DE2100204A1

DE2100204A1 - Selbstschneidende Schraube, sowie Verfahren und Vorrichtung zu ihrer Her stellung

Info

Publication number: DE2100204A1
Application number: DE19712100204
Authority: DE
Inventors: Herman Gustave South Dartmouth Mass Muenchinger (V St A )
Original assignee: Research Engineering and Manufacturing Inc
Current assignee: Research Engineering and Manufacturing Inc
Priority date: 1970-01-19
Filing date: 1971-01-05
Publication date: 1971-07-29
Also published as: ES387335A1; SU419053A3; US3681963A; BR7100305D0; AT314327B; FI61647B; IE35529L; BE761616A; DK139341B; CA926165A; IL35852A; SE382400B; NL7100217A; KR800000968B1; DE2100204B2; FR2075624A5; CH541733A; JPS5621497B1; NL7809243A; IE35529B1

Description

Patentanwälte D1PL.-ING. F. "We ic km an ν,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke D1PL.-ING. F. A/Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

1 MÖNCHEN 16, DEN POSTFACH «60 «20

SAHA MDHLSTRASSE 22, rufnummer «3921/22

<9l3921/22>

EBSSAROH ENGINEERING A MANUFACTURING INC., 459 Mt· Pleasant Street, New Bedford, Massachusetts,

V.St.A.

Selbstschneidendβ Schraube, sowie Verfahren und Vorrichtung zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft gewindeformende Befestigungselemente, wie selbstsohneidende Schrauben, sowie Verfahren und Vorrichtungen zu deren Herstellung·

Es sind bereits selbstschneidende Schrauben bekannt, die lobuläre Vorderenden haben, an denen ein Gewinde mit !Plankenquerschnitten in Porm eines Vielecks meistens eines Dreiecks mit Bögen als Seiten ausgebildet ist, um mit einer möglichst kleinen Drehkraft auszukommen· Solche Schrauben können zum Zweck einer maximalen Haltekraft einen Hauptschaft mit kreisförmigem Querschnitt haben· Sin· Schraubet die auf ihrer ganzen Gewindelänge einen speziellen lobulären Plankenq^u er schnitt hat, ist einer Sohraube vorzuziehen, die einen solohen Querschnitt nur auf dem Vorderende trägt, da erstere durch Walzen eines entsprechend geformten Rohlings zwischen sogenannten ebenen herkömmlichen Gewindewaibbacken hergestellt werden kann. Bisher mußten Schrauben, die

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einen runden Schaft und ein lobuläres Ende haben, mit Hilfe von SpezialWerkzeugen hergestellt werden. Solche Spezialwerkzeuge Bind nicht nur teuer in der Herateilung, sondern lassen sich auch nur mit Mühe in der Maschine so justieren, daß sie voll befriedigende Resultate ergeben« Wie man erkannt hat, ist jedoch eine Schraube, die nur auf dem Vorderende einen lobulären Flankenquersohnitt hat, auf dem Hauptschaft dagegen einen kreisförmigen Gewindequerschnitt, für manche Verwendungszwecke sehr vorteilhaft, da sie ein Minimum an Drehkraft benötigt und dabei ein Maximum an Haltekraft bietet·

Die Erfindung sieht ein neues, verbessertes Herstellungsverfahren für selbstschneidende Schrauben oder ähnliche Befestigungselemente vor, die ein lobuläres, mit Gewinde versehenes, schräg zulaufendes Endstück und einen Gewindeschaft mit kreisförmigem Querschnitt haben· Das erfindungsgemäße Verfahren bietet gegenüber den bisher bekannten Verfahren Vorteile· So können für die Fertigung der Schraube billige Gewindewalzbaoken zum Walzen der geraden Gewinde auf eine* Hauptsohaft und der schräg zulaufenden Gewinde auf des gewindeformenden, in das Werkstück eindringenden Bnde verwendet werden· Ein weiterer Vorteil des erfindungsgeaäßen Verfahrene besteht darin, daß der Rohling, der zwischen den erwähnten Walzbacken gerollt wird, aus einem Runddraht geformt werden kann« Ferner kann die Schraubenkopfform, die dasii dient, dem Rohling vor dem Gewindewaisen seine endgültige Form zu geben, eine billige Konstruktion sein, die eine zylindrische Haupthöhlung verwendet, an deren Boden ein kurzer Extrusionsabschnitt mit lobulärem Querschnitt vorgesehen ist·

Nach dem Verfahren der Erfindung wird ein Rohling mit einem kreisförmigen, zylindrischen Schaft und einem gebogenen lo-

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bulären Vorderende einschließlich eines sich verjüngenden Abschnittes zwischen den erwähnten Walzbaoken derart gerollt, daß der Gewindekämme tragende Walzbackenteil zum Formen des Gewindes über dem Schaft und dem sich verjüngenden Teil des Rohlings zu liegen kommt und ein praktisch glatter, ungerillter Walzbackenteil mit dem lobulären Abschnitt des Rohlings in Kontakt tritt· Während der Rohling zwischen den Walzbacken gewalzt wird, bewirkt der von den glatten Walzbackenflächen ausgeübte Druck, daß die Achse des Vorderendes des Rohlings bei jeder Umdrehung des Rohlings zwischen den sich gegenüberstehenden Walzbaokenfläohen hin- und herschwingt, und dieee Oszillation wirkt auf den anschließenden Teil des Rohlings derart zurück, daß auf dem selbatschneidenden Teil des Rohlings ein sich verjüngendes Gewinde mit den gewünschten gebogten lobulären Gewindequerschnitten ausgeformt wird.

Die dabei entstehende erfindungsgemäße Schraube zeichnet sich durch einen geraden zylindrischen Schaft mit einem geraden Gewinde durch durch einen Vorderteil mit einem nach innen sich verjüngenden Gewinde von lobulärem Querschnitt aus, wobei jedoch die lobuläre Querschnittsform in einem allmählioh abnehmenden Maß in den unmittelbar an den sich verjüngenden Vorderteil anschließenden Schaftteil hineinreicht·

■r

Ferner sieht die Erfindung eine neuartige Schraubenkopf maschine zum Formen des Rohlinge vor, die eine relativ lange äußere zylindrische Formhöhlung mit kreisförmigem Querschnitt^ sowie eine relativ kurze innere Formhöhlung mit dem gewünsohten gebogten lobulären Querschnitt aufweist, wobei die Wände der äußeren Formhöhlung naoh innen schräg zulaufen und glatt in die Seitenwände der inneren Formhöhlung übergehen·

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Weiter sieht die Erfindung einen neuartigen Gewindewalzbaoken zum Walzen der Gewinde auf dem erwähnten Rohling vor, der einen ersten, Gewindekämme tragenden Teil mit sich abwecheelnden Kämmen und Rillen hat, der über dem geraden zylindrischen und über dem sich verjüngenden Abschnitt des Rohlings zu liegen kommt. Der in Längsrichtung äußere Randteil des Gewindewalzbackens ist praktisch glatt und kommt über dem lobulären Ende des Rohlings zu liegen· Der letztgenannte Randteil kann ein separates Element sein, das längs dem ersterwähnten Walzbaokenteil angeordnet ist.

Zu den weiteren Vorteilen des Verfahrens, der Vorrichtung und der Schraube gemäß der Erfindung gehört die Verwendung eines vereinfachten Werkzeugs zur Herstellung der Schrauben, da erstens keine spezifisch geformte, unkreisförmige Drahtziehform notwendig ist, zweitens keine speziellen Eintragwalzen erforderlich sind, um den Draht in die Schraubenkopfmaschine vorzuschieben; drittens kein eigenes Hesser zum Abschneiden, viertens keine speziellen Haltespulen, und fünftens keine eigenen Vorsohubfinger, wie bei den bisher bekannten Verfahren notwendig sind·

Zusammenfassend sind die Ziele der Erfindung: 1· ein selbstsohneidendes, gewindetragendes Befestigungselement mit einer in schmalen Toleranzgrenzen gleichbleibenden Form zu schaffen, das einen Gewindesohaft mit kreisförmigen Plankenqueraohnitten und ein mit Gewinde versehenes, eich verjüngendes Vorderteil mit gebogten lobulären Flankenquerschnitten hat; 2· ein vereinfachte» und verbilligtes Verfahr ren zum Herstellen des erwähnten Befeetigungeelementes zu sohaffen und 3· ein vereinfachtes, billiges Werkzeug zur Ausübung dieses Verfahrens vorzusehen, das Gewindewalzbacken und eine Schraubenkopfmaschine aufweist.

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Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der naohfolgenden Beaohreibung anhand der beigefügten Zeichnungen hervor· Es zeigen:

Fig.1 eine Seitenansioht eines Rohlings in seiner ursprüngliohen Form, aus dem die erfindungsgemäöe Schraube geformt wird ι

Fig»2 eine Endansicht des Rohlings der Fig«1|

Fig.3 eine Seitenansioht des Rohlings naoh dem Anstauchen des Kopfes und Anspitzen)

Fig.4 einen Teilschnitt naoh der linie 4-4 der Fig«3) Pig.5 eine Teilendansicht naoh der Linie 5-5 der Fig«3j Pig«6 eine Seitenansioht einer erfindungsgemäßen Schraubej

Fig.7 einen sohematischen Teilschnitt naoh der Linie 7-7 der Fig«6|

Fig.8 eine Teilendansioht naoh der Linie 8-8 der Pig«6j

Fig»9 eine fragmentarische Seitenansioht des Endstüokes eines Sohraubenrohlinga genäß einem zweiten Ausfüh·» rungsbeispiel der Erfindung|

Fig.10 einen Schnitt duroh zwei erfindungsgemäße Gewindewalzbaoken, zwieohen denen in einem Abstand der Sohraubenrohling der Flg«3 liegt}

Fig·11 eine Sohnittanaloht der Walzbaoken Ton Tig·10, naohd«B auf dem Rohling die Gewinde angebraoht sindj

Fig.12 eine fragmentarische Schnittansicht, die eine Zwischenstufe beim Formen des Gewindes auf dem Schraubenrohling zeigt)

Fig.13 eine sohematisohe Endansicht der Walzbacken von Fig.11 zu Beginn des uewindewalzens auf einem Schraubenrohling;

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Pig·14 einen Schnitt durch eine Schraubenkopfmaschine zum Formen des Rohlings gemäß Pig·3, mit dem darinliegenden Rohling)

Pig.15 und 16 Schnittansichten nach den linien 15-15 bzw,, 16-16 der Fig.14;

Pig·17 eine Seitenansicht eines Sohraubenrohlings gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig·18 eine Teilendansicht des Rohlings der Pig·17;

Pig·19 eine Seitenansicht eines Sohraubenrohlings in einer weiteren Ausbildung der Erfindung;

Pig*20 eine Teilendansioht des in Pig.19 gezeigten Rohlings;

Pig·21 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schraube;

Pig·22 eine Seilendansicht der in Pig·21 gezeigten Schraube;

Pig.23 ein· Seitenansicht eines Sohraubenrohlings in einer weiteren Aueführungsform der Erfindung, der zwischen zwei Gewindewalzbacken ebenfalls gemäß einer anderen Ausführungsform liegt;

Fig.24 eine fragmentarische Ansicht des Endstückes einer aus dem Rohling der Pig,23 geformten Sohrauben zusammen mit Teilen der G-ewindewalzbaoken;

Pig·25 eine fragmentarische Ansioht des Endstückes einer Schraube in einer weiteren Ausbildung der Erfindung, sowie von Teilen zweier Gewindewalzbaoken zur Herstellung der dargestellten Schraube;

Pig·26 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schraube in noch einer anderen Ausführungsform und

Fig.27 eine Aufsicht eines erfindungsgemäßen Gewindewalzbackens·

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In Pig·6 ist eine selbstschneidende Schraube 10 in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Schraube weist einen verbreiterten sechseckigen Kopf 12 mit einer angeflanschten Beilagscheibe 14 auf, sowie einen Hauptgewindeschaft 16 und ein in das Werkstück eindringendes vorderes Endstück 18 auf, das mindestens zum Teil mit einem Gewinde versehen ist. Der Gewindeschaft 16 trägt ein gleichmäßiges,gerades gewalztes Gewinde, wogegen das Endstück 18 mit einem sich verjüngenden gewalzten Gewinde versehen ist, das eine Fortsetzung des Gewindes auf dem Schaft 16 darstellt· Der Schaft 16 ist zylindrisch und sein Gewinde zeigt im Schnitt durch die Gewindekämme, die Gewindeflanken und die Gewindefüße Kreisquer schnitte, wie aus Pig»7 deutlich wird. Das vordere Endstück 18 trägt ein sich verjüngendes Gewinde, dessen Querschnitt durch die Gewindekämme, die Gewindeflanken und die Gewindefüße eine lobuläre Form zeigt. Genauer hat bei diesem Ausführungsbeispiel das sich verjüngende Gewinde die Querschnittsform eines Dreiecks mit bogenförmigen Seiten 24, die von gerundeten Vorsprüngen 26 mit kleinem Krümmungsradius ausgehen, wie in Pig.8 deutlich zu erkennen ist. Die Höhe der Gtewindegänge auf dem Endstück 18 wird in Sichtung vom Schaft zum Vorderende 20 fortschreitend kleiner und versohwindet allmählich ganz, bevor nooh das Yorderende erreicht ist, so daß ein gewindeloser Druokzapfen 22 entsteht· Das eich verjüngende Gewinde 18 hat in diesem Fall praktisch voll ausgebildete, relativ scharfe Kämme auf seiner ganzen Länge, zumindest an den gerundeten Vorsprüngen der Gewindequerschnitte. Dagegen werden die Gewindefüße 23 deB sich verjüngenden Gewindes zum Vorderende 20 hin allmählich immer mehr abgeflacht, wie aus Pig·6 hervorgeht·

Wie Pig·8 erkennen läßt, springen die bogenförmigen Seiten 24 der lobulären Querschnitte in dem vorderen Endstück der

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Schraube im Vergleich zu den Querschnitten in dem Hauptgewindeschaft in radialer Richtung zurück und dieee radiale Rücksetzung wird zunehmend kleiner, je mehr eich die lobulären Querschnitte dem Hauptschaft nähern· Auf diese Weise kommt ein glatter übergang vom Gewinde des Schaftes zum lobulären Gewinde des vorderen Endstückes zustande· Aus nooh zu erklärenden Gründen können die Gewindegänge auf dem Hauptschaft in dem zum Vorderende nächsten feil auch geringfügig lobulär sein infolge der noch zu beschreibenden speziellen Fertigungsmethod·· Der Hauptanteil der Gewindegänge auf dem Hauptschaft hat jedoch kreisförmige Gewindequerschnitte und bietet infolgedessen eine maximale Festhaltekraft·

In dem eben beschriebenen Beispiel haben die Plankenquerschnitte des Gewindes auf dem vorderen Endstück Dreieckform | doch können diese Querschnitte eine beliebige gebogtlobuläre Fora haben mit einer ungeraden Anzahl von abgerundeten Vorsprüngen und dazwischenliegenden gebogenen Seiten· Aus praktischen Gründen werden jedoch gewöhnlich nicht mehr als füflf Vorsprunge und bogenförmige Seiten vorgesehen, um die Anforderungen eines niedrigen Drehmomentes beim Vortrieb zu trfüllen·

Der Rohling, auf dem Gewinde gewalzt werden»'tun die in fig·6 gezeigte Schraube herzustellen, ist in den Fig·3, 4 und 5 veranschaulicht· Sin solcher Rohling wird aus einem Drahtetüok 29 (siehe Fig«1 und 2) geformt und enthält den verbreiterten Kopf 12 und die angeflansohte Beilagescheibe 14 der fertigen Schraube, sowie einen «ylindrieohen Schaft 30 ait Kreisquerschnitt, ein vorderes Endstück mit einem Führungeteil 32 von lobulärea geboten Dreiecksquerschnitt und einem dazwischenliegenden, eich verjüngenden Übergangsteil 34. Dai vordere Endstück 18 der fertigen Schraube von Fig.6 wird aus den feilen 32 und 34 d·· Rohlings geformt.

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Das äußerste Ende 32 hat Querschnitte in der Form von gleichseitigen Bogendreiecken mit bogenförmigen Seiten 31, die von zwisohengefügten abgerundeten Ecken 33 ausgehen. Wie aus Fig.5 hervorgeht, ist die Achse 35, zu der die lobulären Querschnitte des Führungsteils des Rohlings symmetrisoh angeordnet sind, eine Verlängerung der Aohse des Rohlingschaftes und die abgerundeten Ecken oder Vorsprünge 33 liegen auf einer axialen Projektion der Zylinderflache 30 des Schaftes, so daß die VorSprünge 33 eine annähernd geradlinige axiale Verlängerung der Oberfläche des Schaftes 30 bilden, wie aus Figo3 deutlich hervorgeht·

Wie Figo5 zeigt, liegt das Maximum der radialen Zurücknahme des Führungsteils gegenüber dem Schaft in der Mitte jeder Sogenseite 31« Das Maß dieser Rucksetzung der Seiten 31 kann beispielsweise zwischen dem 0,3- und dem 0,6-faohen der Ganghöhe des Gewindes liegen. Gerade dieses Verhältnis wird sich für die Schrauben mit Gangabständen ändern· Die genannten Zahlen sind nur Beispiele für eine gegebene Größe des Rohlings; ohne Zweifel können andere Werte der radialen Einrückung auch brauchbare Schrauben gemäß der Erfindung er» geben*

Der sich verjüngende tibergangst eil 34 des Rohlings braucht keine spezielle Quersohnittsform au haben· Bei dem dargestellten Rohling sind die den Seil 34 bildenden Flächen im Querschnitt konzentrisch zur Krümmung der bogenförmigen Seiten 31 gekrümmt« Sie könnten aber auoh beispielsweise konieoh zulaufen. Unter "konisoh zulaufen" wird hier Terstanden, daß die Krümmung dieser Übergangsflächen im Querschnitt konzentrisch zur Krümmung des Schaftes 30 verläuft. Wie in Fig.9 gezeigt, ist das äußerste Endteil 36 im Querschnitt gebogen-lobulär geformt, wie dies bei 31» 33 in Fig.5 dargestellt ist· Der Übergangsteil 37 mit der konischen Verjün-

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gung -ist im Querschnitt konzentrisch zu dem runden Schaft 38 gekrümmte Ein solcher konisch zulaufender Übergangsteil ist in vielen Fällen zweckmäßig, weil er sich mit weniger kostspieligen Werkzeugen herstellen läßt·

Ob nun der Übergangsteil des Rohlings im Querschnitt gebogen-lobulär geformt ist, wie in Pig·3 gezeigt, oder konisch, wie in Fig·9 gezeigt, das darauf ausgebildete Gewinde ist im Querschnitt das gleiche, wie in Fig.8 dargestellt· Dies liegt in dem nachstehend beschriebenen Herstellungsverfahren begründet·

Wenn der sioh verjüngende Übergangsteil des vorderen Endstückes des Rohlings einen gebogen-lobulären Querschnitt hat, gleich dem in Fig»5 durch die Linien 31, 33 dargestellten, kann die axiale Länge des geradwandig äußersten Endteiles 32 kürzer sein, als wenn die sich nach innen verjüngenden Flächen 34 des Rohlings einen Konus bilden. Wenn zudem die nach innen zulaufenden Flächen 34 von gebogen-lobulärem Querschnitt Bind und wenn der Verjüngungswinkel sehr klein ist, können sich diese Flächen praktieoh bis zum äußersten Ende des Endstückes des Rohlings fortsetzen· Wichtig ist jedoch, daß ein Stück von beträchtlicher Länge über dem vorderen Endstück des Rohlings einen gebogenen-lobulären Querschnitt aufweist, ob es nun zueinander parallele Seiten hat, wie in Fig.3 gezeigt, oder ob seine Seiten leicht schräg nach innen verlaufen.

Sie maximale Breite des vorderen Endstückes des Rohlings darf nicht weeentlich größer sein als der Flankendurohmesser des Gewindes auf dem Schaft der fertigen Schraube; er kann jedoch kleiner sein· Der Flankendurchmesser ist in Fig.6 und 7 mit gestriohelten Linien 16a angedeutet.

Der ursprüngliche Rohling der Iig.1 und 2 wird in einer

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Schraubenkopfform, wie sie in Fig«14 bis 16 gezeigt ist, in äie in Pig.3 gezeigte Form gebracht. Biese Form weint eine Ummantelung 44 auf, die in einer herkömmlichen Schraubenkopf masohine montiert werden kann· In ihr ist ein zylindrischer Formeinsatz 46 gehaltert· Der Formeineatz weist eine äußere Formhöhlung 48 mit kreisförmigem Querschnitt zur Aufnahme des zylindrischen Rohlings 29 auf. Der Formeinsatz wirkt mit einem oder mehreren Preßstempeln 50 der Schraubenkopfmasohine zusammen, um den verbreiterten Schraubenkopf 12 und den Beilagsoheibenflansch 14 am einen Ende des ursprünglichen Rohlings anzustauchen und zu formen· Die Formhöhlung hat ferner einen Übergangsabschnitt 47» der sich verjüngt und zum Formen des konischen Übergangsteiles 34 des Rohlings dient, Bowie einen kurzen lobulären Abschnitt 49 mit parallelen Wänden, die mit der gewünschten gebogenlobulären Form des Führungsteils 32 des Rohlings, wie sie mit den Linien 31» 33 der Fig.5 gegeben ist, oder mit einer anderen der weiter unten beschriebenen lobulären Formen zusammenpaßt. Hinter dem Formeinsatz 46, der zur Extrusion dient, ist die Schraubenkopfform mit einem EntlastungeeinsatB 51 und einem Führungseinsatz 53 versehen, in dem das Ende eines in Achsrichtung hin- und herbewegliohen Ausstoßdor·· nes 52 befestigt ist, der sum Auswerfen des Rohlings aus der Schraubenkopfmasohine dient· ν

Zwei Gewindewalzbacken 56, 57 sind in einer beispielhaften Aueführung der Erfindung in Fig.10 dargestellt· Sie dienen zum Walzen der Gewinde auf dem Rohling der Fig·3· Zur besseren Übersichtlichkeit sind sie in einem Abstand dargestellt. Die (rewindewalzbaoken Bind mindestens in einer Längerichtung des Rohlings, d.i· in einer Querrichtung der Qewindewalzbaoken, im wesentlichen eben· Jeder Gewindewalzbaoken hat eine Reihe von eich abwechselnden Kämmen 58 und Rillen 60, die derart geformt sind, daß sie auf den Schaft

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30 dee Rohlings ein gerades Gewinde und auf dem Übergangsteil 34 des Rohlings ein sich verjüngendes Gewinde mit voll entwickelten Kämmen, aber mit einer in Richtung zum stumpfen, in das Werkstüok eindringenden Ende 32 sich allmählich verringernden Gewindehöhe bilden. Die Spitzen'der Gewindekämme 58 der Walzbaoken liegen offensichtlich alle in der gleichen Ebene, d.h. in Fig.10 auf einer Geraden 62· In dem Abschnitt jedes Walzbaokens, der an dem sich verjüngenden Teil 34- des Rohlings anliegt, nimmt die Tiefe der Rillen in Richtung zum unteren Rand der Walzbacken allmählich ab, wie in Fig·10 dargestellt| doch bleibt der Boden dieser Rillen noch scharf definiert, wie bei 61 erkennbar. Jedoch werden die Spitzen 59» die am Übergangstell des Rohlings liegen, in Richtung zum äußersten Ende des Rohlings mehr und mehr abgestumpft, bis schließlich die zunehmend abgeflachten Spitzen in den glatten oder praktisch glatten Randteil 64 der Gewindewalzbaoken übergehen« Die glatten Randteile 64 kommen über dem äußersten Endteil 32 des Rohlings zu liegen und erstrecken sich in der gleichen Ebene wie die Spitzen der Kämme 58 des Walzbackengewindes, dargestellt durch die Linie 62· Man kann also sagen, daß jeder Gewindewalzbaoken aus zwei Teilen besteht, eines ersten Teil, dessen Kämme und Rillen über eine Breite reichen, die der Länge des Gewindeteiles des Rohlinge entspricht, und einem zweiten, glatten oder im wesentlichen glatten Randteil 64»

Die Schraube der Pig·6 wird unter Verwendung der beschriebenen Werkzeuge nach folgendem Verfahren hergestellt!

Zuerst wird der ursprünglich zylindrische Rohling 29 unter Zuhilfenahme der in Pig.H gezeigten Schraubenkopffora in einer herkömmlichen Schraubenkopfeaeohine in den S ohr aubenrohling der Pig·3 verwandelt. Der Schraubenrohling wird dann in die Gewindewalzvorriohtung tiberführt, die ait Ge-

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windewalzbaeken 56 und 57 versehen ist. Diese Gewindewalzbacken 56 und 57 wurden im Vorstehenden als flach geschildert, sie können aber auch ebenso gut Rotationswalzbacken sein. Der Vorgang des Gewindewalzen wird anhand der Fig«11, 12 und 13 beschrieben.

Zunächst sei auf die schematisohe Skizze der Figo13 Bezug genommen. Die Teile mit den parallelen Flächen 56, 57 stellen die einander gegenüberliegenden parallelen Oberflächen der Gewindewalzbacken dar. Der Schaft des Sohraubenrohlings ist mit 30 gekennzeichnet. Mit 32 ist das Endstück des Rohlings, das eine Bogendreiecksform mit gerundeten Ecken hat, dargestellt. Wie ersiohtlich, sind die Walzbaokenflachen 56 und 57 in Kontakt mit diametral gegenüberliegenden Seiten des Rohlings 30, jedoch hat nur der oberste Vorsprung 33 des Endstückes 32 des Rohlings Berührung mit dem oberen Walzbaoken» wogegen die unten liegende Seite 31 des Endstükkes einen Abstand 68 von der Oberfläche 57 des Gewindewalz·· backens hat. Es sei angenommen, daß nun ein Druck auf den Schraubenrohling zwischen den Walzbackenflachen 56 und 57 ausgeübt wird· Da die Oberflächen der Walzbaoken 56, 57 mit dem runden Schaft 30 des Rohlings in Kontakt sind, werden in den sich gegenüberstehenden Seiten dee Rohlings 30 Rillen entsprechend den Kämmen auf den Walzbaoken geformt» Da jedoch der Randteil 64 des Walzbaokena 56, der mit dem Vorsprung 33 des Endstückes 32 in Kontakt steht, glatt ist, kann er nicht in das Metall des Vorsprunga 33 eindringen· Demzufolge wird das Endstück 32 des Rohlings nach unten abgelenkt, wie dies in Fig,13 duroh den Pfeil 66 angedeutet ist.

In Fig»i2 ist ein Schraubenrohling dargestellt mit nur teilweise ausgebildeten Gewindegängen zwisohen zwei sich gegenüberstehenden Gewindewalzbacken 56, 57 zu Beginn des Gewin-

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dewalzvorganges· Diese Fig· zeigt ferner, wie das Endstück 32 des Rohlings duroh den Druck des glatten Handteils 64 des oberen Walzbackens 56 gegen den oberen Vorsprung 33 des Bndstückes 32 nach unten abgelenkt wird. Diese Ablenkung des Endstückes des Rohlings findet jedesmal statt, wenn einer der Vorsprünge mit dem einen oder dem anderen Gewindewalzbaoken 56, 57 in Kontakt trittο In anderen Worten: Die Achse 70 des vorderen Endstüokes des Schraubenrohlings wird in eine mit 71 bezeichnete lage abgelenkt, jedesmal wenn einer der Vorsprünge mit einem der glatten Randteile 64 des einen oder anderen Walzbackens in Kontakt kommt· Die Aohse des vorderen Endstückes des Rohlings wird daher praktisch kontinuierlich in Schwingungen um die Achse 70 des hinteren Teiles des Schraubenrohlings versetzt, zuerst in Richtung zum einen Walzbacken, dann in Richtung zum anderen· Die Bewegungskurve des abgelenkten Achsteils 71 während des Gewindewalzvorganges ist daher sinusförmig oder wellenförmig· Daraue ergibt sich, daß das nach innen sich verjüngende Gewinde am vorderen Endstück des Rohlings der Pig.3, einschließlich der konischen Schulter 34, Gewindeflanken, Gewindefüße und Gewindekämme mit gebogenen-dreieckigen Querschnittsformen erhält, die im wesentlichen der Quersohnittsform des ursprünglichen Endstückes des Rohlings ähn-Iioh sind·

?ig,11 zeigt die Schraube mit fast vollendetem Gewinde kurz vor dem Auswerfen aus den Gewindewalzbacken. Die Schraubenaohse ist miU 70 bezeichnet. Der Winkel 72 stellt den gesamten Sohwingungswinkel oder Ablenkwinkel des vorderen Endes der Schraube während des Gewindewalzprozesses dar. Die Achse 70 rotiert in dem Schaft gegen das Hinter- oder Kopfende der Sohraube zu selbstverständlich ohne Schwingung· In der Praxis wird die Achsschwingung am Vorderende des Rohlings durch den sioh verjüngenden Abschnitt nach hinten übertragen und kann sich in ständig abnehmendem Maß ein kur-

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zee Stück weit in dae Schaftende hinein fortsetzen_f das unmittelbar an den sich verjüngenden Teil anschließt. Diese Schwingung der Achse des Hohlings in dem vorderen Teil und dem Übergangsteil des Rohlings ergibt in diesen Bereichen ein Gewinde mit voll entwickelten Spitzen von im wesentlichen lobulärer Form. Genauer gesagt ist es ein Gewinde, bei dem die Querschnitte durch die Gewindeflanken eine gebogen-lobuläre Form haben, die von der Quersohnittsform des vorderen Endstückes des*Rohlings diktiert ist· Wenn also das Endstück im Querschnitt eine Bogendreieoksform mit gerundeten Ecken hat, sind die resultierenden Flankenquersohnitte des auf dem vorderen Stück der Schraube entstehenden Gewindes ebenfalls bogendreiecksförmig· Aufgrund der Tatsache jedoch, daß der Schwingungsausschlag der Achse während dee Gewindewalzens sich in Richtung zum Schaft des Rohlings verringert, werden die Plankenquerschnitte des Gewindes allmählich immer mehr kreisförmig, je weiter sie sich dem Schaft des Rohlings nähern, und sind genau kreisförmig in denjenigen Sohaftabschnitten, in denen die Rotationsachse nicht schwingt·

Aufgrund des Druokee der Randteile 64 des Gewindewalebakkens auJ die Vorsprünge 33 des Sohraubenrohlinge werden letzter« im Verlauf des Gewindewalzvorganges weiter abgerundet bis zu einem Zustand, der in Pig·13 durch gestrichelte Linien t5 angedeutet ist* Auch kann die vorderste fläche der Schraube etwas ausgehöhlt werden, wie in den Pig·8 und 11 dargestellt.

Bei des oben beschriebenen Aueführungebeispiel des in Pig· 3 gezeigten Sohraubenrohlinge hat das vordere Endstück oder Führungateil 32 eine beträchtliche axiale Länge Bit in Achsrichtung parallelen Seitenwänden und auch dieses Endstück wird in erster Linie Ton den glatten Randteilen 64

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der Gewindewalzbaeken erfaßt. Wenn der sich verjüngende Abschnitt 34 Querschnitte τοη Bogendreieokeforia und eine beträchtliche axiale Länge hat, kann die Länge dee geradwandigen Endabsohnittes reduziert werden, ja dieser Absohnitt kann manchmal ganz wegfallen. Die verhältnismäßig breiten, ebenen Spitzen de,r abgeflachten Kämme 59, siehe Fig«10, dienen in gleicher Weise wie die benachbarten glatten Randteile 64 dazu, eine Ablenkung und Rotationssohwingung des Endstückes des Rohlings während des Gewindewalzen zu bewirken·

Gemäß weiteren Ausbildungen der Erfindung, die in den Fig.

17 bis 22 dargestellt sind, sind selbstschneidende Sohrauben mit einem einzigen Vorsprung vorgesehen, der exzentrisch zur zentralen Längsachse der Schraube liegt. In Fig.17 und

18 ist ein Rohling dargestellt, der demjenigen der Fig.3 ähnlich ist und einen runden zylindrischen Schaft 82 sowie ein exzentrisches, lobuläres Endstück oder Führungsteil 84 aufweist. Das Endstüok 84 ist in diesem Fall von kreisförmigem Querschnitt und hat einen Durohmesser, der kleiner ist als der Durchmesser des Schaftes 82· Eine konisch zulaufende Schulter 86 verbindet das vordere Endstüok 84 mit dem Schaft 82.

Das vordere exzentrisohe Endstüok 84 muß nioht unbedingt einen Kreisquerschnitt haben, es kann auoh elliptisch sein, wie in den Fig»i9 und 20 dargestellt« In diesem Fall 1st das vordere Endstüok 88, das am Ende des runden zylindrischen Schaftes 89 angefügt ist, von elliptischem Querschnitt, wie deutlicher aus Fig·20 ersichtlich, und mit dem Schaft durch eine konisch zulaufende Schulter 91 verbunden·

In den Fig·21 und 22 ist eine fertige Schraube nach dem Gewindewalzen dargestellt. Die beim Waisen auf den Rohlingen der Fig.17 und 19 entstehenden Gewinde sind sich ähnlich. Der einzige Unterschied ist eine leichte Abweichung

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•in der Quersohnittsform des Vorderendes, wie oben bereits bezüglich des Rohlinge erwähnt. Gemäß dem Verfahren der Erfindung können die Gewinde auf den Rohlingen der fig.17 und 19 mit Hilfe von Gewindewalzbaoken geformt werden, entweder wie oben geschildert oder wie nachstehend beschrieben.

Wird das Gewinde mit zwei Gewindewalzbaoken gemäß Pig.10 gewalzt, so wird das vordere Endstück 88 jedesmal, wenn seine obere Fläche 92 mit einem flachen Randteil 64 einee Gewindewalzbaokens 56 oder 57 in Kontakt kommt, von dem berührenden Walzbaoken weggelenkt, wobei die untere Fläche 94-des sich verjüngenden Abschnittes 91» die dem Vorsprung 92 entgegengesetzt ist, in die gewindeformenden Kämme des gegenüberliegenden Gewindewalzbaokens hineingedrüokt wird· Während des Gewindewalzvorganges schwingt die longitudina-Ie Mittellinie 96 des Rohlings, die selbstverständlich exzentrisch zum vorderen Endstück 88 ist, zwisohen der mit 96 bezeichneten Position und der in gestrichelten Idnien 98 angedeuteten Position hin und her, etwa wie im vorherigen Pail beschrieben· *

Wie Fig«21 zeigt, sind die Spitzen 102 der Gewinde entlang der oberen Seite der Schraube über deren Vorderende und die Spitzen 104 auf der entgegengesetzten Seite scharf, während die Spitzen 105 der dazwischenliegenden Gewindeabsohnltte verhältnismäßig flaoh und unfertig sind· Das Gewinde auf dem sich verjüngenden Abschnitt ist mit Vorsprüngen 102 und 104 und dazwischenliegenden Einziehungen 106 versehen, siehe Fig.22.

Im Pail der in den Pig,10 und 11 gezeigten Gewindewalzbakken sind die glatten Randteile 64 in einem Stück mit den . Walzbaoken ausgebildet. Solche glatten Randteile können

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aber auch ale gesonderte Elemente geformt und mit den Xängsrändern der Walzbaoken 56 und 57 funktionell verbunden werden·. In gewissen Fällen mag es wünschenswert sein, solche glattflächigen Elemente als gesonderte Teile der Gewindewalzbaoken vorzusehen, wie dies beispielsweise in !ig·25 gezeigt ist· In dieser Fig. ist ein Schraubenrohling 110 zwischen zwei Gewindewalzbaoken 112 und 114 gezeigt. Die Grewind ewalzbaoken sind bei diesem Ausführungsbeispiel mit gewindeformenden Kämmen 116 versehen, die auf ihrer ganzen seitlichen Erstreokung gleichmäßig hoch sind. Mit den unteren Rändern der Gewindewalzbacken 112 und 114 sind längliche Randteile 118 bzw, 120 funktionell verbunden, deren glatte Oberflächen 122 einander zugekehrt sind und je nachdem mit der Exzentrizität der den Exzentrizitäten in Kontakt treten_f wie bei 124 am Rohling angedeutet. In diesem Pail ist die diagonale Breite des vorderen Endstückes 126 des Rohlings kleiner als der Durohmesser des zylindrischen Sohaftes 128 des Rohlings 110 und dementsprechend haben die Randteile 118, 120 einen kleineren Abstand voneinander als die Ebenen der Spitzen der Gewindekämrne 116, um dadurch den reduzierten Durohmesser des vorderen Endstückes 126 zu kompensieren· Die glattfläohigen Randteile 118, 120 funktionieren in der gleiohen Weise wie die glattflächigen Randteile 64 der in Fig_#10 dargestellten Gewindewalzbacken. Sie treten mit dem Vorsprung oder den Vorsprüngen des vorderen Endstückes 126 des Schraubenrohlings in Kontakt und lenken dieses intermittierend nach der Seite ab, wodurch auf der sohrägen Sohulter 130 des Rohlings 110 ein lobuläres sich verjüngendes Gewinde erzeugt wird.

Für Fig.23 gilt, daß das vordere Endstück oder Führungsteil 126 des Rohlings einen einzigen Vorsprung hat, wie dies auch in Fig·17 gezeigt ist. An die Stelle des Rohlings 110 könnte aber auch ein Rohling mit drei Vorsprüngen, wie er in Fig.3 gezeigt ist, treten.

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Bei Verwendung von Gewindewalzbaoken mit Kämmen 116, die über die ganze Breite des Backens die gleiche Höhe haben, werden die Spitzen des auf dem sich verjüngenden Abschnitt des Rohlings ausgebildeten Gewindes nicht scharf, wie in Fig.6 gezeigt. Vielmehr zeigen sie eine unfertige Form, wie in Fig.24 bei 132 dargestellt.

Aus verschiedenen Gründen können Gewindewalzbacken mit gesonderten Randteilen zweckmäßig sein. In Fig.25 Bind zwei Gewindewalzbaoken 140, 142 veranschaulicht, die in dieser Beziehung den Gewindewalzbacken 112, 114 gleiohen. Mit den unteren Kanten sind zwei Randstreifen 144 und 146 funktionell verbunden. Die Randstreifen 144 und 146 haben glatte Oberflächen 148. Auf einem Großteil der Länge der Randstreifen 144 und 146 erstrecken sich die glatten Oberflächen 148 über deren ganze Breite. An den Hinterenden der Randstreifen und 146 sind jedoch etwas erhabene Flächen 149 ausgebildet, so daß in dem vorderen Endstück der Schraube 153 unmittelbar am Ende 154 des sich verjüngenden Abschnittes des Sohraubgewindes eine Nut 152 entsteht· Die Nutbildung erfolgt während der letzten Umdrehungen des Gewindewalzvorganges nach der Formung der lobulären vorderen Gewindegänge· Eine derartige leichte Einsenkung oder Hinterdrehung neben dem Ende der ersten Gewindegänge ist manchmal wünschenswert, um das Gewinde besser greifen zu lassen, etwa wenn eine Schraube in Verbindung mit einem eng tolerierten Führungsloch verwendet wird.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft in Verbindung mit Schrauben, die große Abstände der Gewindegänge haben, wie beispielsweise in Fig·26 gezeigt. Die Sohraube 160 dieser Fig· ist durch Gewindegänge 162 charakterisiert, die über ihre ganze Länge scharfe Spitzen haben, getrennt durch breite Gewindefüße 164. Das Gewinde ist natürlich an dem in das

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Werkstück eindringenden Ende abgeschrägt, wie bei 166 dargestellt. Solche Schrauben sind besonders zweckmäßig für Kunststoffe und ähnliche, verhältnismäßig weiohe Materialien, Schrauben des in Pig·26 gezeigten Typs lassen sich gut nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer lobulären Form des in das Werkstück eindringenden Endes nach obiger Beschreibung herstellen.

Zusammenfassend besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß ein Rohling mit einem Hauptsohaft von kreisförmigem Querschnitt und mit einem vorderen Endstück, das kürzer ist als der Schaft und das an seinem äußeren Ende einen Abschnitt von beträchtlicher axialer länge mit einem exzentrischen lobulären Querschnitt, sowie zwisohen diesem Abschnitt und dem Schaft einen sich verjüngenden Abschnitt aufweist, vorgesehen wird, daß eowohl auf dem Schaft als auch auf dem sich verjüngenden vorderen Absohnitt gleichzeitig ein Gewinde angebracht wird mit Hilfe von Gewindewalzbacken, die glatte oder verhältnismäßig glatte Randteile haben, mit denen sie die gebogenen lobulären Seiten des vor- ' deren Endstückes des Rohlings erfassen und bewirken, daß dieses um die Achse des Hauptschaftes des Schraubenrohlings kreist, so daß auf dem vorderen Endstück vom gebogen-lobulären Querschnitt ein sich verjüngendes Gewinde erzeugt wird, das im wesentlichen der Querschnittsform des gebogenen lobulären Endstückes des Schraubenrohlings entspricht. Die gebogen-lobuläre Querschnittsform des Gewindes setzt sich günstigerweise in die ersten Gewindegänge auf dem Sohaft, die unmittelbar an den sioh verjüngenden Absohnitt ansohliessen, fort, aber mit fortschreitend geringer werdender Ab·· weiohung von der Kreiaform. Diese geringfügig unrunden Ge-■ windegänge gehen allmählich in die kreisförmigen Gewinde·. gänge des Hauptsohaftes über und dienen daau» das Gewinde, das zunächst von den hauptsäohliohen gewindesohneidenden

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Gewindegängen auf dem- in das Werkstück eindringenden Ende der Schraube in den Seitenwänden des yührungaloohes geformt worden ist, zu glätten»

InPig*27 ist schematisoh in Aufsicht ein Gewindewalzbaoken dargestellt, der einen mit gewindesohneidenden Kämmen versehenen Teil 170 und einen zweiten Teil 172 mit einer ebe- ILQiLt glatten Oberfläche aufweist· Der Teil 170 kann selbstverständlich mit gewindesohneidenden Kämmen jeder geeigneten lorm versehen sein_t beispielsweise naoh Art der in !ig· 10 auf den Gewindewalzbaoken 56, 57 oder in 3?ig_e23 auf den Gewindewalzbaoken 112, 114 dargestellten oder mit solchen, wie sie zum Walzen der Gewinde auf Schrauben naoh Pig«26 erforderlich sind,-Ferner kann der Randteil 172 in einem Stück mit dem Teil 170 des Gtewindewalzbaokens ausgebildet sein, wie in Pig·10 bei 64 gezeigtj oder er kann ein gesondertes Teil sein, wie bei 122 in fig»23· Der Teil 172 kann auch neben dem Teil 170 am hinteren Ende des Walzbakkens mit einer erhabenen Hippe versehen sein, wie duroh die gestrichelten Idnien 173 angedeutet, entsprechend dem erhabenen Teil 149 der Pig»25·

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Claims

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Ansprüche

,) Selbstsohneidende Sohraube mit einem gewindetragenden Sohaft, dessen Gewinde kreisförmige Jlankenquerschnitte hat, ferner mit einem sioh verjüngenden Teil im Anschluß an den Sohaft, auf den sioh das Gewinde des Schaftes kontinuierlich fortsetzt und dessen Gewinde Plankenquerschnitte von lobulärer form hat, dadurch gekennzeichnet, daß die lobuläre Gewindeform auf dem sich verjüngenden Teil in Riohtung vom Vorderende (20) der Sohraube zum Sohaft (16) allmählich an Höhe zunimmt und sich allmählich auf dem Vorderende des Schaftes in ein Gewinde mit kreisförmigem Flankenquerschnitt verwandelt·

2· Sohraube nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem sioh verjüngenden Teil ein sich praktisch nicht verjüngendes äußeres Endstück (32) von lobulärem Querschnitt vorgesehen ist*

3· Schraube nach Anspruoh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Sndstüok unmittelbar neben dem Beginn des Gewindes auf dem sioh verjüngenden Teil eine Ringnut (152) auegebildet ist«

4· Verfahren zum Walzen der Gewinde für eine Sohraube nach einem der Ansprüohe 1 bis 3» bei dem ein Rohling mit einem Sohaft von kreisförmigem Querschnitt, mit einem vorderen Endstüok von gebogen-lobulärem Querschnitt und verminderter Dicke und mit einem zwischen Schaft und End~ stüok liegenden, sioh verjüngenden Übergangsteil zwischen zwei sioh gegenüberstehenden Walzbaoken gewalzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß von den Gewindewalzbacken gleichzeitig auf den Sohaft und den sich verjüngenden Teil gewindeformende Drucke ausgeübt werden, während die

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Achse des Sohaftes in praktisch gleichem Abstand von beiden Gewindewalzbaoken gehalten wird und daß von den Gewindewalzbacken auf das vordere Endstück des Rohlings intermittierend Ablenkdrucke ausgeübt werden_t durch die der Abstand der Aohse des vorderen Endstückes und des sich verjüngenden Übergangsteils zu den Gewindewalzbaoken periodisch geändert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß glatte Randteile der Gewindewalzbaoken abwechselnd mit den gerundeten Spitzen der Vorsprüngen an dem lobulären vorderen Endstück in Kontakt treten und dadurch eine periodische Ablenkung der Aohse des vorderen Endstückes und des Bich verjüngenden Übergangsteils des Rohlinge von dem die aufeinanderfolgenden Vorsprünge erfassenden Gewindewalzbacken weg bewirken_e

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 51 dadurch gekennzeichnet, daß an dem vorderen Endstück unmittelbar an dem Beginn des Gewindes auf dem sich verjüngenden übergangsteil eine verhältnismäßig schmale Nut ausgebildet wird.

7· Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens naoh einem der Ansprüche 4 bis 6, mit einer Schraubenkopfmaschine, die eine längliche Höhlung mit kreisförmigem Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhlung (48) an ihrem Boden eine Extrusionsdüse (42) mit gerundeten Vorsprüngen und diese verbindenden bogenförmigen Seiten aufweist, deren maximale radiale Abmessung etwa gleich dem Radius der Höhlung ist und deren kleinste radiale Abmessung an den Seiten wesentlich kleiner ist als der Radius der Höhlung, und daß zwischen der Höhlung und der Extrusionsdüse ein Übergangsabschnitt (47) mit naoh

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innen schräg zulaufenden Wänden vorgesehen ist, der von der Seitenwand der Höhlung bis zu den gebogenen Seiten der Extrueionsdüse reicht·

8· Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet) daß die nach innen schräg zulaufenden Wände des Übergange« abeohnittea (47) eine konische fläche bilden.

9« Vorrichtung nach Anepruoh 7» daduroh gekennzeichnet! daß die nach innen schräg zulaufenden Wände des Über·· gangsabschnittee in Querschnitt konzentrisch zu den gebogenen Seiten der Extrusionsdüse verlaufen«

10· Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrene nach einem der Ansprüche 4 bis 6, mit Gewindewalzbaoken zum Formen selbstschneidender Schrauben aus Bohlingen, die einen zylindrischen Sohaft und ein vorderes Endstück von gebogen«»lobulärer Fora haben, wozu der öewindewalzbaoken mit in Längsrichtung sich erstreckenden gewindeformenden Kam·· «en zum Walzen der Gewinde auf dem Sohaft und dem Endstück des Rohlings versehen ist, daduroh gekennzeichnet» daS der Gewindewalzbaoken (56, 57) einen in Längsrichtung sich erstreckenden Randteil (64) aufweist, der Bit dem lobulärtn Endstück (18) des Hohlinge in Kontakt tritt und dieses Endstück intermittierend von dem Gewindewalzbacken weg ablenkt«

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