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnittes 142 haben vorzugsweise die gleiche Gewindesteigung wie die Schraubengewindegänge des nicht verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnittes 144.
5 zeigt einen zylindrischen Schaft-Abschnitt 150, welcher allgemein zwischen dem ersten Ende 132 und dem ersten Gewinde-Schaft-Abschnitt 140 platziert ist, und 6 zeigt den zylindrischen Schaft-Abschnitt 150, der vorzugsweise benachbart zu dem ersten verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnitt 142 angeordnet ist. Der zylindrische Schaft-Abschnitt 150 ist auch vorzugsweise frei von Schraubengewindegängen, und hat einen Durchmesser, der vorzugsweise nicht größer als der Innendurchmesser des Gewinde-Schaft-Abschnittes 140 ist. In der beispielhaften Ausführungsform von 8 hat der zylindrische Schaft-Abschnitt 150 eine axiale Abmessung, welche ungefähr einer Gewindesteigung der Schraubengewindegänge entspricht, und in anderen Ausführungsformen kann die axiale Abmessung davon mehr oder weniger sein, abhängig von der speziellen Anwendung. Die axiale Abmessung des zylindrischen Schaft-Abschnittes 150 ist vorzugsweise ausreichend lang, um eine wesentliche Fluchtung des Schaft-Abschnittes 120 in der Gewindebohrung aufrechtzuerhalten, darf jedoch auch nicht so lang sein, dass sie die anfängliche, kippende Ausrichtung eines nicht fluchtenden Schaft-Abschnittes 120 behindert, wie nachfolgend diskutiert wird.
Allgemein hat in Ausführungsformen, bei denen der vordere Endabschnitt frei von Schraubengewindegängen ist, oder kein Gewinde aufweist, der vordere Endabschnitt einen Durchmesser, welcher geringer als der Außendurchmesser des Gewinde-Schaft-Abschnittes 140 ist, und vorzugsweise geringer als oder gleich wie, oder nicht größer als der Innendurchmesser des Gewinde-Schaft-Abschnittes 140.
Die 5 und 7 zeigen den ersten vorderen Endabschnitt 130, welcher frei von Schraubengewindegängen ist und ferner einen ersten Spitzen-Abschnitt mit einem Antriebswerkzeug-Eingreifende oder einer Torsions-Oberfläche 160 aufweist. In der beispielhaften Ausführungsform, die in den 5 und 6 gezeigt ist, hat die Torsions-Oberfläche 160 mehrere Nocken 162, die radial nach außen hervorstehen. In alternativen Ausführungsformen hat die Torsions-Oberfläche 160 jedoch andere Konfigurationen, zum Beispiel eine hexagonale oder eine allgemein mehrkantige innere oder äußere Oberfläche, wie es allgemein bekannt ist. Die 5-7 zeigen den vorderen Endabschnitt 130, welcher einen Durchmesser hat, der geringer als der Innendurchmesser des Gewinde-Schaft-Abschnittes 140 ist, und wobei der erste, vordere Endabschnitt 130 einen, kein Gewinde aufweisenden, verjüngten Abschnitt 134 aufweist, der sich axial von dem zylindrischen Schaft-Abschnitt 150 in Richtung zu der Torsions-Oberfläche 160 verengt, und folglich für den reduzierten Durchmesser sorgt.
8 zeigt einen alternativen vorderen End-Abschnitt 130, welcher eine, im Wesentlichen ringförmige Rinne 170 hat, die um den Schaft-Abschnitt herum zwischen dem Gewinde-Schaft-Abschnitt und dem zylindrischen Schaft-Abschnitt 150 angeordnet ist. Die im Wesentlichen ringförmige Rinne 170 ist konkav und hat eine allgemein gerundete Form. Die im Wesentlichen ringförmige Rinne 170 ist vorzugsweise benachbart zu dem ersten, verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnitt 142 und benachbart zu dem zylindrischen Schaft-Abschnitt 150 angeordnet. Die im Wesentlichen ringförmige Rinne 170 hat allgemein einen Durchmesser, welcher kleiner ist als der Innendurchmesser des Gewinde-Schaft-Abschnittes. Und wenn sie in Kombination mit einem zylindrischen Schaft-Abschnitt 150 verwendet wird, hat die im Wesentlichen ringförmige Rinne 170 vorzugsweise einen Durchmesser, der kleiner als der Durchmesser des zylindrischen Schaft-Abschnittes 150 ist. Die im Wesentlichen ringförmige Rinne 170 hat eine axiale Abmessung in einem Bereich, welcher zwischen ungefähr einer und ungefähr zwei Gewindesteigungen des Schraubengewindes entspricht.
8 zeigt auch den ersten vorderen Endabschnitt 130, welcher einen Spitzen-Abschnitt mit einer zumindest teilweise, im Wesentlichen gerundeten Oberfläche 180 hat, die ein relativ flaches Ende 182 aufweisen kann, was einem des ersten und zweiten Endes 132 und 133, die in 5 gezeigt sind, entspricht. Die im Wesentlichen gerundete Oberfläche 180 kann eine im Wesentlichen sphärische oder ellipsoide oder parabolische oder anders unregelmäßig gerundete Oberfläche mit oder ohne dem relativ flachen Endabschnitt 182 sein. In 8 ist die im Wesentlichen gerundete Oberfläche 180 benachbart zu einem zylindrischen Schaft-Abschnitt 150. Die im Wesentlichen gerundete Oberfläche 180 kann direkt benachbart zu dem zylindrischen Schaft-Abschnitt 150 der 5 und 6 an Stelle der Torsions-Oberfläche 160, mit oder ohne dem ringförmigen Rinnen-Abschnitt 170, angeordnet sein.
9 zeigt das Befestigungselement 110 und im Spezielleren den ersten, vorderen Endabschnitt 130 davon, welcher in eine Gewinde-Bohrung 190 platziert ist, die zumindest teilweise in oder vollständig durch eine Mutter oder irgendein anderes Körperelement angeordnet ist. Der erste vordere Endabschnitt 130 ist frei von Schraubengewindegängen und hat einen Durchmesser, der kleiner als oder gleich dem Außendurchmesser ist, und vorzugsweise nicht größer als der Innendurchmesser davon ist. Folglich ist der vordere Endabschnitt 130 des Befestigungselements relativ einfach in der Gewinde-Bohrung 190 platzierbar.
9 zeigt den zylindrischen Schaft-Abschnitt 150, welcher allgemein den Schaft-Abschnitt 120 in die Gewinde-Bohrung 190 führt. So wie der vordere Endabschnitt 130 weiter in die Gewinde-Bohrung 190 eingesetzt wird, richtet der zylindrische Schaft-Abschnitt 150 zunehmend den Schaft-Abschnitt 120 bezüglich dem Winkel axial mit der Gewinde-Bohrung 190 aus, bis der verjüngte Gewinde-Schaft-Abschnitt 142 beginnt, in die Gewinde-Bohrung 190 einzutreten.
So wie der verjüngte Gewinde-Schaft-Abschnitt 142 in die Gewinde-Bohrung 190 eintritt, erleichtert der verjüngte Gewinde-Schaft 142 eine weitere axiale Ausrichtung des Befestigungselement-Schaftes 120 in Fluchtung mit der Gewinde-Bohrung 190 und fördert einen richtigen Gewinde-Eingriff dazwischen. Im Spezielleren kompensiert der verjüngte Gewinde-Schaft-Abschnitt 142 eine mäßige Winkel-Versetzung zwischen dem Gewinde-Schaft-Abschnitt 140 und der Gewinde-Bohrung 190 bei dem weiteren Einführen des verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnitts 142 in die Bohrung 190.
Der zunehmende Flankenwinkel des verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnitts 142 in Richtung des Endes 132 des Befestigungselements 110 erleichtert die Ausbildung des verjüngten Gewinde-Abschnittes 142 auf dem Gewinde-Schaft-Abschnitt 140 und gewährleistet einen relativ kontinuierlichen Übergang zwischen dem verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnitt 142 und dem zylindrischen Schaft-Abschnitt 150. Der erste verjüngte Gewinde-Schaft-Abschnitt 142 ist besonders effektiv für eine axiale Ausrichtung und für einen richtigen Eingriff mit der Gewinde-Bohrung 190, wenn die Schraubengewindesteigung auf dem verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnitt 142 die gleiche ist wie die Schraubengewindesteigung auf dem verbleibenden, nicht verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnitt 144, wie es oberhalb in Verbindung mit einer bevorzugten, exemplarischen Ausführungsform diskutiert wurde.
In der beispielhaften Ausführungsform beträgt die axiale Abmessung des zylindrischen Schaft-Abschnittes 150 ungefähr eine Gewindesteigung der Schraubengewindegänge und der Verjüngungswinkel des verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnittes 142 beträgt ungefähr 14 Grad, wie oberhalb diskutiert wurde. Der Bereich der Winkel-Versetzung, welcher durch diese beispielhafte Befestigungselement-Konfiguration kompensiert wird, liegt in einem Bereich zwischen ungefähr 0 Grad und ungefähr 10 Grad. Es ist jedoch mit diesem beispielhaften Winkel-Versetzungs-Kompensationsbereich nicht beabsichtigt, begrenzend zu sein, da der Bereich allgemein von dem Verjüngungswinkel des verjüngten Gewinde-Schaft-Abschnittes 142 und der axialen Abmessung oder Länge des zylindrischen Schaft-Abschnittes 150 und des vorderen Endabschnittes 130 abhängt, welche beide Änderungen unterliegen, die von den spezifischen Anforderungen der speziellen Anwendung abhängen.
10 zeigt den ersten, vorderen Endabschnitt 130 des Befestigungselements, der in eine Gewinde-Bohrung 190 eingesetzt ist. Die im Wesentlichen gerundete Oberfläche 180 erleichtert das Einstellen der axialen Fluchtung und Winkel-Fluchtung des Befestigungselement-Schaft-Abschnittes 120 relativ zu der Gewinde-Bohrung 190, besonders wenn die anfängliche Versetzung dazwischen erheblich ist. Im Spezielleren erleichtert die im Wesentlichen gerundete Oberfläche 180 die anfängliche, kippende Anpassung oder Ausrichtung des Schaft-Abschnittes 120 in der Gewinde-Bohrung 190, um eine Versetzung dazwischen zu kompensieren, während dem anfänglichen Einsetzen des vorderen Endabschnittes 130 in die Gewinde-Bohrung 190. Die im Wesentlichen gerundete Oberfläche 180 erlaubt die Kompensation von soviel wie 130 Grad oder mehr an Winkel-Versetzung zwischen dem Schaft-Abschnitt 120 und der Gewinde-Bohrung 190. So wie der vordere Endabschnitt 130 des Befestigungselements 110 weitergehend zu der Gewinde-Bohrung 190 fluchtend ausgerichtet wird und weiter in die Gewinde-Bohrung 190 eingeführt wird, treten der zylindrische Schaft-Abschnitt 150 und der verjüngte Gewinde-Schaft-Abschnitt 142 in die Gewinde-Bohrung ein und bieten eine noch weitere, genauere Ausrichtung dazwischen, wie oberhalb diskutiert wurde.
Die im Wesentlichen ringförmige Rinne 170, welche vorzugsweise einen Durchmesser hat, der geringer als der Innendurchmesser des Gewinde-Schaft-Abschnittes 140 ist, kompensiert eine noch größere, anfängliche Winkel-Versetzung zwischen dem Schaft-Abschnitt 120 und der Gewinde-Bohrung 190. Im Spezielleren nimmt die im Wesentlichen ringförmige Rinne 170 einen ringförmigen Kanten-Abschnitt 192 der Gewinde-Bohrung 190 auf, wobei sie dadurch eine relativ erhöhte, anfängliche Winkel-Versetzung zwischen dem Schaft-Abschnitt 120 und der Gewinde-Bohrung 190 zulässt, zum Beispiel ungefähr 35 Grad in der beispielhaften Ausführungsform von 10, obwohl dieser Winkel größer oder kleiner sein kann, was von der axialen Länge und dem Durchmesser der im Wesentlichen ringförmigen Rinne 170 abhängt. Die gekrümmte Oberfläche der im Wesentlichen ringförmigen Rinne 170 erleichtert das Einstellen der axialen Fluchtung und Winkel-Fluchtung zwischen dem Schaft-Abschnitt 120 und der Gewinde-Bohrung 190 durch Bereitstellen einer relativ kontinuierlichen Eingreif-Oberfläche entlang der axialen Abmessung des Schaft-Abschnittes 120 für den ringförmigen Kanten-Abschnitt 192, während dem kippenden Anpassen des Befestigungselement-Schaftes 120. Die im Wesentlichen ringförmige Rinne 170 ist besonders effektiv, wenn sie in Kombination mit der im Wesentlichen gerundeten Oberfläche 180 verwendet wird. Die im Wesentlichen ringförmige Rinne 170 erlaubt folglich das anfängliche Einstellen des Befestigungselements 110 relativ zu der Gewinde-Bohrung 190, zumindest bis andere Eigenschaften der Erfindung, beispielsweise der zylindrische Schaft-Abschnitt 150 und/oder der verjüngte Gewinde-Schaft-Abschnitt 142 einsetzbar sind, um den Befestigungselement-Schaft-Abschnitt 120 weiter fluchtend auszurichten und weitergehender in Eingriff zu bringen mit der Gewinde-Bohrung 190, wie oberhalb diskutiert wurde.

Claims

Selbstzentrierendes Gewinde-Befestigungselement, beinhaltend: einen Schaft-Abschnitt (20), welcher eine axiale Abmessung und ein vorderes Ende (27) hat; erste Schraubengewindegänge (30), die auf einem Abschnitt des Schaft-Abschnittes (20) gebildet sind, wobei die ersten Gewindegänge (30) einen Außendurchmesser, einen Innendurchmesser und einen ersten Flankenwinkel haben; und, zweite Schraubengewindegänge (32, 36, 37, 38), die auf einem Abschnitt des Schaftes (20) nahe dem vorderen Ende gebildet sind, wobei die zweiten Gewindegänge (32) zwei allgemein ebene Flanken aufweisen, die zusammenlaufen, um einen allgemein spitz zulaufenden Standard-Maschinengewinde-Gewinderücken zu bilden, und wobei die zweiten Gewindegänge (32, 36, 37, 38) einen Außendurchmesser, welcher geringer ist als der Außendurchmesser der ersten Gewindegänge (30), einen Innendurchmesser, der gleich ist wie der Innendurchmesser der ersten Gewindegänge (30), und einen zweiten Flankenwinkel aufweisen, welcher größer ist als der erste Flankenwinkel der ersten Gewindegänge (30); wobei ein Kegelwinkel durch einen Gewinderücken eines ersten Gewindeganges (30) und einen Gewinderücken eines benachbarten zweiten Gewindeganges (32, 36, 37, 38) definiert wird, und der Kegelwinkel ungefähr 14 Grad beträgt.
Befestigungselement nach Anspruch 1, wobei der zweite Schraubengewindegang durch beabstandete Nocken (36, 37, 38) gebildet ist.
Befestigungselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Flankenwinkel ungefähr 60 Grad beträgt, und der zweite Flankenwinkel ungefähr 100 Grad beträgt.
Befestigungselement nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweiten Schraubengewindegänge (32, 36, 37, 38) zwischen ungefähr 3 und 4 Gewindesteigungen aufweisen.
Befestigungselement nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Flankenwinkel zu dem vorderen Ende hin zunimmt.
Befestigungselement nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei das vordere Ende eine Spitze (26) hat, welche frei von Schraubengewindegängen ist, und einen Durchmesser hat, welcher geringer ist als der Innendurchmesser der ersten (30) und der zweiten (32) Schraubengewindegänge.
Befestigungselement nach Anspruch 6, wobei die Spitze (26) eine, im Wesentlichen gekrümmte Oberfläche (28) hat.
Befestigungselement nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Spitze (26) eine ringförmige Rinne (40) mit einem Innendurchmesser hat, welcher geringer als der Innendurchmesser der ersten und zweiten Schraubengewindegänge ist.
Befestigungselement nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Spitze (26) einen zylindrischen Abschnitt (150) hat, welcher einen Durchmesser hat, der geringer als der Innendurchmesser der ersten und zweiten Schraubengewindegänge (30, 32) ist, und eine axiale Abmessung hat, die ungefähr einer Gewindesteigung der ersten und zweiten Schraubengewindegänge (30, 32) entspricht.
Befestigungselement nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, welches eine Spitze (26) hat, die ein Ende (28) aufweist, das eine im Wesentlichen gekrümmte Oberfläche hat, einen zylindrischen Abschnitt (70), der an das Ende (28) angrenzt und einen Durchmesser hat, der geringer als der Innendurchmesser der ersten und zweiten Schraubengewindegänge (30, 32) ist, und eine ringförmige Rinne (40) hat, welche zwischen dem zylindrischen Abschnitt (70) und den zweiten Gewindegängen (32) angeordnet ist, wobei die ringförmige Rinne (70) einen Innendurchmesser hat, der geringer als der Durchmesser des zylindrischen Abschnitts (70) ist.