DE68902196T2

DE68902196T2 - Verfahren zur herstellung von befestigungselementen mit gewinde.

Info

Publication number: DE68902196T2
Application number: DE8989306665T
Authority: DE
Inventors: Ralph Stewart Emery
Original assignee: MG Rover Group Ltd
Current assignee: MG Rover Group Ltd
Priority date: 1988-07-11
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 1992-12-17
Anticipated expiration: 2009-07-01
Also published as: EP0351111B1; EP0351111A1; JPH02118209A; GB8816444D0; GB2220721A; ES2034638T3; DE68902196D1; US4941337A; GB2220721B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Befestigungselementen mit Gewinde und, genauer gesagt, ein Verfahren zum Herstellen von Bolzen oder Stiften mit einem Außengewindestück.
Es besteht das Problem, daß, wenn ein Bolzen bis zum Nachgeben festgezogen wird, die hergestellte augenblickliche Spannbelastung von der Materialfestigkeit, dem wirksamen Belastungsbereich und der Drehbelastung im Bolzen, die selbst wieder eine Funktion der Gewindereibung ist, abhängt.
Wenn vorhandene Bolzen, wie die in der GB-A-2 187 791 beschriebenen, verwendet werden, wird die aktuelle Spannbelastung, die beim Festziehen bis zum Nachgeben hervorzurufen wird, variieren, und diese kann zu Fehlern in den zusammengehaltenen oder aneinander befestigten Teilen führen. Wenn die Bolzen z.B. verwendet werden, um einen Zylinderkopf an einen Zylinderblock zu befestigen, wird eine unzureichende Spannbelastung einen Defekt an der Zylinderkopfdichtung zur Folge haben.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Veränderlichkeit der hergestellten Spannbelastung zu verringern, wenn ein Befestigungselement mit Gewinde, wie etwa ein Bolzen, bis zum Nachgeben festgezogen wird.
Die GB-A-1 392 530 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines einzelnen Befestigungselementes aus einem Werkstück. Sie offenbart nicht die für Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung benötigten Schritte des Ziehens, Prüfens und Schneidens. Der Vorteil dieser Schritte liegt darin, daß während jeder Draht eine relativ konstante Zugfestigkeit und Belastungsfläche hat, diese Parameter zwischen den Drähten deutlich variieren können. Wenn die Nuten jedes Drahtes so gemacht sind, daß sie zu diesem Draht passen, haben die hergestellten Befestigungselemente eine einheitlichere Spannbelastung, wenn sie bis zum Nachgeben angezogen werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde ein Verfahren zum Herstellen von einem Befestigungselement mit Gewinde geschaffen, das folgende Schritte aufweist:
- Ziehen eines Drahtes von geeignetem Durchmesser aus einem Material mit passenden Materialeigenschaften;
- Prüfen von zumindest einer Teilstrecke des so geformten Drahtes, um dessen Zugfestigkeit zu bestimmen;
- Schneiden des Drahtes in Rohlinge in geeigneter Länge, die der gewünschten Länge des herzustellenden Befestigungselementes mit Gewinde entspricht;
- Formen eines geeigneten Außengewindestückes auf einen Teil jedes dieser Rohlinge; und
- Formen von mindestens einer Nut im wesentlichen um den Umfang herum in einem Schaftteil jedes der Rohlinge, wobei die Tiefe der Nut derart ist, daß der dadurch hergestellte wirksame Belastungsbereich geringer ist als der minimale wirksame Belastungsbereich des Außengewindestücks und so ist, daß bei der Benutzung das Nachgeben des hergestellten Befestigungselements mit Gewinde in dem Gebiet der einen oder jeder Nut bei einer vorbestimmten aufgebrachten Last eintritt.
Vorzugsweise ist die Tiefe der einen oder jeder Nut so, daß der Durchmesser des Schaftteils an der Grundfläche der einen oder jeder Nut mit folgender Beziehung übereinstimmt:
wobei
D der Durchmesser an der Grundfläche der einen oder jeder Nut (m),
die Zugfestigkeit des Drahtes (N/m²),
F die Belastung (N), die benötigt wird, um ein Nachgeben des Befestigungselementes in dem Gebiet der einen oder jeder Nut zu bewirken, und
K eine Konstante ist, die eine Funktion des zur Form der Nut passenden Formfaktors und der Art und der Zusammensetzung des zur Herstellung des Drahtes verwendeten Materials ist.
Die Konstante K kann leicht durch ein Experiment bestimmt werden und benötigt keinen erfinderischen Aufwand.
Vorzugsweise wird eine Teilstrecke des Drahtes von jedem Ende des Drahtes geprüft.
Die mindestens eine im wesentlichen um den Umfang herumgehende Nut kann gleichzeitig mit dem Außengewindestück geformt werden oder kann früher oder später als das Außengewindestück geformt werden.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und um genauer zu zeigen, wie sie ausgeführt werden kann, wird jetzt als Beispiel auf die angefügten Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines einen ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung entsprechenden Bolzens;
Fig. 2 eine vergrößerte und übertriebene Ansicht des Bereichs 'A' von Fig. 1;
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Festigkeitsverteilung von Teilstrecken des Drahtes aus einem einzigen Guß innerhalb eines überall annehmbaren Bereiches; und
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Verlängerung des Drahtes bei ansteigender Belastung.
Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Befestigungselement mit Gewinde in der Form eines Bolzens 11 mit einem Schaft 12 und einem Kopf 14. Der Schaft 12 hat ein Außengewindestück 13 in der Nähe des einen Endes und wird durch den Kopf 14 an dem anderen Ende begrenzt. Ein Teil des Schaftes 12 in der Nähe der Verbindung mit dem Kopf 14 hat eine Anzahl an um den Umfang herumgehenden Nuten 15, die in ihm gebildet sind, um eine gerippte Gestalt herzustellen.
Die Tiefe 'd' jeder der Umfangsnuten 15 ist so, daß der Minimaldurchmesser 'D' des Schaftes 12 im Bereich der Nuten 15 einen wirksamen Belastungsbereich bildet, der geringer ist, als der wirksame Belastungsbereich, der im Bereich des Gewindestückes 13 durch den minimalen Gewindedurchmesser 'X' gebildet wird. Die jeweilige Abmessung 'D' wird in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung bestimmt
wobei
D = der Durchmesser an der Grundfläche jeder Nut (m),
= die Zugfestigkeit des Drahtes (N/m²),
F = die Belastung (N), die benötigt wird, um ein Nachgeben des Bolzens in dem Gebiet der Nuten zu bewirken,
K = eine Konstante, die eine Funktion des zur Form jeder Nut passenden Formfaktors und der Art und der Zusammensetzung des zur Herstellung des Drahtes verwendeten Materials ist.
Durch Messen der Zugfestigkeit des Drahtes, aus dem der Bolzen herzustellen ist, ist es möglich, einen geeigneten Wert 'D' zu bestimmen, um ein Nachgeben bei einer vorbestimmten Spannbelastung hervorzurufen.
Es ist daher möglich, geringe Schwankungen in der Materialfestigkeit zu kompensieren und dadurch die Veränderlichkeit der Spannbelastung zu verringern, die durch das Belasten jedes derartigen Bolzens bis in den elastischen Bereich hervorgerufen wird.
Die ersten Herstellungsschritte enthalten das Ziehen eines Drahtes von geeignetem Durchmesser aus einem Material mit passenden Eigenschaften, wie etwa Kohlenstoffstahl, und das Prüfen einer kurzen Teilstrecke des Drahtes, um dessen Zugfestigkeit beim Nachgeben zu bestimmen. Tests zeigen, daß während die Festigkeit des Drahtes zwischen akzeptablen Minimal- und Maximalfestigkeiten variieren kann, die Zugfestigkeit beim Nachgeben der Teilstrecken des Drahtes aus einem einzigen Schmelzvorgang in eine viel geringere Bandbreite fällt. Dies ist in Fig. 3 gezeigt, wo die Festigkeitsverteilung durch ein schmales Band innerhalb des Bereichs der annehmbaren Festigkeiten angezeigt ist. Der Test für die Zugfestigkeit wird normalerweise ausgeführt, indem eine Probe von jedem Ende des Drahtes getestet wird.
Der Draht wird dann in Rohlinge von geeigneter Länge, die der Länge des herzustellenden Bolzens entspricht, geschnitten, und jeder der Rohlinge bekommt dann ein geeignetes Gewindestück aufgerollt. Zur gleichen Zeit wie das Aufrollen des Gewindestücks oder als Extraschritt werden die Nuten 15 durch Rollen hergestellt, wobei die Tiefe jeder Nut kontrolliert wird, um einen wirksamen Belastungsbereich herzustellen, der bei der Benutzung das Nachgeben des Bolzens in dem Gebiet der Nuten bei einer vorbestimmten aufgebrachten Last hervorruft.
Die Anzahl der zu rollenden Nuten 15 ist nicht kritisch, aber vorzugsweise sollte die Anzahl der Nuten mindestens 6 betragen, und idealerweise sollten so viele Nuten wie möglich geformt werden. Eine größere Anzahl von Nuten verringert das Risiko der Belastungsbrüche und gestattet das mehrmalige Wiederverwenden des Bolzens, da in dem Gebiet der Nuten während des Entfernens des Bolzens, nachdem er befestigt worden ist, Kalthärtung eintritt und eine größere Anzahl an Nuten es erlaubt, den Bolzen mehrmals zu entfernen, bevor das Gebiet jeder Nut kaltgehärtet ist, was zur Folge hätte, daß jedes weitere Nachgeben in dem Gebiet des Gewindes stattfindet und nicht in dem Gebiet der Nuten.
Das Bilden von Nuten im Bolzen erlaubt nicht nur das Wiederverwenden des Bolzens, ohne daß im Gewinde ein Nachgeben eintritt, sondern es kann auch die gesamte Nachgebefestigkeitsspanne des Bolzens innerhalb enger Grenzen gehalten werden. Fig. 4 ist eine Darstellung, die die Längung des Drahtes bei ansteigender Last zeigt. Die untere Kurve A zeigt das Verhalten eines Drahtes mit der minimalen annehmbaren Nachgebefestigkeit, während die obere Kurve B das Verhalten eines Drahtes mit der maximal akzeptablen Nachgebefestigkeit zeigt. Die dazwischen liegende gestrichelte Linie C zeigt, wie ein Draht mit der maximal annehmbaren Nachgebefestigkeit darauf gerollte Nuten haben kann, um die Nachgebefestigkeit des Drahtes auf Werte in der Nähe der minimalen annehmbaren Nachgebefestigkeit zu verringern. Die Verteilung der Nachgebefestigkeit eines solchen mit Rillen versehenen Drahtes ist ebenfalls in Fig. 3 in einer gestrichelten Linie gezeigt und erläutert, warum die mittlere Festigkeit größer sein muß als die minimale Festigkeit.
Indem die Festigkeit jeder Drahtpartie geprüft wird, ist es möglich, die mittlere Festigkeit des Drahtes festzustellen und dadurch die Tiefe der Nut 'd' zu bestimmen, um einen Minimaldurchmesser 'D' des Schaftes der Nut festzustellen, um die mittlere Festigkeit des Drahtes auf die gestrichelte Linie C herabzusetzen. Auf diese Weise kann die Toleranz der Nachgebefestigkeit des Drahtes verringert werden und die Veränderlichkeit der Spannbelastung, die hervorgerufen wird, wenn ein Bolzen bis zum Nachgeben festgezogen wird, verringert werden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Befestigungselementes mit Gewinde, das folgende Schritte aufweist:

Ziehen eines Drahtes von geeignetem Durchmesser aus einem Material mit passenden Materialeigenschaften;

Prüfen von zumindest einer Teilstrecke des so geformten Drahtes, um dessen Zugfestigkeit zu bestimmen;

Schneiden des Drahtes in Rohlinge von geeigneter Länge, die der gewünschten Länge des herzustellenden Befestigungselementes mit Gewinde entspricht;

Formen eines geeigneten Außengewindestücks (13) auf einen Teil jedes dieser Rohlinge; und

Formen von mindestens einer Nut (15) im wesentlichen um den Umfang herum in einem Schaftteil (12) jedes der Rohlinge, wobei die Tiefe der Nut derart ist, daß der dadurch hergestellte wirksame Belastungsbereich geringer ist als der minimale wirksame Belastungsbereich des Außengewindestücks und so ist, daß bei der Benutzung das Nachgeben des hergestellten Befestigungselements mit Gewinde in dem Gebiet der einen oder jeder Nut bei einer vorbestimmten aufgebrachten Last eintritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilstrecke des Drahtes von jedem Ende des Drahtes geprüft wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine im wesentlichen um den Umfang herumgehende Nut (15) gleichzeitig mit dem Außengewindestück (13) geformt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine im wesentlichen um den Umfang herumgehende Nut (15) früher als das Außengewindestück (13) geformt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine im wesentlichen um den Umfang herumgehende Nut (15) später als das Außengewindestück (13) geformt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teife der einen oder jeder Nut (15) so ist, daß der Durchmesser des Schafttteils (12) an der Grundfläche der einen oder jeder Nut mit folgender Beziehung übereinstimmt:

wobei

D der Durchmesser an der Grundfläche der einen oder jeder Nut (m),

die Zugfestigkeit des Drahtes (N/m²),

F die Belastung (N), die benötigt wird, um ein Nachgeben des Befestigungselementes in dem Gebiet der einen oder jeder Nut zu bewirken,

K eine Konstante ist, die eine Funktion des zur Form der Nut passenden Formfaktors und der Art und Zusammensetzung des zur Herstellung des Drahtes verwendeten Materials ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens sechs Umfangsnuten (15) in den Schaftteil (12) geformt sind.