PL192171B1 - Śruba mocująca z samowygniatającym gwintem - Google Patents

Abstract

Sruba mocujaca z samowygniatajacym gwintem, uformowana przez zimne walcowanie, do wkrecania zwlaszcza w termoplastyczne tworzywa sztuczne, z zasadniczo ciagla pod- stawa gwintu i zebami gwintu, które maja stale te sama wysokosc wierzcholków, przy czym przestrzenie swobodne pomiedzy sasiadujacy- mi zebami gwintu wzdluz gwintu sa uksztalto- wane jednakowo, znamienna tym, ze srednica zewnetrzna Do i srednica rdzenia Dk gwintu tworza iloraz Q1 = Do/Dk o wartosci od 1,25 do 1,46; ze odstep osiowy P sasiednich zebów gwintu tworzy z wysokoscia H zebów gwintu iloraz Q2 = P/H o wartosci pomiedzy 2,35 i 2,7, a symetryczny kat wierzcholkowy zebów gwintu wynosi w przyblizeniu 30°. PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest śruba mocująca z samowygniatającym gwintem, uformowana przez zimne walcowanie, do wkręcania zwłaszcza w termoplastyczne tworzywa sztuczne, z zasadniczo ciągłą, cylindryczną podstawą gwintu i z zębami gwintu, które mają ciągle tę samą wysokość wierzchołków, przy czym przestrzenie swobodne między sąsiadującymi zębami gwintu, są wzdłuż gwintu ukształtowane jednakowo.

Śruba tego rodzaju jest znana z opisu patentowego DE-PS 39 26 000. Śruba ta, w odniesieniu do której, w opisie patentowym zwrócono z naciskiem uwagę, że nadaje się szczególnie dobrze do urządzeń włączających i nastawczych, a więc do tak zwanych ruchowych połączeń gwintowych, powinna mieć gwint wysokiej jakości, za pomocą którego można uzyskać ciągły i dający się dobrze dozować moment wkręcający. Nakład na formowanie powinien przy tym być mniejszy niż przy wytwarzaniu normalnych typów śrub. Aby rozwiązać to zadanie, śruba ma kąt wierzchołkowy około 40°, co ułatwia płynięcie materiału śruby w procesie walcowania na zimno.

Przy wkręcaniu w tworzywo sztuczne, śruby, która w przeciwieństwie do działania gwintu ruchowego, nadaje się szczególnie dobrze do wkręcania w termoplastyczne tworzywa sztuczne w celu zamocowania, materiał tworzywa sztucznego zostaje wypchnięty przez wnikające weń zęby gwintu. Do tego celu przekrój gwintu musi mieć do dyspozycji wystarczającą swobodną przestrzeń. Materiał tworzywa sztucznego, wypchnięty przez zęby gwintu zgniata się w tej swobodnej przestrzeni. Według niemieckiego opisu patentowego DE-PS 27 54 870, szpalta 2, ustęp 1 przyjęto założenie, aby możliwie głęboko wniknąć w dany przedmiot wykonany z tworzywa sztucznego, dla zapewnienia dużej nośności. Do tego celu, przy kącie boku zarysu gwintu około 30°, należało mieć do dyspozycji odpowiednio dużą swobodną przestrzeń. W śrubie według opisu DE-PS 27 54 870 istnieje przewężenie w podstawie gwintu, tak, że wyparty przez zęby gwintu materiał z tworzywa sztucznego ma tę swobodną przestrzeń. Wyparty przez zęby gwintu materiał z tworzywa sztucznego musi przy tym pokonać drogę z obszaru tworzywa sztucznego, do podstawy gwintu, i wskutek długości tej drogi traci ścisłe bezpośrednie połączenie z niewypchniętym materiałem z tworzywa sztucznego, co powoduje zmniejszenie się siły wyciągania. Pod tym określeniem należy rozumieć siłę potrzebną do wyrwania wkręconej śruby. Duża przestrzeń swobodna na przyjęcie wypartego materiału tworzywa sztucznego powoduje jednak w rezultacie odpowiednie zmniejszenie średnicy gwintu (średnica rdzenia), co może w rezultacie prowadzić do tego, że przy wkręcaniu takiej śruby, zwłaszcza, jeśli jest wkręcana poprzez większą liczbę skoków gwintu, zostanie ona przeciążona działającym na nią momentem obrotowym i zerwie się.

Z wymienionego opisu patentowego DE-PS 27 54 870 jest znany jako taki kąt wierzchołkowy w śrubach wkręcanych w tworzywo sztuczne, wynoszący około 30°. W śrubie tej dołożono starań, aby zostawić do dyspozycji stosunkowo dużą swobodną przestrzeń między zwojami gwintu na materiał z tworzywa sztucznego, w który śruba zostanie wkręcona. Przy tej śrubie dążono do tego, aby możliwie dużo materiału z tworzywa sztucznego wypchnąć zębami gwintu, a więc pracować przy dużej głębokości wnikania, aby w ten sposób uzyskać wysokie siły wyrywania. Wiedza płynąca z tego opisu patentowego nie pasuje więc do stanu techniki podanego w opisie patentowym DE-PS 39 26 000, ponieważ niezależnie od szczególnego przeznaczenia do gwintów ruchowych, w wypadku śrub do tworzyw sztucznych jej zastosowanie ogranicza się do tego, aby wypychać możliwie niewiele materiału z tworzyw sztucznych.

Idea wypierania materiału z tworzywa sztucznego wpłynęła również na ukształtowanie śruby według europejskiego opisu patentowego EP 0 589 399. Za pomocą tej śruby, która jest wyraźnie nastawiona na uzyskanie dużej głębokości nośnej powierzchni nośnej gwintu, ma się uzyskać takie wypchnięcie materiału, że na powierzchniach nośnych gwintu zostanie on zagęszczony, a mianowicie na tych powierzchniach, które, jako tak zwane powierzchnie obciążone, mają przejmować działające na śrubę siły wyrywające. Aby wpłynąć w tym sensie na przepływ materiału, śruba ma stożkową podstawę gwintu z mniejszą średnicą rdzenia sąsiadującą ze wspomnianą powierzchnią obciążoną. Dzięki temu, przepływ materiału z tworzywa sztucznego powinien zostać skierowany na powierzchnię obciążoną, gdzie ma nastąpić jego zagęszczenie. Ten zamierzony przepływ materiału z tworzywa sztucznego zakłada, że materiał przy wkręcaniu śruby zagrzeje się wystarczająco i wskutek tego nastąpi jego przepływ i umocnienie. Ukształtowanie znanej śruby polega więc na tym, aby materiał z tworzywa sztucznego, przy wkręcaniu śruby, znacznie zmiękczyć, przesunąć i zagęścić, wskutek czego wyodrębni się on całkowicie ze swych pierwotnych powiązań i zmieni się jego struktura. RezulPL 192 171 B1 tatem jest to, że powierzchnie obciążone wsparły się na zmienionym w ten sposób materiale, co jednak powoduje zmniejszenie się siły wyrywania śruby wkręconej w ten sposób.

Dzięki przedstawionemu wynalazkowi powinna zostać stworzona śruba, która w przeciwieństwie do działania gwintu ruchowego, nadaje się szczególnie dobrze do wkręcania w termoplastyczne tworzywa sztuczne w celu zamocowania.

Zgodnie z wynalazkiem, śruba mocująca z samowygniatającym gwintem, uformowana przez zimne walcowanie, do wkręcania zwłaszcza w termoplastyczne tworzywa sztuczne, z zasadniczo ciągłą podstawą gwintu i zębami gwintu, które mają stale tę samą wysokość wierzchołków, przy czym przestrzenie swobodne pomiędzy sąsiadującymi zębami gwintu wzdłuż gwintu są ukształtowane jednakowo, charakteryzuje się tym, że średnica zewnętrzna Do i średnica rdzenia Dk gwintu tworzą iloraz Q1 = Do/Dk o wartości od 1,25 do 1,46; że odstęp osiowy P sąsiednich zębów gwintu tworzy z wysokością H zębów gwintu iloraz Q2 = P/H o wartości pomiędzy 2,35 i 2,7, a symetryczny kąt wierzchołkowy zębów gwintu wynosi w przybliżeniu 30°.

Przedstawiony wynalazek zrywa z ugruntowanym w dotychczasowym stanie techniki przekonaniem, że możliwie głębokie wniknięcie zębów gwintu w materiał z tworzywa sztucznego zapewnia uzyskanie wysokich sił wyrywania śruby.

Zastosowany sposób wymiarowania prowadzi do tego, że śruba ma stosunkowo niskie zęby gwintowe, tak, że jest osadzona w materiale z tworzywa sztucznego ze stosunkowo niewielką głębokością wnikania. Ma to tę zaletę, że wypchnięty materiał z tworzywa sztucznego jest w swej strukturze zmieniony w niewielkim zakresie. Aby, pomimo stosunkowo niewielkiej głębokości wnikania, uzyskać wysokie siły wyrywania, wykonano gwint o stosunkowo małym skoku, tak, że znaczna liczba zwojów gwintu znajduje się równocześnie w zazębieniu z tworzywem sztucznym. Dodatkowo, średnica rdzenia ma wymiar, który umożliwia uwzględnienie sposobu przekształcania się danego półfabrykatu śruby podczas jego wytwarzania przez walcowanie, mianowicie w ten sposób, że wysokość zębów gwintu, które mają być utworzone na średnicy rdzenia, jest jeszcze wystarczająco duża, abyprzy walcowaniu siła nacisku wywierana na półfabrykat w obszarze pomiędzy zębami gwintu, wypychała korzystnie materiał śruby i tym samym wytwarzała dobrze ukształtowane zęby gwintu, wykazujące te zalety, że przy wnikaniu w materiał z tworzywa sztucznego nie wpływają na niego ujemnie, jednakże mają jeszcze taką wysokość, że dają się przy walcowaniu ukształtować ze znaczną dokładnością.

Ażeby móc w pełni wykorzystać efekty, które umożliwia wyjaśniony powyżej sposób wymiarowania, zgodna z wynalazkiem śruba ma kąt wierzchołkowy gwintu, który wynosi w przybliżeniu 30°.

Z kombinacji cech wymiarowania dotyczących wysokości i odstępu zębów gwintu, z zastosowaniem znanego, bardzo małego kąta wierzchołkowego, wynika intensyfikacja zasady, aby przy wkręcaniu śruby w tworzywo sztuczne, wypychać możliwie niewiele materiału z tworzywa sztucznego, ponieważ, na skutek małego kąta wierzchołkowego - 30°, wypychana masa tworzywa sztucznego jest znacznie mniejsza niż przy kącie wierzchołkowym 40°, jak to wskazano w opisie DE-PS 39 26 000, co prowadzi do tego, że można utrzymać mniejszą przestrzeń pośrednią istniejącą pomiędzy zwojami gwintu i określoną przez skok gwintu i tym samym, liczba zwojów gwintu, zakotwionych w elemencie ztworzywa sztucznego, przy tej samej długości ześrubowania, może być odpowiednio zwiększona. Prowadzi to następnie do odpowiedniego podwyższenia sił wyrywających.

Wysokie siły wyrywające, warunkują odpowiednią obciążalność śrub, zarówno w kierunku osiowym, jak i w kierunku stycznym. Im cieńszy jest przekrój poprzeczny śruby względem jej średnicy zewnętrznej, tym silniejsze jest obciążenie śruby, odniesione do jej przekroju poprzecznego, zarówno przy jej wkręcaniu, jak i przy dociąganiu. Aby przy tym móc przeciwstawić się wysokim siłom wyrywającym, musiano dotychczas, w znanych śrubach, wymagać bardzo wysokiej wytrzymałości materiału stosowanego na śruby, co prowadziło do tego, że na śruby, o których mowa, musiano stosować materiały wysoko obrobione cieplnie,które z jednej strony są drogie, a z drugiej strony są wrażliwe na pojawienie się kruchości spowodowanej dyfuzją wodoru. To znane zjawisko może prowadzić do tego, że w znanych, dociągniętych mocno śrubach z wysoko obrobionego cieplnie materiału, po ich wkręceniu idociągnięciu, występują opóźnione w czasie przełomy kruche, na przykład, przez występujące po wielu dniach odpryśnięcia ich łbów. Przy zgodnym z wynalazkiem wymiarowaniu śrub uzyskuje się śruby o stosunkowo dużym przekroju w odniesieniu do ich średnicy zewnętrznej. Dlatego też, śruby zgodne z wynalazkiem mogą, dzięki ich ukształtowaniu, przenosić znacznie większe momenty obrotowe i siły osiowe, niż było to dotychczas możliwe. Otwiera się równocześnie możliwość wykonywania zgodnych z wynalazkiem śrub z materiału, który ma mniejszą wytrzymałość niż materiał na normalne śruby, to znaczy, można stosować materiały, które wskutek nieznacznego ulepszenia cieplnego nie

PL 192 171 B1 wykazują tendencji do przyjmowania wodoru drogą dyfuzji i przez to nie mają skłonności do przełomów kruchych.

Wynalazek w przykładach wykonania został uwidoczniony na rysunku, na którym pokazano na fig. 1 - wkręconą w tubus śrubę mocującą do zamocowania płyty według pierwszego wariantu; na fig. 2 - wycinek jednozwojowego gwintu śruby według fig. 1, przedstawiony w powiększeniu; na fig. 3 wycinek gwintu dwuzwojowego; na fig. 4 - wkręconą w tubus śrubę mocującą do zamocowania płyty według drugiego wariantu; na fig. 5 - wycinek gwintu jednozwojowego śruby według fig. 4, przedstawiony w powiększeniu; na fig. 6 - wycinek gwintu dwuzwojowego.

Figura 1 pokazuje śrubę 1 uformowaną przez zimne walcowanie z samowygniatającym gwintem 2, który rozciąga się równomiernie na trzpieniu 3. Na stronie śruby 1 przeciwległej względem końca trzpienia 3 znajduje się łeb śruby 4, który jest tu zaopatrzony w profilowane zagłębienie 5 do osadzenia pasującego klucza, za pomocą którego śruba 1 zostaje wkręcona w odpowiedni przedmiot, w tym wypadku, w tubus 6. Śruba 1 służy do zamocowania płyty 7na tubusie 6. Wtym celu śruba zostaje wten sposób dociągnięta względem tubusa, że przy tym jej łeb 4 dociska płytę 7 do tubusa 6.

Z figury 1 widać wyraźnie cechę szczególną zgodnej z wynalazkiem śruby mocującej, a mianowicie jej stosunkowo niewielką głębokość wnikania w materiał tubusa 6 i względem niej, stosunkowo dużą średnicę rdzenia Dk gwintu 2, jego ciągłą cylindryczną podstawę gwintu 8, która względem wewnętrznej powierzchni 9 tubusa 6, pozostawia tylko niewielką swobodną przestrzeń.

Na figurze 2 jest przedstawiony w powiększeniu wycinek trzpienia 3 według fig. 1. Na tym wycinku jest przedstawiona średnica rdzenia Dk, średnica zewnętrzna Do i odstęp osiowy P, oraz wysokość H zębów gwintu 10. Poza tym, na fig. 2 jest podany kąt boku zarysu gwintu zębów gwintu wynoszący 30°.

Z figury 2 wynika, że przy powiększonym przedstawieniu śruby iloraz Q1= Do/Dk wynosi około 1,3. Iloraz Q2 = odstęp osiowy P/wysokość H, ma tu wartość około 2,85.

Na figurze 3 jest przedstawiony wycinek gwintu dwuzwojowego 11, który poza liczbą zwojów, jest w znacznym stopniu zgodny z gwintem 2 według fig. 2. Odstęp osiowy P przy gwincie 11 według fig. 3, jest tu mierzony pomiędzy dwoma sąsiednimi zębami gwintu jednego i drugiego zwoju gwintu. Wynika stąd, jak w przykładzie wykonania według fig. 1, iloraz Q2 = odstęp osiowy P/wysokość H, o wartości 2,85.

Przy śrubach mocujących, przedstawionych na fig. 1i 2, chodzi o takie śruby, które normalnie są wytwarzane o średnicy zewnętrznej od 1mm do 10 mm. Zgodna z wynalazkiem śruba nadaje się do wkręcania nie tylko w obecnie powszechnie stosowane tworzywa termoplastyczne, ale również winne materiały, które mają podobne do nich właściwości.

Figura 4 pokazuje śrubę 21 uformowaną przez zimne walcowanie z samowygniatającym gwintem 22, który rozciąga się równomiernie na trzpieniu 23. Na przeciwległej względem końca trzpienia 23 stronie śruby 21, znajduje się łeb śruby 24, który jest tu zaopatrzony w profilowane zagłębienie 25do osadzania pasującego klucza, za pomocą którego śruba 21 zostaje wkręcona w odpowiedni przedmiot, wtym wypadku, w tubus 26. Śruba 21 służy do zamocowania płyty 27 na tubusie 26. W tym celu śruba zostaje w taki sposób dociągnięta względem tubusa, że jej łeb 24 dociska płytę 27 do tubusa 26.

Z figury 4 widać wyraźnie cechę szczególną zgodnej z wynalazkiem śruby mocującej 21, a mianowicie jej stosunkową niewielką głębokość wnikania w materiał tubusa 26 i w stosunku do niej, stosunkowo dużą średnicę rdzenia Dk gwintu 22, którego ciągła, cylindryczna podstawa gwintu 28 względem powierzchni wewnętrznej 29 tubusa 26, pozostawia tylko niewielką swobodną przestrzeń.

Na figurze 5 jest przedstawiony w powiększeniu wycinek trzpienia 23 według fig. 4. Na tym wycinku jest przedstawiona średnica rdzenia Dk, średnica zewnętrzna Do i odstęp osiowy P, oraz wysokość H zębów gwintu 30. Poza tym na fig. 5 jest podany kąt boku zarysu gwintu zębów gwintu wynoszący 30°.

Z figury 5 wynika, że przy przedstawieniu śruby w powiększeniu iloraz Q1= Do/Dk wynosi około 1,46. Iloraz Q2 = odstęp osiowy P/wysokość H, ma tu wartość około 2,48.

Na figurze 6 jest przedstawiony wycinek gwintu dwuzwojowego 31, który poza liczbą zwojów, jest w znacznym stopniu zgodny z gwintem 22 według fig. 5. Odstęp osiowy P przy gwincie 31 według fig. 6 jest tu mierzony pomiędzy dwoma sąsiednimi zębami gwintu jednego i drugiego zwoju gwintu. Wynika stąd, jak w przykładzie wykonania według fig. 4, iloraz Q2 = odstęp osiowy P/wysokość H, o wartości 2,48.

PL 192 171 B1

Przy śrubach mocujących, przedstawionych na fig. 4 i 5 chodzi o takie śruby, które normalnie są wytwarzane o średnicy zewnętrznej od 1 mm do 10 mm. Zgodna z wynalazkiem śruba nadaje się do wkręcania nie tylko w obecnie powszechnie stosowane tworzywa termoplastyczne, ale i we wszystkie inne materiały, które mają właściwości podobne jak termoplastyczne tworzywa sztuczne.

Do miękkich tworzyw sztucznych nadaje się szczególnie dobrze taka śruba zgodna z wynalazkiem, w której w ramach możliwości zmian kąta boku zarysu gwintu mającego wynosić około 30°, wybrano wartość prowadzącą do szczególnie spiczastych zwojów gwintu, mianowicie o kącie boku zarysu gwintu około 25°.

Claims (1)

1. Śruba mocująca z samowygniatającym gwintem, uformowana przez zimne walcowanie, do wkręcania zwłaszcza w termoplastyczne tworzywa sztuczne, z zasadniczo ciągłą podstawą gwintu i zębami gwintu, które mają stale tę samą wysokość wierzchołków, przy czym przestrzenie swobodne pomiędzy sąsiadującymi zębami gwintu wzdłuż gwintu są ukształtowane jednakowo, znamienna tym, że średnica zewnętrzna Do i średnica rdzenia Dk gwintu tworzą iloraz Q1 = Do/Dk o wartości od 1,25 do 1,46; że odstęp osiowy P sąsiednich zębów gwintu tworzy z wysokością H zębów gwintu iloraz Q2 = P/H o wartości pomiędzy 2,35 i 2,7, a symetryczny kąt wierzchołkowy zębów gwintu wynosi w przybliżeniu 30°.