DE9302186U1 - Gewindeformende Schraube - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-ing. Harald Ostriga Dipl.-ing. Bernd Sonnet

Wuppertal-Barmen · Stresemannstraße 6-8

Zugelassen beim Europäischen Patentamt

Palentanwälte Ostriga & Sonnet ■ Postfach 201327 ■ D-5600 Wuppertal 2

Anmelderin: Schürmann & Hilleke GmbH

Mühlendorf 3-5

5982 Neuenrade 1

Bezeichnung

der Erfindung: Gewindeformende Schraube

Die Erfindung bezieht sich auf eine zur Verwendung insbesondere in Kunststoffen, weichen Metallen oder Materialien vergleichbarer Beschaffenheit bestimmte gewindeformende Schraube, deren Schaft mit einem Gewinde versehenen ist, dessen Gewindespitzen einen schlanken Flankenwinkel von etwa 30° aufweisen.

Schrauben dieser Art haben sich recht gut bei ihrem Einsatz in Kunststoffen, weichen Metallen oder vergleichbaren Materialien bewährt. Eine solche Schraube wird in der Regel in eine in einem Werkstück vorgefertigte glatte Bohrung eingedreht, deren Wandung beim Eindringen der Schraube von ihrem Gewinde eingeschnitten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schrauben der genannten Art in Vorschlag zu bringen, die aufgrund einfach anzubringender Gestaltungsmerkmale besonders gut dazu geeignet sind, sich leichter eindrehen und/oder besonders sicher veran-

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kern zu lassen und damit zu besonders festen und damit sicheren Schraubverbindungen beizutragen.

Zur Lösung dieser Aufgabe hält die Erfindung drei Prinziplösungen bereit, deren Merkmale auch miteinander kombinierbar sind. Danach ist eine Schraube nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gekennzeichnet durch alternative oder kumulative Anwendung folgender Merkmalsgruppen:
a die Gewindeflanken sind von einem Knickpunktdurchmesser an zum Gewindegrund hin divergierend abgeknickt,

b wenigstens einige der Gewindespitzen sind mit jeweils mindestens einer Umfangs-Einkerbung versehen, c der Gewindegrund ist mit einer Rändelung versehen.

Die Besonderheit einer Schraube mit einer Flankenform nach Merkmal a bzw. Anspruch 1 besteht darin, daß die Gewindeflanken durch ihr Abknicken, vorzugsweise von 30° auf 60°, im Anbindungsbereich zum Gewindegrund verstärkt sind. Hierdurch wird ein höheres Abstreifmoment erzielt, d.h. die Schraube kann wesentlich stärker belastet werden, bevor ihr Gewinde bricht. Merkmal a trägt also zur Aufgabenlösung durch Verstärkung des kritischen Durchmesserbereichs der Gewindegänge bei. Eine Schraube mit solcherart gestuften Gewindeflanken eignet sich in besonderem Maße zum Einsatz in insbesondere thermoplastischen Kunststoffen.

Merkmal b entsprechend Anspruch 2 versieht das Gewinde mit Schneidkerben, die das Gewindeschneiden in glasfaserverstärktem Kunststoff oder Duroplasten ebenso erleichtern wie auch in Zink-, Alu- oder Magnesium-Druckguß. Gleichzeitig bewirken die

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Kerben infolge ihrer Verkrallung eine verbesserte Verankerung in dem eingeschnittenen Werkstoff.

Merkmal c nach Anspruch 3 schafft eine die Aufgabe lösende Schraube, die sich selbstsichernd in thermoplastischen Werkstoffen verankert, denn die Rändelung bewirkt beim Eindrehen der Schraube mit hohen Drehzahlen aufgrund der dabei erzeugten Reibungswärme, daß der die Schraube umgebende Werkstoff plastifiziert wird. Ein Teil des durch die Gewindeflanken verdrängten Werkstoffvolumens setzt sich im Gewindegrund an der Rändelung ab, so daß sich Schraube und Werkstoff innig ineinander verkrallen. Dieser Vorgang entspricht mit anderen und vor allem erheblich unaufwendigeren Mitteln in seiner Wirkung derjenigen einer mit klebender Beschichtung versehenen Schraube nach DIN 267, Teil 27 und 28.

Da alle Merkmalsgruppen im wesentlichen der Lösung desselben Problems dienen, zumindest aber einen qualifizierten Beitrag dazu leisten, sind sie an ein und derselben Schraube auch kumulativ realisierbar. So kommen für den jeweiligen Einsatzzweck Schrauben mit den Merkmalskombinationen a+b, a+c, b+c und auch eine Gesamtkombination a+b+c als höchst sinnvolle Ausführungen in Betracht.

Vorteilhafte und zweckmäßige weitere Ausführungen und Gestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche und verstehen sich im übrigen am besten aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele. In den Zeichnungen zeigen:

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Fig. 1 einen Gewindeabschnitt einer Schraube mit gestuften Gewindeflanken ,

Fig. 2 einen Gewindeabschnitt einer Schraube mit eingekerbten Gewindespitzen,

Fig. 3 einen Querschnitt des Gewindes aus Fig. 2 entsprechend der dortigen Schnittlinie III-III, und

Fig. 4 eine Ansicht eines mit Rändelung im Gewindegrund versehenen Gewindeabschnitts.

Bei dem Gewinde nach Fig. 1 handelt es sich zunächst um ein relativ spitzes Gewinde, welches zum gewindeschneidenden Eingriff in insbesondere Kunststoffen geeignet und bekannt ist. Der Flankenwinkel beträgt wie angegeben 30°. Ab einem bestimmten Durchmesser d1, der nachfolgend als Knickpunktdurchmesser bezeichnet wird, ist dieser Winkel jedoch erfindungsgemäß sprunghaft auf 60° vergrößert. Es entsteht hierdurch eine Verstärkung des Gewindes in seinem kernnahen Bereich. Der Durchmesser d1 verhält sich beim dargestellten Ausführungsbeispiel zum Gewindeaußendurchmesser d2 wie etwa 0,75 : 1, beträgt also drei Viertel des Gewindeaußendurchmessers. Die Gewindesteigung P gegenüber einem herkömmlichen Gewinde unverändert und beträgt beim Ausführungsbeispiel P = 0,54 &khgr; d2.

Auch das in Fig. 2 dargestellte Gewinde zeigt diese Flankenform, die jedoch bezüglich der hier in erster Linie relevanten Merkmale von untergeordneter Bedeutung ist. Die Besonderheit dieses Gewindes besteht in den Einkerbungen 10, die in die

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Gewindespitzen 11 eingebracht sind. Jede Gewindespitze weist beim Ausführungsbeispiel drei um jeweils 120° Umfangswinkel gegeneinander versetzt angeordnete Kerben mit einem Kerbwinkel 12 von 90° auf, wobei der Kerbwinkel 12 gleichschenklig ist. Werden die Einkerbungen an einem Gewinde mit abgestuften Flankenwinkeln entsprechend Fig. 1 eingebracht, weisen die Kerben eine Tiefe t von vorzugsweise t = (d2-d1)/2 auf. Die Kerbtiefe t entspricht dann also der halben Differenz zwischen dem Gewindeaußendurchmesser d2 und dem Knickpunktdurchmesser d1. Damit wird sichergestellt, daß die mit schlankeren Flankenwinkeln von 30° versehenen Gewindespitzen nur zur Hälfte eingeschnitten werden. Ein mit Kerben nach Fig. 2 und 3 versehenes Gewinde besitzt gegenüber einem nicht eingekerbten Gewinde verbesserte Schneideigenschaften. Auch kann, je nach dem Werkstoff, in den eine mit derartigem Gewinde versehene Schraube eingesetzt ist, die Verankerung dadurch verbessert werden.

Fig. 4 schließlich zeigt, wiederum bei einem Gewinde nach Fig. 1, eine weitere Ausgestaltung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Gewindegrund 14 mit einer Riffelung oder Rändelung 15 versehen ist, wobei sich die Rippen und Rillen der Rändelung 15 in Axialrichtung erstrecken. Wird eine mit einer Gewindegrundrändelung 15 nach Fig. 4 ausgerüstete Schraube mit einem schnelldrehenden Werkzeug in einen thermoplastischen Werkzeug eingedreht, kann der durch Reibungshitze plastifizierte Werkstoff mit der Rändelung 15 durch Verschmelzung eine innige Verkrallung eingehen. Eine besonders gut geeignete Rändelung ist die RAA 0,5 DIN 82.

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Bei allen dargestellten Gewindeformen handelt es sich um solche für gewindeschneidende Schrauben mit dem Ziel, ihr leichtes Eindrehen und/oder verbesserten Halt im Werkstück zu erreichen. Je nach dem Werkstoff, in den die Schraube eingeschnitten werden soll, geschieht dies mittels Flankenabknickung entsprechend Fig. 1, Einkerbungen der Gewindespitzen nach den Fig. 2 und 3 oder Rändelung nach Fig. 4. Diese drei prinzipiell grundlegenden Ausführungsformen lassen sich auch beliebig miteinander kombinieren, so die Ausführung der Fig. 1 mit Kerben nach Fig. 2 (wie dort auch dargestellt) oder die Gewindeform der Fig. 1 mit den Rändeln nach Fig. 4 (wie dort gezeigt). Selbstverständlich ist aber auch eine Rändelung der Ausführung nach Fig. 2 möglich, weiterhin eine solche unter Verzicht auf die Gewindeflanken-Abknickung. Und schließlich käme eine nicht dargestellte Ausführungsform in Betracht, bei der an ein und demselben Gewinde alle drei Prinzipien realisiert sind, wobei also die Ausführung nach Fig. 2 zusätzlich die in Fig. 4 gezeigte Rändelung(15) 15 aufweist.

Claims (11)

Schürmann & Hilleke GmbH Ansprüche

1. Zur Verwendung insbesondere in Kunststoffen, weichen Metallen oder Materialien vergleichbarer Beschaffenheit bestimmte gewindeformende Schraube, deren Schaft mit einem Gewinde versehenen ist, dessen Gewindespitzen einen schlanken
Flankenwinkel von etwa 30° aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindeflanken von einem Knickpunktdurchmesser (d1) an zum Gewindegrund (14) hin divergierend abgeknickt sind.

2. Schraube nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 oder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Gewindespitzen (11) mit jeweils mindestens einer Umfangs-Einkerbung (10) versehen sind.

3. Schraube nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, oder
nach Anspruch 1 und/oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindegrund (14) mit einer Rändelung(15) versehen ist.

4. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flankenwinkel zwischen Knickpunktdurchmesser (d1) und Gewindegrund (14) etwa 60° beträgt.

5. Schraube nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Knickpunktdurchmesser (d1) etwa drei Vierteln des Gewindeaußendurchmessers (d2) entspricht.

6. Schraube nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Knickpunktdurch-

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messer (d1) zum Kerndurchmesser (d) des Gewindeschaftes wie etwa 1:1,3 verhält.

7. Schraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Gewindespitzen (11) jeweils mit mehreren, über den Umfang verteilt angeordneten, Umfangs-Einkerbungen (10) versehen sind.

8. Schraube nach Anspruch 2 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangs-Einkerbungen (10) einen Kerbwinkel (12) von etwa 90° aufweisen.

9. Schraube nach einem oder mehreren der Ansprüche 2, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (t) der Umfangs-Einkerbungen (10) etwa der Hälfte der Differenz zwischen dem Gewindeaußendurchmesser (d2) und dem Knickpunktdurchmesser (d1) entspricht.

10. Schraube nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rändelung (15) im wesentlichen als Axialrändelung ausgebildet ist.

11. Schraube nach Anspruch 3 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rändelung (15) dem Typ RAA 0.5 DIN 82 entspricht.