DE2047482A1

DE2047482A1 - Gewindebildende Schraube

Info

Publication number: DE2047482A1
Application number: DE19702047482
Authority: DE
Inventors: Robert Oscar Rockford 111 Luidstrand (V St A ) P F16b39OO
Original assignee: Keystone Consolidated Industries Inc
Current assignee: Keystone Consolidated Industries Inc
Priority date: 1968-11-08
Filing date: 1970-09-26
Publication date: 1972-04-06
Also published as: GB1312137A; BE756647A; US3530760A

Description

KEYSTOHE CONSOLIDATED INDUSTRIES, INC., Peoria, Staat Illinois (V.St.A.)

Gewindebildende Schraube

Die Erfindung betrifft eine beim Einschrauben in eine Bohrung in dieser ein Gewinde erzeugende Schraube, de» ren ochaftabschnitt an seinem einen Ende einen vergrößerten Kopf und am anderen Ende einen etwas kegelig zugespitzten Endabschnitt aufweist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine solche Schraube so auszubilden, daß sie mit einem geringeren Anfangsdrehmoment als vergleichbare handelsübliche, gewindebildende Schrauben eingeschraubt werden kann, daß sie bis sum Oberdrehen hohen Drehmomenten standhält und insbesondere, daß sie eine hohe Halte» kraft hat, so daß sie sich nach dem Einschrauben im Werkstück auch bei starken Schwingungen und stoßartigen Beanspruchungen nicht lockert.

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Sie erfindungsgesäße Schraubenausbildung soll sich insbesondere für dick plattierte Schrauben eignen oder für Schrauben, die in Blindbohrungen von Zinkoder Aluminium-Gußstücken eingeschraubt werden und soll das Einschrauben derartiger Schrauben wesentlich erleichtern.

Die Schraube soll ferner leicht und billig herstellbar sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß der Schaftabschnitt und der sugespltste Endabschnitt alt fünf symmetrisch «wischen fünf symmetrisch angeordneten abgerundeten Vorsprängen liegenden, mit Entlastungsbereichen versehenen, flachen Abschnitten versehen sind, wobei die Vorsprünge und die flachen Abschnitte des Endabschnitte sum unteren Ende der Schraube hin abgewinkelt verlaufen; daß ein durchgehendes, nicht unterbrochenes Gewinde von konstantem Durchmesser sich über die ganse Schaftlänge erstreckt, wobei die Gewindegänge in den Vorsprüngen volle Tiefe haben und in den flachen Abschnitten durch eine von den Vorsprüngen ausgehende Verringerung ihrer Tiefe an Teilen ihrer Gewindespltsen konkave Entlastungebereiche von im wesentlichen elliptischer Kontur aufweisen; daß die Kegellänge des Endabschnitts etwa gleich der Höhe von 2-3 Gewindegangen ist; daß die Tiefe der Gewindegänge in den Vorsprängen des Endabschnittβ in Sichtung auf das Ende der Schraub« allmählich abnimmt, so daß die Spltsen dieser Gewindeginge allmählich konkav werden; und daß dl· Konkavität und die Länge der Sntlastungsbereiche der flachen Abschnitte des Endabschnitts in Richtung auf das End« der Schraube allmählich sunimmt.

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Weitere Merkmale der Efindung ergeben sich aus dem folgenden Teil der Beschreibung, in dem die bevorzugte Ausführungsform anhand der Zeichnung beschrieben wird:

In der Zeichnung ist:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines fünfeckigen Schraubenrohlings vor dem Anbringen des Gewindes;

■ Fig. 2 eine in größerem Maßstab gezeigte Draufsicht auf das untere Ende der Schraube;

Fig. 3 eine vergrößerte perspektivische Ansicht

einer mit Gewinde versehenen Schraube, die die Anordnung der Vorsprünge und der Entlastungsbereiche seigt;

Fig. 4 eine Seitenansicht der in Fig. 3 gezeigten Schraube; und

Fig. 5 einen Teillängsschnitt gemäß der Linie 5-5 der Fig. 5.

Fig. 1 und 2 zeigen einen durch Extrudieren aus Bundeisen fünfeckig verforaten Schraubenrohling 10. Der Rohling 10 ist mit eines erweiterten Kopf 12 versehen und am Ende 11 seines Schafte zugespitzt. Der Rohling hat fünf abgerundete Ecken 13 und fünf flache Seiten Inzwischen diesen Ecken. Das zugespitzte Ende 11 weist ebenfalls abgerundete Ecken 15 und flache Seiten 16 auf. Das zugespitzte Ende erleichtert ein ausgerichtetes Einführen der Schraube in eine gewindelose Bohrung.

Nachdem dem Rohling die gewünschte fünfeckige Fom gegeben ist, wird er mittels eines Paares von üblichen Gewindewalzen mit Gewinde versehen, so daß die in Fig» 3, 4 und 5 gezeigte Schraube 17 entsteht. Die Schraube weist einen Schaftabschnitt 16 und eiten zugespitzten

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Endabschnitt 19 auf, auf denen durch den Walzvorgang ein im wesentlichen durchgehendes Gewinde gebildet ist. Im Querschnitt der Schraube gesehen hat jede Windung des Gehraubengewindes fünf vollständig ausgebildete, vorspringende Gewindeabschnitte 22, die im folgenden mit Vorsprüngen bezeichnet werden und fünf mit entlastenden Abflachungen versehene, flache seitliche Abschnitte 23 mit unvollständigem Gewinde. Diese Vorsprünge und seitlichen Abschnitte sind entlang der ganzen Länge der Schraube 17 von derem zugespitzten Endabschnitt 19 bis zu deren Kopf 12 vorgesehen.

Das Gewinde der Schraube hat durchgehend den gleichen Kerndurchmesser· An den Vorsprüngen 22 hat das Gewinde seine volle Tiefe, während die Tiefe der Gewindegänge in den flachen Abschnitten 23 von der an ihnen nahe den Vorsprüngen 22 vorhandenen vollen Tiefe auf eine wesentlich geringere Tiefe abnimmt. An den flachen Abschnitten 23 weist das Gewinde an den Spitzen teilweise konkave Spitzenabschnitte 24auf, deren Umriß in wesentlichen die Form einer Ellipse hat. Die Enden der Ellipse sind aber zugespitzt. An dem zugespitzten Endabschnitt 19 der Schraube nimmt die Tiefe des Gewindes in den Vorsprüngen 25 allmählich in Richtung auf das freie Ende der Schraube ab, wobei die Gewindespitzen bei Abnahme der Gewindetiefe allmählich konkav werden, wie bei 26 gezeigt ist. In den flachen Abschnitten 27 des Endabschnitts 19 nimmt die Gewindetiefe ebenfalls allmählich ab, wobei die konkaven Spitzenabschnitte 28 langer und im größeren Maße konkav werden, und näher an die Vorsprünge heranrücken, wenn sie sich dem freien Ende 29 der Schraube nähern.

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Die Schraube wurde entwickelt, un ausreichende Entlastungsaussparungen vorzusehen, die beim Einschrauben der Schrauben in Zink- und Aluminium-Gußstücke und beim Einschrauben von zur Vermeidung von Korrosion mit dicken Plattierungen versehenen Schrauben in aus Stahl bestehenden Werkstücken erforderlich sind. Die nchraube wird vorzugsweise zum Bilden eines Gewindes in Blindbohrungen verwendet. Wenn eine Schraube mit einem sich über 360° erstreckenden, nicht mit Ent- t

lastungsbereichen versehenen Gewinde, oder wenn eine dickere Plattierung Verwendung findet, wird in manchen Fällen das Einschraubdrehmoment für die Schraube die Torsionsfestigkeit der Schraube übersteigen. Bei der erfindungsgemäßen Schraube werden aber durch die hinter Jedem Vorsprung vorhandenen abgeflachten Entlastungsbereiche Bäume zur Aufnahme von weichem Material, wie Zink oder Aluminium und dickerem Plattierungsmaterial gebildet_v so daß die Schraube sich frei bewegen kann, da die Reibung verringert ist. Das Gewinde wird dadurch sozusagen, anstatt in das Metall des Werkstücks eingeschnitten zu werden, in das Werkstück eingedrückt oder eingeformt· f

Bei der erfindungsgemäßen gewindebildenden Schraube 17 haben die flachen Abschnitte 23 in dem sich vom Kopf 12 bis zum Endabschnitt 19 erstreckenden Schaftteil eine im wesentlichen konstante Konkavität, während die Konkavität in den flachen Abschnitten 27 des Endabsnhnitta zunimmt. Durch diese Verringerung der Konkavität der entlastenden Gewindeabschnitte 27 des zugespitzten Endabschnitts 19 wird eine zunehmende Flächenberührung zwischen der Schraube und den von ihr gebildeten Gewindegängen erreicht, wodurch das an der Schrau-

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be angreifende Drehmoment und die ein Lockern der Schraube verhindernde Haltekraft erhöht wird. Die Verringerung der Gewindetiefe in den Abschnitten 23 des Schaftabschnitts 18 schafft Hohlräume für den Abrieb und verhindert ein Festpressen der Schraube. Insbesondere in gegossenen Werkstoffen kann von den Hohlräumen auch verdrängter Werkstoff aufgenommen werden, wodurch die Beanspruchungen in den Werkstoffen herabgesetzt werden.

Beim Walzen des Gewindes wird die Konkavität der flachen Abschnitte 27 des Endabschnitts nach dem freien Ende 29 der Schraube zu tiefer, nachdem sie in den flachen Abschnitten 23 des Schaftabschnitts 18 im wesentlichen konstant war. Biese Vergrößerung der Konkavität ist für das Einformen von Gewinde in eine gewinde löse Bohrung von Vorteil, da die größere Konkavität das anfänglicheEinschrauben der Schraube in die Bohrung mit einem sehr geringen Drehmoment ermöglicht.

Zur Gewährleistung eines gleichmäßigen Einschraubdrehmoments und einer ordnungsgemäßen Befestigung der Schraube ist die Kegellänge des zugespitzten Endabschnitte 19 der Schraube 17 vorzugsweise gleich der Ganghöhe von zwei oder drei Gewindegängen.

Die erfindungsgemäße Schraube wurde im Vergleich zu handelsüblichen, genau runden, nicht mit Entlastungsbereichen versehenen Schrauben des Typs C, die ein zugespitztes Ende haben, das ebenfalls keine Entlastungsbereiche aufweist, Prüfversuchen unterzogen. Die Versuche, die zur Bestimmung des Einschraubdrehmomente und des

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bei einem übei'drehen vorhandenen Drehmomente unter gleichen Bedingungen beim Einschrauben in gleiche Bohrungen vorgenommen wurden, führten zu folgenden Ergebnissen:

Tabelle I

Schraube Einschraubdrehmoment (Durchschnittswert)

Drehmoment beim überdrehen bzw. Bruch (Durchschittswert)

Typ G

Fünfeckschrauben

59,8 cm kg

(52 inch pounds)

30,25 cm kg

(26.3 inch pounds)

230 cm kg

(205 inch poundβ)

177 cm kg

(154.5 inch pounds)

Diese Ergebnisse sind Durchschnittswerte von ^e sehn mit jeder Schraube durchgeführten Versuchen, wobei die Typ-C-Schrauben bei dem in der letzten Spalte angegebenen Drehmoment zu Bruch gingen und das Gewinde der Fünfeckschrauben bei diesem Drehmoment überdreht wurde. Die Fünfeckschraube hat also gegenüber der Typ-C-Schraube den großen Vorteil, daß das zum Einführen der Schraube in die Bohrung und zum Drehen der Schraube in der Bohrung erforderliche Drehmoment wesentlich geringer ist.

Die Fünfeckschraube wurde ferner im Vergleich zu einer Taptite-Schraube, die eine handelsübliche Schraube nit drei Vorsprüngen ist, bezüglich des anfänglichen Drehmoments, des Drehmoments beim Überdrehen des Gewindes und der Haltekraft geprüft. Die Ergebnisse der Versuche sind in den folgenden Tabellen angegeben:

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2 O A 7 Λ 8 2

- 8 Tabelle II

Schraube Anfangodrehmoment Drehmoment beim Über-

(Durchachnittsvvert)drehen (Durchschiiittawert)

Taptite No. 6,28 cm kg 60,65 cm kg

8 Schraube (5Λ5 inch pounds) (58.65 inch pounds)

Fünfeckschraube No. 8 6,96 cm kg 69,4- cm kg

(6.3 inch pounds) (60.3 inch pounds)

Taptite No.

10 Schraube 9,95 cm kg 78.9 cm kg

(8.65 inch pounds) (66.5 inch pounds)

Fünfeckachraube No. 10 12,74 cm kg 103,6 cm kg

(11.35 inch pounds) (89.9 inch pounds)

Tabelle III

Schrauben- Festhalte- Fünfeck- Prozentuale Zunahme größe kraft schraube bei der fünfeckigen

Schraube gegenüber ei· ner Taptite-Schraube

8-32x, Länge
31,8 mm Ind.
^echskantkopf,

kadmiert 185 kg 338 kg 82 (409.9 lbs) (741.6 lbs)

10-24X, Länge
31,8 us Ind.
Sechskantkopf,

kadmiert 290 kg 442 kg 52 (639.5 lbs) (973.5 lbs)

Die meisten Autoritäten auf dem Gebiet der Befestigungsmittel stimmen heutzutage darin überein, daß dae wich-

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tigste Merkmal einer mechanischen Verbindung in der Größe der von dem Befestigungsmittel aufgebrachten Zugoder Haltekraft besteht. Bei den Versuchen mit den Taptite- und den fünfeckigen Schrauben, die in Löcher der für sie vorgeschriebenen Größe eingeschraubt wurden, wurden die erreichten Höchstwerte für die Haltekraft in kg festgestellt. Die in den Tabellen II und III enthaltenen Versuchsergebnisse sind Durchschnitts- |

werte von je 10 unter den gleichen Bedingungen vorgenommenen Versuchen.

Aus den Versuchen kann geschlossen werden, daß die Pünfeckschrauben den handelsüblichen, nit drei Vorsprüngen versehenen, gewindebildenden Taptite-Schrauben weit überlegen sind. Die Ergebniese zeigen, daß die Fünfeckschrauben eine zwischen 52 - &3% größere Haltekraft entwickeln als die Taptite-Schrauben, wobei aber gleichzeitig die Anfangs- oder Einschraubdrehmomente für beide Schrauben sehr ähnlich sind und die Fünfeckschraube ein höheres Drehmoment zum überdrehen erfordert als die Schraube mit den drei Vorsprüngen· |

Im folgenden wird ein Beispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten gewindeformenden Schraube angeführt. Durch einen Ziehvorgang auf einen Durchmesser von etwa 7»1 mm (0,282") gebrachtes Rundeisen wird bei» Kopfbildungsvorgang durch Extrudieren eine Ib wesentlichen fünfeckige form gegeben. Der fünfeckige Schaft hat flache Abschnitte von etwa 2,2 mm (0,0864") Breite und abgerundete Ecken von etwa 1,2 ma (0,046") Breite. Die Länge des zugespitzten Endabechnitts beträgt etwa 5,175 mm (0,125") und der Kegelwinkel ist etwa 7 1/2°. Die Länge der flaches Abschnitte des zugespitzten

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Endabschnitts ist etwa -i,4 am (0,175")· Der Durchmesser des die flachen Abschnitte berührenden, einbeschriebenen Kreises beträgt etwa 4,3 ■» (0,168"). Der seitliche Zuspitzwinkel der Seitenflächen des zugespitzten Endes ist etwa 5° 55'. Die Schaftlänge der fertigen mit Gewinde versehenen Schraube beträgt etwa 19 on (0,75"). Di» Schraube kann mit einem beliebigen Kopf versehen sein.

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Claims

2047/.82 M

Ansprüche

1 ·) Gewindebildende Schraube, deren Schaftabschnitt an seinem einen Ende einen vergrößerten Kopf und am anderen Ende einen kegelig zugespitzten Endabschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaftabschnitt (18) und der zugespitzte Endabschnitt (19) Bit fünf symmetrisch zwischen fünf symmetrisch angeordneten abgerundeten Vorsprüngen (22, 25) liegenden, mit Entlastungeber eichen versehenen, flachen Abschnitten (23, 27) versehen sind, wobei die Vorsprünge (25) und die flachen Abschnitte (27) des Endabschnitts zun unteren Ende der Schraube hin abgewinkelt verlaufen; daß ein durchgehendes, nicht unterbrochenes Gewinde von konstantem Durchmesser sich über die ganze Schaftlänge erstreckt, wobei die Gewindegänge in den Vorsprüngen (22, 25) volle | Tiefe haben und in den flachen Abschnitten durch eine von den Vorsprüngen ausgehende Verringerung ihrer Tiefe an Teilen ihrer Gewindespitzen konkave Entlastungsbereiche von im wesentlichen elliptischer Kontur aufweisen; daß die Kegellänge des Endabschnitts (19) etwa gleich der Höhe von 2-5 Gewindegängen ist; daß die Tiefe der Gewindegänge in den Vorsprüngen (25) des Endabschnitts in Richtung auf das Ende (29) der Schraube allmählich abnimmt, so daß die Spitzen dieser

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Gewindegange allmählich konkav werden; und daß die Konkavität und die Länge der Entlastungsbereiche der flachen Abschnitte (27) des Endabschnitte (19) in Richtung auf das Ende (29) der Schraube allmählich zunimmt.
2. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube (17) aus eines Rohling (10) hergestellt wird, dessen ie wesentlichen zylindrischer Schaft in gleichen Abständen angeordnete flache Seiten (14) und zwischen diesen liegende abgerundete Ecken (13) sowie ein im wesentlichen konisch zugespitztes Ende (11) aufweist, wobei das Ende (11) sich nach unten verjüngende flache Seiten (16) und zwischen diesen angeordnete, sich nach unten verjüngende Ecken (13) hat, die alt den flachen Seiten (14) und den Ecken (13) des in wesentlichen zylindrischen Schafts fluchten; und daS das Gewinde in den Schaft und in dessen konisches Ende eingewalzt wird.

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