PL241245B1 - Śruba bimetalowa oraz sposób wykonania śruby bimetalowej - Google Patents

Abstract

Śruba bimetalowa, charakteryzuje się tym, że jej rdzeń (1) zawiera na jednym swoim końcu końcówkę (5) w kształcie ściętego stożka, a jej łeb (2) zawiera na swojej osi otwór przelotowy oraz pierwsze wybranie o kształcie ściętego stożka spasowane z końcówką (5) rdzenia (1), która jest w tym pierwszym wybraniu, zaś łeb (2) na swojej osi po stronie przeciwnej w stosunku do pierwszego wybrania ma drugie wybranie, w którym jest element blokujący (3) spasowany z tym drugim wybraniem. Powierzchnia czołowa elementu blokującego (3) jest połączona warstwą kleju (8) z powierzchnią czołową końcówki (5) rdzenia (1). Sposób, według zgłoszenia charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie stosuje się półwyroby w postaci rdzenia (1) oraz łba (2), przy czym rdzeń (1) jest zakończony po jednej stronie końcówką (5) w kształcie ściętego stożka, a łeb (2) zawiera otwór przelotowy na swojej osi oraz współosiowe z tym otworem pierwsze wybranie o kształcie ściętego stożka spasowane z końcówką (5) rdzenia (1), a także drugie wybranie współosiowe z tym otworem, które jest po stronie łba (2) przeciwnej w stosunku do pierwszego wybrania, rdzeń (1) oraz łeb (2) unieruchamia się i podpiera, po czym przechodzi się do drugiego etapu, w którym końcówkę (5) rdzenia (1) umieszcza się w pierwszym wybraniu, a element blokujący (3) umieszcza się w drugim wybraniu przy czym pomiędzy powierzchnią czołowa końcówki (5) a skierowaną do niej powierzchnią elementu blokującego (3) nanosi się warstwę kleju (8), po czym przechodzi się do trzeciego etapu, w którym element blokujący (3) dociska się siłą F do powierzchni czołowej końcówki (5) rdzenia (1).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest śruba bimetalowa oraz sposób wykonania śruby bimetalowej mającej zastosowanie zwłaszcza w pojazdach samochodowych lub komponentach stosowanych w lotnictwie.

Potrzeba dążenia do obniżenia masy wszelkiego typu wyrobów wynikająca z konieczności minimalizacji kosztów eksploatacji prowadzi do intensywnych prac rozwojowych związanych z poszukiwaniem lekkich, a przy tym wytrzymałych materiałów, jak również lekkich rozwiązań konstrukcyjnych. Wskazany trend obniżania masy widoczny jest szczególnie w przemyśle lotniczym, a także motoryzacyjnym, czyli generalnie w branży transportowej. W konstrukcji środków transportu dostrzeżono pot encjalną możliwość redukcji masy poprzez zastąpienie śrub stalowych, które występują w tego typu konstrukcjach w bardzo dużej ilości, śrubami wykonanymi ze stopu aluminium. Badania eksperymentalne wytrzymałości takich śrub wykazały, że pod względem eksploatacji konstrukcji, śruby cechują się właściwą wytrzymałością jeżeli chodzi o ich część roboczą, czyli rdzeń śruby. Problem natomiast dotyczy łba śruby, który ulega deformacji podczas zakręcania śruby znaczącym momentem obrotowym na skutek kontaktu z kluczem. W związku z tym pojawiło się zapotrzebowanie na efektywną technologię wytwarzania śrub, których zasadnicza część wykonana byłaby z lekkiego stopu aluminium, natomiast łeb lub przynajmniej jego część mająca styczność z kluczem podczas dokręcania, wykonany byłby z bardziej wytrzymałej stali.

Z japońskiego opisu patentowego JP 6144323 B2 znana jest śruba bimetalowa, w której łeb i część rdzenia jest z innego materiału niż pozostała część rdzenia, a obydwie części są ze sobą zespawane. W rozwiązaniu tym wprawdzie możliwe jest wykonanie łba i części rdzenia ze stali i rozwiązanie w ten sposób problemu występowania deformacji łba podczas zakręcania śruby, jednakże w tym wynalazku jedynie część rdzenia może być wykonana że stopu lekkiego co negatywnie wpływa na masę gotowego wyrobu.

Z amerykańskiego opisu wynalazku US 4736481 A znana jest śruba bimetalowa oraz sposób wykonania takiej śruby, w którym śruba ma dwie części wykonane z różnych metali, przy czym pierwsza część obejmuje łeb oraz część rdzenia, a druga część obejmuje część rdzenia z częścią gwintowaną. Drugi element ma, od strony przeznaczonej do połączenia z pierwszym elementem, stożkową końcówkę, która jest zgrzana czołowo z końcówką rdzenia pierwszej części. Podobnie jak w opisanym wyżej rozwiązaniu, aby uniknąć problemów z deformacją łba podczas zakręcania, łeb oraz część rdzenia mogą być wykonane ze stali, a tylko pozostała część rdzenia może zostać wykonana ze stopu lekkiego co pozwala w pewnym stopniu na uzyskanie niższej masy gotowego produktu.

Wskazane wyżej rozwiązania pozwalają na wykonywanie jedynie części rdzenia ze stopu lekkiego co znacznie ogranicza możliwość redukcja wagi gotowego wyrobu przy zachowaniu jego odpowiedniej wytrzymałości.

Śruba bimetalowa zawierająca łeb oraz rdzeń z częścią gwintowaną, według wynalazku charakteryzuje się tym, że jej rdzeń zawiera na jednym swoim końcu końcówkę w kształcie ściętego stożka, a jej łeb zawiera na swojej osi otwór przelotowy oraz pierwsze wybranie o kształcie ściętego stożka spasowane z końcówką rdzenia, która jest w tym pierwszym wybraniu, zaś łeb na swojej osi po stronie przeciwnej w stosunku do pierwszego wybrania ma drugie wybranie, w którym jest element blokujący spasowany z tym drugim wybraniem, zaś powierzchnia czołowa elementu blokującego jest połączona warstwą kleju tarciową z powierzchnią czołową końcówki rdzenia.

Korzystnie drugie wybranie łba śruby ma kształt cylindryczny.

Dalsze korzyści uzyskuje się, jeżeli na osi łba śruby od strony drugiego wybrania jest trzecie wybranie, przy czym trzecie wybranie ma kształt ściętego stożka, którego średnica większej podstawy jest mniejsza od średnicy drugiego wybrania, a element blokujący ma część stożkową spasowaną z trzecim wybraniem, przy czym ta część stożkowa jest w tym trzecim wybraniu.

Kolejne korzyści uzyskiwane są, jeśli rdzeń oraz element blokujący śruby są z materiału o niniejszej gęstości niż materiał, z którego jest jej łeb.

Sposób wykonania śruby bimetalowej według wynalazku charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie stosuje się półwyroby w postaci rdzenia łba oraz elementu blokującego, przy czym rdzeń jest zakończony po jednej stronie końcówką w kształcie ściętego stożka, a łeb zawiera otwór przelotowy na swojej osi oraz współosiowe z tym otworem pierwsze wybranie o kształcie ściętego stożka spasowane z końcówką rdzenia, a także drugie wybranie współosiowe z tym otworem, które jest po stronie łba przeciwnej w stosunku do pierwszego wybrania, a ponadto rdzeń oraz element blokujący są z materiału

PL 241 245 B1 o mniejszej gęstości od materiału łba, przy czym rdzeń oraz łeb unieruchamia się i podpiera, po czym przechodzi się do drugiego etapu, w którym końcówkę rdzenia umieszcza się w pierwszym wybraniu, a element blokujący umieszcza się w drugim wybraniu łba, przy czym pomiędzy powierzchnią czołową końcówki a skierowaną do niej powierzchnią elementu blokującego nanosi się warstwę kleju, po czym przechodzi się do trzeciego etapu, w którym element blokujący dociska się siłą F do powierzchni czołowej końcówki rdzenia.

Korzystnie w etapie drugim element blokujący dociska się do powierzchni czołowej końcówki stemplem.

Dalsze korzyści uzyskiwane są, jeżeli stosowany w pierwszym etapie łeb zawiera trzecie wybranie o kształcie ściętego stożka, współosiowe z drugim wybraniem, a średnica większej podstawy tego trzeciego wybrania jest mniejsza od średnicy drugiego wybrania, zaś stosowany element blokujący ma część stożkową spasowaną z trzecim wybraniem oraz część cylindryczną spasowaną z drugim wybraniem, a w drugim etapie element blokujący umieszcza się w drugim wybraniu i w trzecim wybraniu, przy czym część stożkową elementu blokującego umieszcza się w spasowanym do niej trzecim wybraniu, a warstwę kleju nanosi pomiędzy powierzchnię czołową części stożkowej elementu blokującego a powierzchnię czołową końcówki rdzenia.

Następne korzyści w pierwszym etapie stosuje się element blokujący, którego część cylindryczna ma większą średnicę od większej podstawy części stożkowej, zaś w drugim etapie warstwę kleju nanosi się pomiędzy powierzchnię tej części cylindrycznej skierowaną ku powierzchni drugiego wybrania a tą powierzchnię drugiego wybrania.

W wariantach realizacji na końcu wykonuje się część gwintowaną na rdzeniu poprzez walcowanie albo w pierwszym etapie stosuje się rdzeń zawierający część gwintowaną.

Śruba bimetalowa według wynalazku charakteryzuje się masą niższą od standardowych śrub oraz od śrub bimetalowych, w których z materiału o większej odporności na deformacje wykonany jest zarówno łeb jak i część rdzenia. Zastosowanie połączenia stożkowego blokowanego trwale za pomocą kleju do metalu uniemożliwia ruch łba oraz rdzenia względem siebie. Dodatkowo przewidziano wariant dla przenoszenia zwiększonych obciążeń, w którym element blokujący ma część stożkową spasowaną z trzecim wybraniem we łbie, takie rozwiązanie zapewnia możliwie dużą powierzchnię tarcia i zwiększa efektywność unieruchomienia łba i rdzenia względem siebie.

Śruba bimetalowa i sposób jej wykonania według wynalazków w przykładzie wykonania zostały bliżej wyjaśnione na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia śrubę w pierwszym przykładzie wykonania, w przekroju wzdłużnym, fig. 2 - śrubę w drugim przykładzie wykonania w przekroju wzdłużnym, fig. 3 śrubę w trzecim przykładzie wykonania w przekroju wzdłużnym, fig. 4 - śrubę w czwartym przykładzie wykonania w przekroju wzdłużnym, fig. 5 i 6 - poglądowo sposób wykonania śruby w pierwszym przykładzie realizacji, fig. 7 i 8 - poglądowo sposób wykonania śruby w drugim przykładzie realizacji, fig. 9 i 10 - poglądowo sposób wykonania śruby w trzecim przykładzie realizacji, fig. 11 i 12 - poglądowo sposób wykonania śruby w czwartym przykładzie realizacji.

Śruba bimetalowa w pierwszym przykładzie wykonania ma rdzeń 1 ze stopu aluminium, łeb 2 ze stali oraz element blokujący 3 ze stopu aluminium. Rdzeń 1 śruby ma część gwintowaną 4 oraz jest trwale połączony z łbem 2. Od strony połączenia z łbem 2 rdzeń 1 ma końcówkę 5 o kształcie ściętego stożka. Łeb 2 na swojej osi ma otwór przelotowy oraz, współosiowe z tym otworem, pierwsze wybranie 6 o kształcie ściętego stożka. Końcówka 5 rdzenia 1 jest w tym pierwszym wybraniu 6 oraz jest z nim spasowana. Po przeciwnej stronie łba 2 jest drugie wybranie 7 o kształcie cylindrycznym. W drugim wybraniu 7 jest element blokujący 3 o kształcie cylindrycznym spasowany z tym drugim wybraniem 7. Element blokujący 3 jest na swojej powierzchni zwróconej ku końcówce 5 rdzenia 1 połączony warstwą kleju 8 z tą końcówką 5 rdzenia 1.

W drugim przykładzie wykonania śruba bimetalowa ma trzecie wybranie 9 które jest współosiowe z drugim wybraniem 7 i jest na łbie 2 od strony tego drugiego wybrania 7. Drugie wybranie 7 ma kształt cylindryczny, a trzecie wybranie 9 ma kształt ściętego stożka, przy czym średnica największej podstawy tego ściętego stożka jest mniejsza od średnicy drugiego wybrania 7 i jest od strony tego drugiego wybrania 7. Element blokujący 3 ma część stożkową 10 o kształcie ściętego stożka, spasowaną z trzecim wybraniem 9, oraz część cylindryczną 10’, o kształcie cylindrycznym, spasowaną z drugim wybraniem 7. Część stożkowa 10 elementu blokującego 3 jest w trzecim wybraniu 9, a część cylindryczna 10’ elementu blokującego jest w drugim wybraniu 7. Część stożkowa 10 elementu blokującego 3 jest połączona na swojej powierzchni czołowej zwróconej ku końcówce 5 rdzenia 1 z powierzchnią czołową tej końcówki 5, warstwą kleju 8. W pozostałym zakresie wykonanie jest jak w przykładzie pierwszym.

PL 241 245 B1

W trzecim przykładzie wykonania śruba bimetalowa ma element blokujący zawierający część cylindryczną 10’ oraz część stożkową 30. Część stożkowa 10 jest połączona z końcówką 5 rdzenia 1 warstwą kleju 8. Część cylindryczna 10’ jest w drugim wybraniu 7 łba 2 i jest połączona warstwą kleju 8 z powierzchnią łba 2 w tym drugim wybraniu 7.

W czwartym przykładzie wykonania śruba bimetalowa ma element blokujący 3 w kształcie cylindrycznym spasowany z drugim wybraniem 7 we łbie 2. Element blokujący jest połączony warstwą kleju 8 z powierzchnią łba 2 w tym drugim wybraniu 7 oraz z powierzchnią czołową końcówki 5 rdzenia 1. W pozostałym zakresie wykonanie jest jak w przykładzie pierwszym.

W pierwszym przykładzie realizacji sposobu wykonania śruby bimetalowej, wykonywana jest śruba jak w pierwszym przykładzie wykonania. W etapie pierwszym stosuje się półwyroby w postaci rdzenia 1 ze stopu aluminium, zakończonego po jednej stronie końcówką 5, w kształcie ściętego stożka, stalowego łba 2 zawierający otwór przelotowy na swojej osi, oraz współosiowe z tym otworem pierwsze wybranie 6 o kształcie ściętego stożka, które jest spasowane z końcówką 5 rdzenia 1, a także element blokujący 3 ze stopu aluminium. Rdzeń 1 oraz łeb 2 śruby umieszcza się i blokuje w przyrządzie ustalającym 11. Następnie element blokujący umieszcza się w drugim wybraniu 7, a końcówkę 5 rdzenia 1 umieszcza się w pierwszym wybraniu 6, przy czym pomiędzy powierzchnię czołową elementu blokującego 3, skierowaną ku powierzchni czołowej końcówki 5 rdzenia 1, a tą powierzchnię czołową końcówki 5 rdzenia 1 nanosi się warstwę kleju 8 do metalu. Następnie element blokujący 3 dociska się siłą F za pomocą stempla 12 do powierzchni czołowej końcówki 5 rdzenia 1.

W drugim przykładzie realizacji sposobu wykonania śruby bimetalowej wykonywana jest śruba jak w drugim przykładzie wykonania. W etapie pierwszym stosuje się łeb 2 śruby zawierający trzecie wybranie 9 oraz element blokujący 3 zawierający część stożkową 10 o kształcie ściętego stożka spasowaną z tym trzecim wybraniem 9 oraz część cylindryczną 10’, przy czym największa średnica części stożkowej 10 jest mniejsza od średnicy części cylindrycznej 10’, a drugie wybranie 7 jest cylindryczne i ma średnicę odpowiadającą średnicy części cylindrycznej 10’ elementu blokującego 3. W pozostałym zakresie pierwszy etap realizuje się tak jak w pierwszym przykładzie realizacji. Następnie przechodzi się do drugiego etapu, w którym końcówkę 5 rdzenia 1 umieszcza się w pierwszym wybraniu 6, a element blokujący 3 umieszcza się w drugim wybraniu 7 oraz w trzecim wybraniu 9, przy czym część stożkową 10 umieszcza się w spasowanym do niej trzecim wybraniu 9, a pomiędzy powierzchnię czołową części stożkowej 10’ elementu blokującego 3, skierowaną ku powierzchni czołowej końcówki 5 rdzenia 1, a tą powierzchnię czołową końcówki 5 rdzenia 1 nanosi się warstwę kleju 8 do metalu. W pozostałym zakresie etap drugi realizuje się jak w pierwszym przykładzie realizacji.

W trzecim przykładzie realizacji sposobu wykonywania śruby bimetalowej wykonywana jest śruba jak w trzecim przykładzie wykonania. W drugim etapie warstwę kleju 8 nakłada się pomiędzy powierzchnie czołowe części stożkowej 10 oraz końcówki 5 rdzenia 1, a także pomiędzy powierzchnię części cylindrycznej 10’ skierowanej ku powierzchni drugiego wybrania 7 we łbie 2 śruby. W pozostałym zakresie sposób jest realizowany jak w drugim przykładzie realizacji.

W czwartym przykładzie realizacji wykonywana jest śruba jak w czwartym przykładzie wykonania. W drugim etapie nanosi się warstwę kleju 8 pomiędzy powierzchnię czołową elementu blokującego 3 skierowaną ku powierzchni drugiego wybrania 7 oraz powierzchni czołowej końcówki 5 rdzenia 1, a tą powierzchnię drugiego wybrania 7 oraz powierzchnię czołową końcówki 5 rdzenia. W pozostałym zakresie sposób jest realizowany jak w pierwszym przykładzie realizacji.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Śruba bimetalowa zawierająca łeb oraz rdzeń z częścią gwintowaną, znamienna tym, że jej rdzeń (1) zawiera na jednym swoim końcu końcówkę (5) w kształcie ściętego stożka, a jej łeb (2) zawiera na swojej osi otwór przelotowy oraz pierwsze wybranie (6) o kształcie ściętego stożka spasowane z końcówką (5) rdzenia (1), która jest w tym pierwszym wybraniu (6), zaś łeb (2) na swojej osi po stronie przeciwnej w stosunku do pierwszego wybrania (6) ma drugie wybranie (7), w którym jest element blokujący (3) spasowany z tym drugim wybraniem (7), zaś powierzchnia czołowa elementu blokującego (3) jest połączona warstwą kleju (8) z powierzchnią czołową końcówki (5) rdzenia (1).
2. 2. Śruba według zastrz. 1, znamienna tym, że drugie wybranie (7) jej łba (2) ma kształt cylindryczny.

   PL 241 245 B1
3. 3. Śruba według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że na osi jej łba (2) od strony drugiego wybrania (7) jest trzecie wybranie (9), przy czym trzecie wybranie (9) ma kształt ściętego stożka, którego średnica większej podstawy jest mniejsza od średnicy drugiego wybrania (7), a element blokujący (3) ma część stożkową (10) spasowaną z trzecim wybraniem (9), przy czym ta część stożkowa (10) jest w tym trzecim wybraniu (9).
4. 4. Śruba według jednego z zastrz. od 1 do 3, znamienna tym, że jej rdzeń (1) oraz element blokujący (3) są z materiału o mniejszej gęstości niż materiał, z którego jest jej łeb (2).
5. 5. Sposób wykonania śruby bimetalowej określonej w zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że w pierwszym etapie stosuje się półwyroby w postaci rdzenia (1) łba (2) oraz elementu blokującego (3), przy czym rdzeń (1) jest zakończony po jednej stronie końcówką (5) w kształcie ściętego stożka, a łeb (2) zawiera otwór przelotowy na swojej osi oraz współosiowe z tym otworem pierwsze wybranie (6) o kształcie ściętego stożka spasowane z końcówką (5) rdzenia (1), a także drugie wybranie (7) współosiowe z tym otworem, które jest po stronie łba (2) przeciwnej w stosunku do pierwszego wybrania (6), a ponadto rdzeń (1) oraz element blokujący (3) są z materiału o mniejszej gęstości od materiału łba (2), przy czym rdzeń (1) oraz łeb (2) unieruchamia się i podpiera, po czym przechodzi się do drugiego etapu, w którym końcówkę (5) rdzenia (1) umieszcza się w pierwszym wybraniu (6), a element blokujący (3) umieszcza się w drugim wybraniu (7) łba (2), przy czym pomiędzy powierzchnią czołową końcówki (5) a skierowaną do niej powierzchnią elementu blokującego (3) nanosi się warstwę kleju (8), po czym przechodzi się do trzeciego etapu, w którym element blokujący (3) dociska się siłą F do powierzchni czołowej końcówki (5) rdzenia (1).
6. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że w etapie drugim element blokujący (3) dociska się do powierzchni czołowej końcówki (5) stemplem (12).
7. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że stosowany w pierwszym etapie łeb (2) zawiera trzecie wybranie (9) o kształcie ściętego stożka, współosiowe z drugim wybraniem (7), a średnica większej podstawy tego trzeciego wybrania (9) jest mniejsza od średnicy drugiego wybrania (7), zaś stosowany element blokujący (3) ma część stożkową (10) spasowaną z trzecim wybraniem (9); oraz część cylindryczną (10’) spasowaną z drugim wybraniem (7), a w drugim etapie element blokujący (3) umieszcza się w drugim wybraniu (7) i w trzecim wybraniu (9), przy czym część stożkową (10) elementu blokującego (3) umieszcza się w spasowanym do niej trzecim wybraniu (9), a warstwę kleju (8) nanosi pomiędzy powierzchnię czołową części stożkowej (10) elementu blokującego (3) a powierzchnię czołową końcówki (5) rdzenia (1).
8. 8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że w pierwszym etapie stosuje się element blokujący (2), którego część cylindryczna (10') ma większą średnicę od większej podstawy części stożkowej (10), zaś w drugim etapie warstwę kleju nanosi się pomiędzy powierzchnię tej części cylindrycznej (10’) skierowaną ku powierzchni drugiego wybrania (7) a tą powierzchnię drugiego wybrania (7).
9. 9. Sposób według jednego z zastrz. od 5 do 8, znamienny tym, że na końcu wykonuje się część gwintowaną na rdzeniu (1) poprzez walcowanie.
10. 10. Sposób według jednego z zastrz. od 5 do 8, znamienny tym, że w pierwszym etapie stosuje się rdzeń (1) zawierający część gwintowaną.