DE2322351A1

DE2322351A1 - Selbstschneidendes gewinde-befestigungsglied sowie verfahren und gewinderollbackenpaar zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2322351A1
Application number: DE2322351A
Authority: DE
Inventors: Edwin John Skierski
Original assignee: USM Corp
Current assignee: Emhart Industries Inc
Priority date: 1972-05-24
Filing date: 1973-05-03
Publication date: 1973-12-06
Also published as: NO139343C; FI58819C; IL42270A0; DE2322351C2; LU67649A1; HK65878A; AU5598073A; IE37620B1; HK65778A; ZA733514B; IE37620L; SE397394B; BE799936A; NL174914C; AT339118B; GB1376586A; NL7307022A; FR2186084A5; NO139343B; FI58819B

Description

München, den 3. Mai 1973

Mein Zeichen: P 1647
Anmelder: USM Corporation

Flemington/New Jersey - USA

Zustelladresse: Federalstreet 14o

Boston/Mass. 02107

USA

Selbstschneidendes Gewinde-Befestigungsglied sowie Verfahren und Gewinderollbackenpaar zu dessen Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstschneidendes Gewindebefestigungselement, das gemäß bevorzugten Ausführungsformen einen Null-Einlauf oder ein gesteuertes vorherrschendes Drehmoment während des Einführens in ein Aufnahmeteil mit sich bringt.

Es steht eine Vielzahl von selbstschneidenden Gewindebefestigungsgliedern zur Verfügung. Dieneisten dieser Befestigungsglieder fallen in eine Gruppe von zwei Hauptgruppen bezüglich der gewindebildenden Wirkung: Schneidende Befestigungsglieder oder stauchende Befestigungsglieder.

Obwohl beide Arten von Befestigungsgliedern wirksam hinsichtlich der Bildung eines Innengewindes in einem Aufnahmeteil anwendbar sind, sind derzeit die stauchenden Befestigungs-

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glieder die üblicheren. Ein für die Stauchungstypen charakteristisches Befestigungsglied ist in der US-PS 3 426 642 angegeben. Das bei dieser Art von Stauchungsschraube vorgesehene gewindebildende Mittel ist ein Überhöhungsgebilde (das in Fig. 1, 2 und 3 der genannten US-Patentschrift mit 21 bezeichnet ist), welches einer nahezu durchgehenden Gewindewindung überlagert ist, und zwar von der Spitze bis zum Schaft.

Obwohl das oben beschriebene Befestigungsglied wirksam ist hinsichtlich seiner Eigenschaft als ein schwaches Drehmoment ausübender Gewindebildner, leidet das betreffende Befestigungsglied jedoch an den bisher bekannten Verfahren zu seiner Massenherstellung anhaftenden Eigenschaften. Derzeit werden diese Befestigungsglieder zwischen zwei Gewinderollbacken gerollt, deren jede mit einer Vielzahl von parallelen, zur Bildung des Gewindefußes dienenden Erhebungen, Gewindespitzen bildenden Nuten und Ausbeulungen bildenden Taschen versehen ist. Dabei erfolgt das Rollen zwischen diesen Backen unter Ausübung eines starken Drucks, woraufhin das Material des Schraubenschaftes eine Bewegung (Stauchung) unter Bildung des Gewindeganges erfährt. Bei der Bildung von selbstschneidenden Schrauben mit einem Überhöhungen bildenden Gewinde sind die die Gewindespitzen bildenden Nuten der Backen mit einer Reihe von Taschen versehen, die durch Ausbuchtungen oder Löcher gebildet sind. Diese Taschen passen sich an das sich verschiebende bzw. bewegende plastische Metall an und bilden einen zusammengesetzten Teil, der im wesentlichen dem Gewinde überlagert ist. Da die die Überhöhung bildenden Teile der Backen bzw. Form tatsächlich durch Löcher in den die Gewindespitze bildenden Nuten gebildet sind, erstreckt sich die Einhüllende der Überhöhjrgen natürlich über die Einhüllende des Gewindeganges im Bereich nahe der Verbindung des Schaftes

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und den spitz zulaufenden Teilen des Befestigungsgliedes, d.h. in den Bereichen, in denen der Durchmesser des spitz zulaufenden Teiles sich an den Schaftdurchmesser annähert (siehe Fig. 3 der oben erwähnten US-Patentschrift) hinaus. Wird das Befestigungsglied mit einen Gewindegang hergestellt, der einen nahezu gleichmäßigen Querschnitt (eine allgemeine Form) besitzt, so bewirken die gewindebildenden Überhöhungen nahe der betreffenden Verbindung eine stärkere Stauchung des Gewindes in dem das Befestigungsglied aufnehmenden Teil als das eigentliche Gewinde auf dem Schaftteil des Befestigungsgliedes. Venn das Befestigungsglied in das Aufnahmeteil eingeführt wird, existiert somit kein wirksames Drehmoment zwischen dem gestauchten Innengewinde des Aufnahmeteils und dem Schaftgewinde des Befestigungsgliedes. Vielmehr ist zwischen dem Befestigungsglied und dem Aufnahmeteil eine Art einer losen Passung vorhanden. Es dürfte schnell einzusehen sein, daß eine derartige Eigenschaft in gewissen Fällen als Mangel angesehen werden kann, der die univers_elle Anwendung des Befestigungsgliedes einschränkt.

Dieser Mangel ist erkannt worden; es ist ein Versuch unternoaaen worden, den beschriebenen Mangel zu überwinden. In Fig. 24 bis 26 der oben erwähnten US-Patentschrift ist ein Versuch veranschaulicht, um eine selbstschneidende Schraube bereitzustellen, die auch ein gesteuertes wirksames bzw. vorherrschendes Drehmoment (Null-Zwischenraum oder ein positiver Eingriff zwischen dem Befestigungsglied und dem gebildeten Innengewinde) mit sich bringt. Wie dargestellt, enthält das bekannte Befestigungsglied einen Gewinde-Arbeitseintrittsteil mit einem spitz zulaufenden Gewindegebilde, welches einen kleinerjwerdenden Gewindeaußendurchmesser und Teilkreisdurchmesser, jedoch einen konstanten Kerndurchmesser besitzt. Obwohl das dargestellte Befestigungsglied ein wirk-

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sames Drehmoment mit sich bringen könnte, da die Höhe und Dicke der gewindebildenden Überhöhungen zu dem Arbeitseintritt sende hin kleiner wird, und zwar von einem Wert, der kleiner ist als der des Gewinde^aldes auf dem Schaftteil, verschlechtern sich jedoch die Gesamtleistung und das günstige Verhalten des betreffenden Befestigungsgliedes als selbstschneidende Schraube.

Die Wirksamkeit einer selbstschneidenden Schraube ergibt sich zu einem großen Maß durch die Gewindeausbildung in dem Arbeitseintrittsteil. Die Gewindeausbildung auf der betreffenden Schraube muß nicht nur ein Innengewinde für den sich nähernden Schaftteil stauchen, sondern das betreffende Gewinde muß außerdem das Befestigungsglied in das Aufnahmeteil hineinführen. Solange das Gewinde nicht "Anschnitte¹¹ bildet, die tief genug in das Seitenmaterial des Aufnahmeteiles sich "einschneiden", erfolgt durch das Befestigungsglied keine Weiterbewegung und Stauchung des gewünschten Gewindes. Vielmehr wird sich das betreffende Befestigungsglied von dem Aufnahmeteil "herauslösen", wodurch das Aufnahmeteil ohne Gewinde oder mit einem erweiterten Loch zurückbleibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Weg zu zeigen, wie unter Vermeidung der vorstehend aufgezeigten Schwierigkeiten ein selbstschneidendes Gewindeteil auf besonders einfache Weise gebildet werden kann.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch das Befestigungsglied gemäß der Erfindung, welches die beiden obigen Problembereiche überwindet, indem ein vollständig ausgebildetes Gewinde auf dem Arbeitseintrittsteil nahezu bis zur Gewindeteilspitze vorgesehen ist und daß ein

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Überhöhungsgebilde vorgesehen ist, das das Innengewinde in dem Aufnahmeteil bei einem minimalen Drehmoment staucht, und zwar noch innerhalb der Abmessungsforderungen bezuglich des Schaftgewindes·

Wie oben erwähnt, sind die beiden zur Bildung der oben beschriebenen herkömmlichen Befestigungsglieder dienenden Gewinderollbacken bzw. -formen jeweils mit Überhöhungen bildenden Taschen versehen. Daher müssen diese Formen bzw. Backen sorgfältig in automatischen Rollmaschinen angeordnet werden, die schließlich in einer solchen Stellung ausgerichtet werden, daß aufeinanderfolgende Überhöhungen auf den Gewindegängen abwechseln und regelmäßig angeordnet sind. Trotz der bei einer derartigen Anbringung der herkömmlichen Rollbacken ausgeübten Sorgfalt verlieren diese Backen bald ihre anfängliche Einstellung. Außerdem gleitet während des eigentlichen Rollens, z.B. während der anfänglichen Einführung, der Befestigungs-

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gliedrohling häufig auf einer der betreffenden herkömmlichen Backen· Dies führt dazu, daß die betreffenden Backen ihre relative Einstellung verlieren und daß der vorschriftsmäßige Abstand der Überhöhungen zerstört wird. Wie erwartet werden kann, stören unregelmäßige Abstände der Überhöhungen die gewindebildende Funktion. In direktem Gegensatz dazu stellen die Gewinderollbacken gemäß der Erfindung eine regelmäßige Aufbringung der Überhöhungen sicher, und zwar unabhängig von ■ der relativen Gewindebackeneinstellung oder von einem Schlupf des jeweiligen Befestigungsgliedrohlings.

Durch die vorliegende Erfindung werden ein selbstschneidendes Befestigungsglied und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Befeätigungsgliedes sowie Gewinderollbacken für die Durchführung dieses Verfahrens geschaffen. Das betreffende Befestigungsglied besitzt die Fähigkeit, ein Innengewinde in

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einem Aufnahmeteil zu stauchen, und zwar derart, daß gemäß der bevorzugten Ausführungsform das betreffende Befestigungsglied auf die Einführung in das Aufnahmeteil ein Null-Laufdrehmoment oder ein gesteuertes wirksames Drehmoment mit sich bringt·

Zu diesem Zweck und gemäß bestimmten Merkmalen der Erfindung enthält das selbstschneidende Befestigungsglied gemäß der Erfindung einen zylindrischen Schaftteil und einen zugespitzten Arbeitseintrittsteil, der in einer Spitze ausläuft. Von denr Schaftteil und dem Arbeitseintrittsteil wird jeweils ein zylindrisches, schraubenlinienförmig verlaufendes Gewinde getragen. Dem durchgehenden, schraubenlinienförmig verlaufenden Gewinde auf dem Arbeitseintrittsteil sind gewindebildende Überhöhungen überlagert, die bei den bevorzugten Ausführungsformen eine gleichmäßige Größe und einen gleichmäßigen Querschnitt besitzen. Die betreffenden Überhöhungen besitzen einen dem Querschnitt des Gewindes, dem sie überlagert sind, ähnlichen Querschnitt. Im Verbindungsbereich des Schaftes und des Arbeitseintrittsteiles des Befestigungsgliedes sind gewisse Überhöhungen derart ausgebildet, daß sie innerhalb der imaginären Einhüllenden des zylindrischen, schraubenlinienförmigen Gewindes des Schaftes liegen, und zwar bei axialer Projektion über die betreffende Verbindung hinaus. Erreicht wird dies durch ein Nachwalzen zum Zwecke der Verminderung dieser Überhöhungen, die sonst über die Schaftgewindeeinhüllende hinausragen.

Das Verfahren zur Herstellung des Befestigungsgliedes gemäß der Erfindung umfaßt das Walzen bzw. Rollen eines durchgehenden Gewindes von dem Schaftteil bis zu dem spitz zulaufenden Arbeitseintrittsteil und die Bildung von den Gewindegängen des Arbeitseintrittsteiles überlagerten, in Abstand von-

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einander vorgesehenen gewindebildenden Überhöhungen, und ein anschließendes Nachwalzen des Gewindeschaftteiles und bestieater Überhöhungen auf dem Arbeitseintrittsteil auf denn zylindrischen Gewindegang des Schaftteiles, und zwar bei Projektion zur Spitze hin.

Die Gewinderollbacken zum Rollen des Befestigungsgliedes gemäß der Erfindung enthalten eine erste und eine zweite Gewinderollbacke. Diese Gewinderollbacken weisen ein Eintrittsende für ein Befestigungsglied und ein Austrittsende für das Befestigungsglied auf. Zwischen diesen Enden sind gewindebildende Flächen mit einer Vielzahl von parallelen Gewindespitzen bildenden Nuten und Gewinderillen bildenden Erhebungen vorgesehen. Jede dieser gewindebildenden Flächen besitzt einen flachen Teil, durch den der Schaft des Befestigungsgliedes gebildet wird, welcher Teil längs einer Kante durch eine nach oben geneigte Fläche begrenzt wird, durch die die Spitze des Befestigungsgliedes gebildet wird. Diese erste Gewinderollbacke ist die Hauptgewinderollbacke, welche einen die Überhöhungen bildenden Bereich auf der die Spitze bildenden Fläche aufweist, in welcher eine Vielzahl von in regelmäßigen Abständen vorgesehenen, Überhöhungen bildenden Taschen in den gewindebildenden Nuten enthalten ist. Diese erste Gewinderollbacke enthält ferner einen Nachwalztragteil, in welchem die gewindebildende Fläche zu dem ^Schaft bildenden flachen - ' Teil paßt, sowie einen Freigabeteil. Der Nachwalztragteil weist eine bestimmte Rollänge auf, so daß bestimmte Überhöhungen der gewindebildenden Überhöhungen nachgewalzt werden, die ansonsten über die Einhüllende des Schaftgewindeganges hinausragen, und zwar bei Projektion zur Spitze hin. Die zweite Gewinderollbacke weist*zur Bildung eines Schaftes und einer Spitze dienenden Teil und einen Nachwalzteil auf, der so gelegt ist, daß bestimmte Überhöhungen der gewindebildenden

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Überhöhungen zu der Einhüllenden des Schaftgewindesganges zurückgewalzt werden.

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise erläutert.

Fig. 1 zeigt ein die Erfindung verkörperndes Befestigungsglied. Fig. 2 zeigt in einer Teilschnittansicht das Befestigungsglied gemäß Fig. 1 vor Ausführung eines Nachwalzschrittes. Fig. 2a zeigt eine Stirnansicht des in Fig. 2 dargestellten Befestigungsgliedes.

Fig. 3 zeigt in einer Teilschnittansicht das Befestigungsglied gemäß Fig. 2 nach Ausführung des Nachwalzschrittes. Fig. 3a zeigt in einer Stirnansicht das Befestigungsglied gemäß Fig. 3.

Fig. 4 zeigt in einer Perspektivansicht Gewinderollbacken für die Herstellung eines Befestigungsgliedes gemäß der Erfindung.

Fig. 5 zeigt in einer Teilschnittansicht die in Fig. 4 dargestellten Gewinderollbacken im Rollbetrieb. Fig. 6 zeigt eine Folgeansicht der in Fig. 4 dargestellten Gewinderollbacken während des Rollens.

Fig. 7 zeigt in einer Schnittansicht den Nachwalζvorgang der Gewinderollbacken.

Fig. 8 zeigt in einer Folgeansicht eine andere Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 6.

Im folgenden sei insbesondere Fig. 1 näher betrachtet. In dieser Figur ist mit 10 eine selbstschneidende Schraube dargestellt, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt. Die Schraube 10 enthält einen zylindrischen Schaftteil 12 mit einem Kopf 14 an einem Ende und einem zugespitzt verlaufenden Arbeitseintrittsteil bzw. Arbeitseinführungsteil 16, der in einer Spitze 18 am anderen Ende des Schaftteiles aus-

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läuft. Die Spitze 18 kann in einer scharfen Spitze auslaufen oder, wie dargestellt, abgestumpft sein. Der Kopf 14 ist zweckmäßigerweise mit Mitteln, wie einem Querschlitz 20 versehen, um für ein (nicht dargestelltes) Werkzeug, wie einen herkömmlichen Schraubenzieher, eine antriebsmäßige Anlage zu erzielen. Der Kopf 14 ist nicht notwendigerweise erweitert.

Die Schraube 10 weist einen Gewindegang 22 auf, der an der Spitze 18 beginnt und der als spiralförmiges Gewinde 24 auf ' dem zugespitzt verlaufenden Arbeitseintrittsteil 16 verlauft und zumindest sich über einen Teil des Schaftes 12 als zylindrisches Schraubengewinde 26 erstreckt. Bei Betrachtung in Schnittansicht (siehe Fig. 2a) besitzt das Gewinde 2o eine ' zylindrische Form über den gesamten Bereich des Schaftes 12. Die Gewindeanordnungen enthalten dabei jeweils einen Gewindekern r, Flanken f und eine Spitze c, die in Verbindung mit dem Gewinde-Bezugszeichen bezeichnet ist, z.B. mit 22r, 24f, 26c.

Der auf dem Arbeitseintrittsteil 16 befindliche Gewindegang (Fig. 1) enthält gewindebildende Überhöhungen 30, die sich von der Stelle 24r aus längs der Flanken 24f zu der Spitze 24c hin erstrecken und die als dem Gewinde 24 überlagerte Ausbuchtungen erscheinen. Die Überhöhungen 30 weisen im Querschnitt eine Einhüllende 32 (Fig. 2) auf, die generell zu den Flanken 24f und Spitzen 24c parallel läuft. Eine Ausnahme hiervon bildet jedoch, wie noch später erläutert wird, der Verbindungsbereich 25 zwischen dem Schaft 12 und dem Arbeitseintrittsteil 16. Dieser Bereich zeigt eine Überhöhungsspitze 30c, die über die Spitze 24c des Gewindes 24 hinausragt.

Die Überhöhungen 30 sind vorzugsweise in Umfangsrichtung längs des Gewindeganges in Abstand voneinander vorgesehen

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und in axialen Reihen (siehe Fig. 1, 2 und 3) von der Spitze bis zu dem Arbeitseintrittsteil 16 angeordnet, jedoch nicht auf dem Schaftteil 12.

Die Überhöhungen 30 sind im übrigen als Gebilde dargestellt, die Vorderseiten und Rückseiten 30a bzw. 30t (Fig. Z) besitzen, welche von den Flanken 24f aus derart allmählich gekrümmt verlaufen,.daß abgerundete Überhöhungen gebildet sind. Es dürfte jedoch einzusehen sein, daß die gewindebildenden Überhöhungen eine Form aus einer großen Vielzahl von Formen neben den gezeigten Formen besitzen können. Dabei existieren jedoch drei prinzipielle Forderungen bezüglich der Form. Die erste Forderung besteht darin, daß das 'Überhöhungsprofil das Gewindeprofil überragt, auf welchem es vorgesehen ist, um nämlich die Schraube in dem betreffenden Bereich derart zu tragen, daß eine Verminderung der Reibung zwischen der Schraube und dem Aufnahmeteil bewirkt wird, wenn das Innengewinde gestaucht wird. Die zweite Forderung bezüglich der Überhöhungsform besteht darin, daß die betreffende Form allmählich über die Flanken 24f und die Spitze 24c ansteigt, so daß ein Einschneiden des Materials des Aufnähmeteiles nicht bewirkt wird. Die dritte Forderung bezüglich der Überhöhungsstruktur besteht darin, daß aufeinanderfolgende Überhöhungen auf dem Arbeitseintrittsteil bzw. -einführungsteil zunehmend weiter nach außen von der Schraubenachse ab- . > stehen, wobei die letzte in Richtung des Schaftes vorgesehene Überhöhung auf dem Arbeitseinführungsteil liegt und wobei eine Projektion bestimmter nachgewalzter Überhöhungen innerhalb der imaginären Projektion des zylindrischen Schaftgewindeganges zur Spitze hin liegt. Wie nachfolgend noch erläutert werden wird, ist die neue Anordnung bzw. Struktur gemäß der Erfindung durch die neuen Gewinderollbacken und das Verfahren zur Herstellung des selbstschneidenden Befestigungsgliedes ermöglicht.

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Das in Fig. 1, 2 und 3 dargestellte selbstschneidende Befestigungsglied wird vorzugsweise durch Rollen des Schaftgewindes, des Arbeitseinführungsgewindes und der Überhöhungen auf einem herkömmlichen zylindrischen Schraubenrohling durch die in Fig. 4 bis 8 dargestellte Vorrichtung hergestellt. Die Gewinderollbacken umfassen eine erste Gewinderollbacke 42 und eine zweite Gewinderollbacke 44. Diese Gewinderollbacken weisen jeweils einen flachen Schaftrollteil 46 auf, der sich in Längsrichtung von den Befestigungsglied-Einführungsenden <+ und 43a bis zu den Befestigungsglied-Austrittsenden 45 una 4Se erstreckt. Der Schaftrollteil 46 weist zur Bildung der Gewindespitzen führende Rollnuten 48 und zur Bildung des Gewindefußes dienende Erhebungen 50 auf. Jede Gewinderollbacke ist ferner mit einem zugespitzt verlaufenden Rollbereich 52 versehen, der generell sich in gleichem Maße ausdehnt wie der Schaftrollteil 46 und der eine Grenze dieses Rollteiles bzw. -bereiches bildet. Der zugespitzt verlaufende Rollbereich weist ferner Nuten 48 und Erhebungen 50 auf. Die erste Gewinderollbacke bzw. Hauptgewinderollbacke 42 enthält insbesondere in dem zugespitzt verlaufenden Rollbereich 46 Ausnehmungen oder Taschen 54, die zur Bildung der Überhöhungen gemäß Fig. 2 und 2a in Nuten 48 vorgesehen sind. Die betreffenden Ausnehmungen sind dabei vorzugsweise in Reihen (A, B und C gemäß Fig. 4 bis 6 und 8) angeordnet.

Ein Schraubenrohling 40 wird in herkömmlicher Weise zwischen die Gewinderollbacken 42 und 44 eingeführt, wie dies in Fig.4 veranschaulicht ist. In dem Schaftrollbereich bzw. -rollteil 46 wird durch die Gewindespitzen-Rollnuten 48 und die GewindefuB-Erhebungen 50 ein zylindrisches Schraubengewinde auf dem Schaftteil 12 gerollt (wie es in Fig. 1 bis 3 dargestellt ist). Vorzugsweise sind dieselben Gewinderollteile mit

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den Erhebungen 50 und Nuten 48 aufweisenden zugespitzten Rollbereichen 52 ausgestattet bzw. für diese Bereiche geeignet. Damit wird der zugespitzte Arbeitseinführungsteil 16 auf dem Befestigungsglied gleichzeitig mit dem Rollen des Schaftes gerollt. Das Befestigungsglied 10 erhält somit ein spiralförmiges Gewinde 24, welches nahezu bis zur Spitze 18 verläuft. Die Gewinderollbacken 42 und 44 sowie das insoweit beschriebene Rollverfahren sind generell bekannt.

Die Überhöhungen 30a und 30' können anfangs gleichzeitig mit dem Rollen des Gewindes 24 gebildet werden, und zwar dadurch, daß die die Gewindespitzen bildenden Nuten 48 mit Taschen 54 versehen werden, welche komplementär zu den Über- , höhungen 30, und insbesondere zu den Überhöhungen 30a und 30^f gemäß Fig. 2 und 2a geformt sind. Während der Ausübung des Rollvorgangs auf den Schraubenrohling 40 erfolgt eine Bewegung des Metalls des Rohlings 40 in die Taschen 54, so daß die Überhöhungen 30a und 30' auf dem Gewinde 24 in Erscheinung treten* sie erscheinen als den Flanken 24f und den Spitzen 24c des betreffenden Gewindes überlagert. Wie zuvor erwähnt, erfolgt anfangs die Ausbildung von Überhöhungen 30a und 30·, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Es dürfte einzusehen sein, daß bei der soweit beschriebenen Gewinderollanordnung und dem soweit beschriebenen Gewinderollverfahren die Ausnehmungen sich über eine größere Tiefe hinweg erstrecken als der Tiefe der die Gewindespitzen bildenden Nuten 48 entspricht, in welchen die betreffenden Ausnehmungen vorgesehen sind. Das tatsächliche Ergebnis des insoweit beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß eine anfängliche Überhöhung 30 und 30' (Fig. 2, 2a, 5» 6 und 8) auf den oberen Abschnitten des Arbeitseinführungsteiles 16 gebildet ist, wobei diese Überhöhung radial über die Einhüllende 27 des zylindrischen

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Schraubengewindes 26 bei Projektion zur Spitze hin übersteht. Durch ein derartiges Überstehen der Überhöhungen 30» über die Schaftgewindeeinhüllende hinaus wird dem selbstschneidenden Befestigungsglied der gewünschte Null-Zwischenraum oder das gesteuerte Laufdrehmoment in Verbindung mit dem Innengewinde-Aufnahmeteil genommen.

Bestimmte Überhöhungen des Überhöhungen 30* (die über die Schaftgewindeeinhüllende 27 hinausragen) werden nahezu gleichzeitig mit der Bildung des spiralförmigen Gewindes 27 anfangs gebildet (siehe Fig. 2 und 2a). Diese die Überhöhung 30^f umfassenden Überhöhungen 30a sind nahezu gleichmäßig (bei den bevorzugten Ausführungsformen) von der Spitze 18 zum Schaft hin vorhanden. Auf die anfängliche Ausbildung der Überhöhungen werden die anfänglich gerollten Überhöhungen 30· und insbesondere die überhöhung 30* zu den schließlich gebildeten Überhöhungen 30 nachgewalzt (siehe 30 in Fig# 3, 4 und 6). Auf diese Weise wird eine genau bemessene Gewindestauchflache gebildet, und zwar insbesondere in der Nähe der Verbindungsstelle 25 zwischen dem Arbeitseinführungsteil 16 und dem Schaft 12. Auf die zur Vornahme dieses Nachrollens bzw. Nachwalzens dienende Gewinderollanordnung wird weiter unten noch eingegangen werden. Die Überhöhungen 30·, die ansonsten über die Einhüllende des auf dem Schaft befindlichen Gewindeganges hinausragen würden, sind somit auf die genau gewünschte Einhüllende zurückgewalzt bzw. zurückgerollt. Durch dieses Zurückwalzen bzw. Nachwalzen sind die Überhöhungen 30 derart ausgebildet, daß die Einhüllende dieser Überhöhungen jeweils innerhalb der imaginären Einhüllenden/zylindrischen Schraubengewindeschafts hineinfällt, und zwar bei Projektion über den Verbindungspunkt 25 des Schaftee 12 und des ArbeitseinftL hrungsteiles 16 zur Spitze hin (siehe Fig. 3 und 3a). Ferner sei

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darauf hingewiesen, daß dieses Nachwalzen bzw. Nachrollen gleichzeitig an den Spitzen 30c und den Seiten 30s der Überhöhung 30* auftritt, so daß die gesamte Querschnitts-Einhüllende der überhöhung 30 innerhalb der passenden Abmessungen der Gewindeform 22 des Schaftes liegt. Dadurch ist bei der vorliegenden Ausführungsform eine Schraube 10 mit einem gesteuerten Lauf drehmoment geschaffen, wenn das Befestigungsglied oder die Schraube 10 in das Aufnahmeteil eingeführt ist, und zwar nach erfolgter Stauchung des Innengewindes.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 3, bei der sämtliche Reihen (A, B und C) der Überhöhungen 30 nachgewalzt bzw. nachgerollt (Fig. 3) sind, tritt bei den End-Überhöhungen eine sehr genaue Gewindebildung auf. Dies geht zum Teil auf die gesteuerte Messung zurück, die während des Nachwalzens bei der Bildung dieser End-Überhöhungen ausgeübt wird, und zum Teil auf die geringeren Preß- bzw. Stauchbelastungen, die mit diesen Überhöhungen während des Nachwalzens verbunden sind, da nämlich ihre Funktion nunmehr in der Eigenschaft einer End-Gewindekernberichtigung des zuvor während des anfänglichen Rollens der früheren Überhöhungen gestauchten Gewindes liegt. Die Gesamtwirkung bestimmter Überhöhungen der nachgewalzten Überhöhungen während des GewindeStauchvorgangs besteht darin, einen Ausgleich der auf die gewindebildenden Erhöhungen wirkenden Drehmomentbelastung zu bewirken. Bei auf die Überhöhungen ausgeglichenen Belastungen sind nachteilige Beanspruchungen in der Schraube vermieden, wenn diese eine Stauchung des Innengewindes vornimmt. Dies führt seinerseits zu einer erheblichen Vergrößerung des Anzugs-Überdreh-Verhältnisses. Nach herkömmlichen Verfahren hergestellte Befestigungsglieder zeigen in diesem Zusammenhang ein Verhältnis von etwa 3 zu 1, während die Befestigungsglieder gemäß der

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Erfindung ein Verhältnis bis 10 zu 1 aufweisen.

Ein weiterer bedeutender Vorteil hinsichtlich der Gewindebetriebseigenschaften wird durch eine Schraube erzielt, die in der zuvor angegebenen Weise hergestellt ist. Is ist bekannt, daß eine Vielzahl von Materialien, in die diese selbstschneidenden Schrauben eingeführt werden, gewissermaßen ^NSpeichervermögen¹¹ besitzen. Dies bedeutet, daß das Material eine gewisse Elastizität besitzt und daß das Innengewinde auf die Stauchung bzw. Verformung durch das Befestigungsglied auf die genaue Form des Schaftgewindes hin eine schwache Neigung zeigt, in seine ursprüngliche oder "ausgefüllte" Form zurückzukehren. Damit existiert ein gewisser Eingriff zwischen dem gestauchten Innengewinde und dem Schaftgewinde 26, wenn die Schraube in ein Gewindeloch eingeführt ist. Dieses Eingreifen stellt einen "Null-Zwischenraum" sicher, und ferner wird tatsächlich eine Sperrfunktion bzw. Hemmfunktion erreicht. Der Grad der Hemmung oder das Ausmaß des Eingreifens kann unmittelbar durch das Ausmaß des Abrollens gesteuert werden, welches auf der jeweiligen Überhöhungsreihe in dem Nachwalzbereich 60 der Gewinderollbacke 44 ausgeführt wird. Je stärker die Spitze 30c und die Seite 30s abgerollt bzw. abgewalzt werden, umso kleiner wird das Innengewinde sein und umso stärker wird das Eingriffsdrehmoment oder das vorherrschende bzw. wirksame Drehmoment auf die Schraube sein.

Die Gewinderollbacken 42 und 44, die zur Lieferung des oben beschriebenen neuen Befestigungsgliedes gemäß der Erfindung geeignet sind, weisen einen Nachwalz- oder Bemessungsbereich auf, in welchem die gewindebildende Fläche 62 entsprechend der gewünschten Endform und Größe der Überhöhungen 30 geformt ist. In entsprechender Weise besitzt die Gewinderollbacke 42 einen Nachwalztragbereich 61 mit einer gewindebildenden Fläche 63.

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Bei den dargestellten Ausführungsformen sind diese gewindebildenden Flächen mit gratartigen Erhebungen 50 und Nuten 48 versehen, welche vergleichbar sind mit den Erhebungen und Nuten in dem das Schaftgewinde bildenden Teil 46, in welchem das zylindrische Schraubengewinde gerollt wird. Diese Nachwalz- bzw. Nachrollteile 60 und 61 sind auf den Gewinderollbacken 42 und 44 im Anschluß an die Schaftrollteile bzw. -bereiche 46 und die zugespitzt verlaufenden Rollbereiche 52 vorgesehen. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Nachrollbereiche 60 und 61 lediglich durch einen kurzen Extrabereicn in den Rollbacken 42 und 44 neben den Austrittsenden 45 und 45a gebildet. Die Länge der betreffenden Bereiche in der Rollrichtung ist etwa gleich dem Umfang des Befestigungsgliedes 10. Dies gewährleistet ein Nachwalzen bzw. Nachrollen über den gesamten Umfang des Befestigungsgliedes 10 und damit sämtlicher ÜberhShungsreihen (insbesondere der Überhöhungen 30' der Reihen A, B und C, die ansonsten über die Einhüllende 27 des Schaftgewindes bei Projektion zur Spitze hin überstehen).

Gemäß einer Ausführungsform der Gewinderollbacken kann der Nachrolltragbereich 61 der Gewinderollbacke 44 eine Rolllänge besitzen, die wesentlich kürzer ist als der Länge des Umfangs des Befestigungsgliedes entspricht. Bei derartigen Ausführungsformen kann ein Nachrollen bzw. Nachwalzen nicht sämtlicher, sondern nur einiger Überhöhungen 30^f bewirkt werden. Durch die in Fig. 8 dargestellten Gewinderollbacken werden die durch die Ausnehmungen 54 der Reihen A und B gebildeten Überhöhungen 30* auf die bestimmte Form (zylindrisches Schaftgewinde) zurückgerollt, und die Überhöhungen 30· der Reihe C verbleiben in der einzeln gerollten Form. Dies ergibt sich auf Grund der Tatsache, daß die gewindebildende Fläche 62 bei dieser Ausführungsform eine derart begrenzte Länge besitzt,

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daß sie das Befestigungsglied nicht über die ersten zwei Drittel des Nachrollens trägt und auf dieses einwirkt. Selbstverständlich trägt die erste Gewinderollbacke 42 die Schraube während dieses Nachrollens, und das Ausmaß des Nachrollens kann ebenfalls durch die Länge des Tragbereiches gesteuert werden.

Das Produkt der oben beschriebenen Gewinderollbacken gemäß der zweiten Ausführungsform ist eine selbstschneidende Schraube mit gewindebildenden Überhöhungen 30, die alle von gleicher Größe im Spitzenbereich 18 des Arbeitseinführungsteiles 16 sind. In dem der Schaftverbindungsstelle 25 sich näherenden Bereich besitzt jedoch eine Überhöhungsreihe (das ist die Überhöhungsreihe C in der Zeichnung) eine "Übergröße". Dies bedeutet, daß Vorsprünge radial über das Gewinde 26 des Schaftes 12 überstehen. Damit können die Überhöhungen 30 der Reihen A und B das Innengewinde des Aufnahmeteils genau auf das zylindrische Schraubengewinde 26 pressen bzw. stauchen, während die übergroßen Überhöhungen 30' der Reihe C zur-Stauchung eines größeren Innengewindes führen. Diese Schraube zeigt viele der Forderungen bezüglich der Lieferung eines verminderten Gewindedrehmoments gemäß der ersten Ausführungsform, und ferner erfolgt eine solche Stauchung eines Innengewindes in dem Aufnahmeteil, daß im wesentlichen ein Null-Laufdrehmoment oder ein sehr schwaches wirksames Drehmoment zwischen dem Aufnahmeteil und dem Schaftgewinde 24 erzielt ist. Außerdem werden sehr genaue Toleranzen und eine gleichmäßige Herstellung von Schraube zu Schraube erreicht.

In der Praxis werden üblicherweise die Überhöhungen durch beide Gewinderollbacken gerollt. Dies erfordert genaue bzw. sorgfältige Ausrichtungsvorgänge, wenn die Rollbacken in die Rollmaschine eingesetzt werden. Wenn ein Schraubenrohling auf

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einer der Rollbacken während der Anfangsrollzustände ein wenig rutscht, ist, wie oben bereits erwähnt, die Umfangsausrichtung der Überhöhungen beeinträchtigt. In der herkömmlichen Ausführungstechnik kann relativ häufig eine vollständige Reihe von Überhöhungen zufolge von Ausrichtungs- oder Rutschproblemen vollständig von einer Schraube abgetragen oder abgerollt (oder erheblich verformt) werden.

Im Unterschied zu der zuvor betrachteten Praxis sind die die Überhöhungen bildenden Ausnehmungen 54 gemäß der Erfindung in einer der gewindebildenden Rollbacken vorgesehen (siehe Fig. 4). Dadurch, daß sämtliche die Überhöhungen bildenden Ausnehmungen 54 in einer Gewinderollbacke, wie der Gewinderollbacke 42, untergebracht sind, kann eine richtige Ümfangsanordnung der Überhöhungen gewährleistet werden, was zum genauen Rollen der gewindebildenden Überhöhungen 30 beiträgt.

Die vorliegende Anordnung der die Überhöhungen bildenden Ausnehmungen 54 und der Rollbackenanordnung führt zur Bildung eines Befestigungsgliedes mit Überhöhungen, die notwendigerweise richtig angeordnet sind und die nicht anschließend in nichtjgesteuerter Weise abgetragen oder abgerollt werden. Sämtliche Überhöhungen 30 werden auf dem Gewinde 24 durch eine einzige Rollbacke aufgebracht, wobei die relative Einstellung oder Änderung der mit dieser Rollbacke zusammenwirkenden Rollbacke keine Auswirkung auf die Plazierung der Überhöhungen hat.

Durch die vorliegende Erfindung können, wie nunmehr einzusehen sein dürfte, selbstschneidende Schrauben mit einer

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Vielzahl von ges&ierten Laufdrehmomenten in Massen und mit einer Gleichmäßigkeit erzeugt werden, die bisher in der Industrie nicht bekannt ist. Obwohl im vorliegenden Fall bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, dürfte einzusehen sein, daß ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken noch eine Vielzahl von Abänderungen und Modifikationen möglich ist.

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Claims

Patentansprüche

Selbstschneidendes Gewinde-Befestigungsglied mit einem -' zylindrischen Schaftteil, an dessen einem Ende ein Kopf und an dessen anderem Ende ein spitz zulaufender Arbeitseinführungsteil vorgesehen ist, der in einer Spitze ausläuft, wobei der Schaftteil und der Arbeitseinführungsteil Jeweils ein durchgehendes Schraubengewinde mit einem Gewindekernteil,

und

Flanken und einem Gewindespitzenteil aufweisen /wobei das betreffende Gewinde von der Spitze des Arbeitseinführungsteiles zu dem Schaftteil in Richtung des Kopfes verläuft, und mit einer Vielzahl von gewindebildenden Überhöhungen, die dem Gewinde in dem Arbeitseinführungsteil des Schaftteiles überlagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Überhöhungen (30) nach außen über die Flanken (24f) des Gewindes (24) selektiv überstehende Flanken (30) und selektiv über die Gewindespitze (24c) des Gewindes (24) überstehende Spitzen (30) aufweisen, daß die Überhöhungen (30) von gleicher Größe sind.und eine Einhüllende festlegen, die im Querschnitt symmetrisch in bezug auf das Gewinde (24) von der Spitze (18) zu dem Schaftteil (12) bis nahe einer Verbindungsstelle (25) zwischen dem Schaftteil (12) und dem Arbeitseinführungsteil (16.) liegt, und daß aufeinanderfolgende Einhüllende der Überhöhungen (30) hinsichtlich der Größe symmetrisch in bezug auf ihre Spitzen (30c) und Flanken (30s) derart abnehmen, daß sie durch eine Imaginäre Einhüllende des zylindrischen Schraubengewindes (26) auf dem Schaftteil (12) bei Projektion in axialer Richtung über die Verbindungsstelle (25) hinaus zu der genannten Spitze (18) hin begrenzt sind.

2. Befestigungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl der gewindebildenden Überhöhungen (30) in

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einer Vielzahl von Reihen (3OA, B, C) angeordnet ist und daß diese Reihen gleichmäßig im den Umfang des ArbeitseinfUhrungsteiles (16) herum angeordnet sind.

3* Befestigungsglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen (3OA, B, C) von Überhöhungen (30) jeweils im allgemeinen axial auf dem Arbeitseinführungsteil (16) angeordnet sind·

4. Befestigungsglied nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überhöhungen (30) sämtlicher Reihen (3OA, B, C) bis in die Nähe der Verbindungsstelle (25) des Schaftteiles (12) und des Arbeitseinfuhrungsteiles (16) verlaufen und aufeinanderfolgend in der Größe symmetrisch zu ihren Spitzen (30c) und Flanken (30s) hin abnehmen, derart, daß sie durch die imaginäre Einhüllende des zylindrischen Schraubengewindes (22) des Schaftteiles (12) bei Projektion in axialer Richtung über die Verbindungsstelle (25) hinaus zu der Spitze (18) hin begrenzt sind.

5. Befestigungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Reihen (3OA, B, C) Überhöhungen (30) von nahezu gleicher Größe und Form von der Spitze zu der genannten Verbindungsstelle (25) zwischen dem Schaftteil und dem Arbeitseinfuhrungsteil (16) aufweist, wobei diese Überhöhungen (30) in der Nähe der Verbindungsstelle (25) auf dem Arbeitseinführungsteil (16) radial über die genannte Einhüllende des Schaftgewindes (26) bei Projektion über die genannte Verbindungsstelle (25) hinaus zu der Spitze (18) hin überstehen.

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6. Verfahren zur Herstellung eines selbstschneidenden Gewinde-Befestigungsgliedes, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem nahezu zylindrischen Schaft, einem Kopf an einem Ende und einem zugespitzt verlaufenden Arbeitseinführungsteil, der in einer Spitze an dem anderen Ende ausläuft, und mit einer Vielzahl von Überhöhungen, die einem auf dem Arbeitseinführungsteil befindlichen Gewinde überlagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein durchgehendes zylindrisches Schraubengewinde (22) mit einem Kernteil (22>), Flanken (22f) und einem spitzen Teil (22c) auf dem Schaftteil (12) und dem Arbeitseinführungsteil (16) eines Befestigungsglied-Rohlings (40) gerollt wird, während eine Vielzahl von Überhöhungen (30a, 30^f) gebildet wird, die den Flanken (24f) und den spitzen Teilen (24c) des Gewindes (24) an bestimmten Stellen des Arbeitaeinführungsteiles (16) überlagert werden, wobei diese Überhöhungen eine Einhüllende festlegen, deren Querschnitt nahezu symmetrisch zu dem Gewinde (24) verläuft, und daß dann der ein Gewinde aufweisende Schaftteil (12) und der das Gewinde aufweisende Arbeitseinführungsteil (16) derart nachgerollt werden, daß bestimmte Überhöhungen (30) der auf dem Arbeitseinführungsteil (16) neben der Verbindungsstelle (25) zwischen dem betreffenden Arbeitseinführungsteil (16) und dem Schaftteil (12) gebildeten Überhöhungen (30) auf eine solche Größe vermindert werden, daß sie innerhalb einer Gewinde-Einhüllenden liegen, die durch die imaginäre Projektion der Gewindegänge des Schaftteiles (12) über die genannte Verbindungsstelle (25) hinaus zu der genannten Spitze (18) hin gebildet ist.

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Überhöhungen (30, 30·) durch Rollen in einer Vielzahl von Reihen (3OA, B, C) gebildet werden, die in nahezu, gleichen Abständen um den Umfang des Arbeitseinführungsteiles (16) herum angeordnet werden·

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß eine bestimmte Anzahl der genannten Reihen von Überhöhungen (30a, 30») einem Nachrollvorgang unterzogen wird, wobei die betreffende Anzahl kleiner ist als die Gesamtanzahl der Reihen·

9· Gewinderollbackenpaar zur Erzeugung eines selbstschneidenden Gewinde-Befestigungsgliedes, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Gewinderollbacke (42) vorgesehen ist, die ein Befestigungsglied-Einführungsende (43), ein Befestigungsglied-Ausgabeende (45) und einen Schaftrollbereich (46) mit einer Reihe von nahezu parallel verlaufenden, einen Gewindekernteil bildenden Erhebungen (50) und einen Gewinde spitzenteil bildenden Nuten (48) enthält, die unter Winkeln verlaufen, welche dem Gewindewinkel eines in einem Befestigungsglied-Rohling (40) zu bildenden Gewindes entsprechen, daß die erste Gewinderollbacke (42) einen geneigten Rollbereich (52) aufweist, der in der Rollfolge auf den Schaftrollbereich (46) folgend einen Gewindespitzenteil bildende Nuten (46) und einen Gewindekernteil bildende Erhebungen (50) aufweist, wobei die genannten Nuten (6$) in dem zuletzt genannten Rollbereich (52) mit Überhöhungen bildenden Taschen (54) an bestimmten Stellen versehen sind* die generell nahe des Ausgebeendes (45) liegen, daß die erste Gewinderollbacke (42) einen Nachrolltragbereich (42) hinter dem Schaftrollbereich (46) und dem geneigt verlaufenden Rollbereich (52) aufweist, daß der

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Nachrolltragbereich (62) einen Gewindekernteil bildende Erhebungen (50) und einen Gewindespitzenteil bildende Nuten (48) in Fortsetzung der Erhebungen und Nuten des Schaftrollbereiches (46) und des geneigten Rollbereiches (52) aufweist sowie nahezu in derselben Ebene angeordnet ist wie der Schaftrollbereich (46), daß eine mit der ersten Gewinderollbacke (42) zusammenwirkende zweite Gewinderollbacke (44) mit einem Befestlgungsglied-Eintrittsende (43a) und einem Befestigungsglied-Austrittsende (45a) vorgesehen ist, daß diese zweite Gewinderollbacke (44) einen Schaftrollbereich (46) mit einer Reihe von nahezu parallelverlaufenden, einen Gewindekernteil bildenden Erhebungen (50) und einen Gewindespitzenteil bildenden Nuten (48) aufweist, welche unter Winkeln verlaufen, die dem Gewindewinkel des in dem Befestigungsglied-Rohling (40) zu bildenden Gewindes entsprechen, daß in Längsrichtung des Schaftrollbereiches (46) ein geneigter Rollbereich (52) mit einen Gewindekernteil bildenden Erhebungen (50) und einen Gewindespitzenteil bildenden Nuten (48) sowie ein Nachrollbereich (60) vorgesehen sind, der generell nahe des Austrittsendes (45a) vorgesehen ist und der sich in der Rollfolge an den Schaftrollbereich (46) und den geneigten Rollbereich (52) anschließt, daß der Nachrollbereich (60) Erhebungen (50) und Nuten (48) aufweist, die Fortsetzungen der Erhebungen (50) und Nuten (48) des Schaftrollbereiches (46) und des geneigten Rollbereiches (52) sind und die nahezu in derselben Ebene liegen wie der SchaftrolllBreich (48), und daß der Nachrolltragbereich (61) und der Nachrollbereich (62) derart angeordnet sind, daß sie während der Rollfolge generell derart einander gegenüberliegen, daß die Flächen des zuvor durch den Schaftrollbereich (46) und den geneigten Rollbereich (52) gerollten Befestigungsgliedes auf die Gewindeform des Nachrollbereiches (60) nachgerollt werden.

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# Gewinderollbackenpaar nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Längsabmessung des Nachrollbereiches (60) der streiten Gewinderollbacke (44) zumindest gleich dem Umfang eines auf der betreffenden Gewinderollbacke gerollten Befestigungegliedes ist.

11. Gewinderollbackenpaar nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsabmessung des NachroÜtragbereiches der ersten Gewinderollbacke (42) zumindest gleich dem Umfang eines auf dieser Gewinderollbacke gerollten Befestigungsgliedes ist.

12. Gewinderollbackenpaar nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsabmessung des Nachrollbereiches (60) der zweiten Gewinderollbacke (44) zumindest gleich der Hälfte des Umfangs eines auf dieser Gewinderollbacke gerollten Befestigungsgliedes ist. ·

13. Gewinderollbackenpaar nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsabmessung des Nachrollbereiches (60) zumindest gleich der Hälfte des Umfangs eines auf dieser Gewinderollbacke gerollten Befestigungsgliedes ist.

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