DE2415941B2 - Selbstschneidender und sich selbst sichernder gewindeeinsatz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen selbstschneidenden und sich selbst sichernden Gewindeeinsatz, dessen Außengewinde einen Bereich mit vollem Gewindedurchmesser und im daran anschließenden Schneidbereich einen allmählich abnehmenden Gewindedurchmesser aufweist, wobei der Einsatz wenigstens im Schneidbereich hohl ist und mit wenigstens einer sich im wesentlichen axial erstreckenden, zumindest den ersten Gewindegang des Bereiches mit vollem Gewindedurchmesser und die Gewindegänge des Schneidbereiches unterbrechenden Nut versehen ist.

Ein derartiger Gewindeeinsatz zum Einschrauben einer Schraube, besteht aus einem hülsenförmigen Körper mit einem Innengewinde, das sich zumindest über den Bereich des Körpers erstreckt, der von dem Außengewinde mit vollem Gewindedurchmesser eingenommen wird. Wird der Einsatz mit einem Bolzen od. dgl. kombiniert, ist er wenigstens in seinem Schneidbereich hohl ausgebildet

In der US-PS 24 55 885 werden verschiedene Ausführungsformen von selbstschneidenden Gewindeeinsätzen vorgeschlagen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der sich konisch verjüngende Schneidbereich des Einsatzes mit längs seines Umfanges in Abstand voneinander angeordneten und sich in Längsrichtung erstreckenden Schlitzen versehen, die einerseits mit den benachbarten Gewindegängen des Schneidbereiches die Schneidkanten bilden und andererseits den zwischen den Nuten liegenden Teilen des Schneidbereiches federnde Eigenschaft verleihen. Hierdurch soll erzielt werden, daß zwischen dem in die Bohrung eines Werkstückes eingeschnittenen innengewinde und dem Gewindeeinsatz eine verklemmende Verankerung eintritt. Während des Eindrehens des Gewindeeinsatzes in die Werkstückbohrung geben die federnden Teile des Schneidbereiches nach, so daß die Gefahr besteht, daß das Einschneiden des Innengewindes in die Werkstückbohrung unkontrollierbar erfolgt, so uaß die Gewinde gänge vies Einsatzes mit vollem Gewindedurchmesser auf nicht ordnungsgemäß vorbereitete Innengewindegänge der Werkstückbohrung treffen. Die Gewindegänge mit vollem Durchmesser des Einsatzes können daher im Innengewinde der Werkstückbohrung festfressen, so daß ein weiteres Einschrauben des Gewindeeinsatzes unmöglich wird. Auch kann durch die federnden Teile zwischen den Nuten eine so starke Verklemmung des Gewindeeinsatzes gegebenenfalls eintreten, daß dieser einmal eingeschraubt praktisch nicht mehr lösbar ist. Des weiteren wird in der US-PS 24 55 885 ein Gewindeeinsatz vorgeschlagen, bei dem an Stelle von Schlitzen sich in Längsrichtung erstreckende und mit den benachbarten Gewindegängen Schneidkanten b'ldende Nuten im"Schneidbereich ausgebildet sind. Dabei haben die Nuten eine solche Länge, daß zumindest der erste sich an den Schneidbereich anschließende Gewindegang des Bereichs mit vollem Gewindedurchmesser ebenfalls durch die Nuten unterbrochen wird. Hierdurch wird zv/ar sichergestellt, daß in der erwünschten Weise das Innengewinde in die Werkstückbohrung beim Einschrauben des Gewindeeinsatzes eingeschnitten wird, doch erfolgt dies unter Einbuße der selbstsichernden Eigenschaft des Gewindeeinsatzes.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Gewindeeinsatz der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, der eine gute selbstsichernde Eigenschaft besitzt, ohne daß hierdurch das exakte Einschneiden des Innengewindes in die Werkstückbohrung beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Außenumfang des Gewindeeinsatzes wenigstens eine sich von dessen vorderem Ende bis zumindest hinter die beiden ersten Gewindegänge des Bereiches mit vollem Gewindedurchmesser im wesentlichen axial erstreckende und nach außen radial etwas vorstehende Ausbuchtung vorgesehen ist, in deren Bereich die Gewindegänge die gleiche Tiefe wie die daran sich bündig anschließenden übrigen Gewindegänge aufweisen, und die Nut im wesentlichen längs der Ausbuchtung verlädt und äußerstenfalls vor dem letzten vollständigen, mit einer Ausbuchtung versehenen Gewindegang endet.

Dabei ist es grundsätzlich aus der US-PS 31 92 819

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bekannt, bei einer ihr Gewinde selbst schneidenden Schraube eine selbstsichernde Eigenschaft dadurch zu erzielen, daß statt eines kreisförmigen Kernquerschnitts ein Kernquerschnitt mit ovaler Gestalt rargesehen ist

Bei der Erfindung hingegen wird die selbstsichernde Eigenschaft des Gewindeeinsatz^ durch Ausbildung einer Ausbuchtung an einem lokal begrenzten Bereich des Umfangs des Schneidbereiches und eines Teils des Bereiches mit vollem Gewindedurchmesser erzielt, wobei du Gewindegänge, die eine solche Ausbuchtung überqueren, eine gleiche Tiefe wie die benachbarten Gewindegänge haben. Die selbstsichernde Wirkung des erfindungsgemäßeii Gewindeeinsatzes kommt dadurch zustande, daß die Wurzel jedes Gewindeganges im Bereich der Ausbuchtung von der Mittellinie des Gewindeeinsatzes etwas weiter entfernt liegt als die Wurzel der übrigen Gewindegänge, wodurch nicht nur ein selbstsichernder Sitz an der Gewinc^spitze sondern auch an den daran sich anschließenden Flanken und an der Wurzel erzielt wird. Dabei verläuft längs der Ausbuchtung die die Schneidkanten bildende Nut, die jedoch eine solche Länge hat, daß wenigstens ein nicht durch die Nut unterbrochener, ausgebuchleter Gewindegang im Bereich mit vollem Gewindedurchmesser verbleibt. Der erfindungsgemäße Gewindeeinsatz besteht aus einem relativ harten, steifen Material, wie einem Kohlenstoffstahl oder rostfreiem Stahl, Messing, harte Aluminiumlegierungen oder anderen Materialien, die deutlich härter als das Material für das Weikstück sind, in die der Gewindeeinsatz eingeschraubt wird. Bei dem weicheren Material für das Werkstück kann es sich z. B. um eine Guß- oder Knetlegierung aus Aluminium oder Zink, um gegossenes Magnesium oder um relativ steife Kunststoffe handeln.

Für die wirksame Anwendung des erfindungsgemäßen Gewindecinsatzes ist es wichtig, daß der Radius am schneidenden, vorderen Ende von wenigstens einem, vollen Durchmesser aufweisenden, nicht unterbrochenen Gewindegang ein wenig größer als der Nennradius eines Gewindeganges in den Teilen des Einsatzes ist, die nicht durch eine Ausbuchtung in Querrichtung vergrößert sind. Die sich längs der Ausbuchtung erstreckende Nut sollte wenigstens durch den ersten Gewindegang mit vollem Durchmesser gehen, der sich unmittelbar an den Schneidbereich anschließt, so daß die Schneidspitze dieses ersten unterbrochenen Gewindeganges im wesentlichen auf diesem etwas größeren Radius liegt. Dieser ausgebuchtete Bereich kann in Querrichtung so ausgebildet sein, daß der eine merklich größere Breite aufweist. Diese erhöht liegende Schneidspitze hat die Aufgabe, die dem Material für das Werkstück innewohnende Eigenschaft etwas zurückzufedern zu unterbinden, da andernfalls ein so fester Sitz auf den ausgebuchteten Gewindeabschnitten eintreten könnte, daß die Haftkraft möglicherweise zu e^;nem Bruch des den Gewindeeinsatz betätigenden Drehwerkzeugs und damit zu einem unvollständigen Einbringen des Gewindeeinsatzes führen könnte.

Für die wirksame Verankerung des vollständig eingeschraubten Gewindeeinsatzes ist es weiter wichtig, daß sich zumindest ein Gewindegang mit vollem Gewindedurchmesser über die Ausbuchtung erstreckt, jedoch nicht von der Nut unterbrochen ist. Dieser buckeiförmig verlaufende Gewindegang, zusammen mit seinen ebenfalls ausgebuchteten Wurzeln, bildet eine Art Sicherungsfeder, die gegen das gegenüberliegende, kreisförmige Innengewinde des Werkstücks drückt. Durch Vorsehen von mehr als einem Gewindegang mit vollem Durchmesser im Bereich der Ausbuchtung kann die Verankerungswirkung beliebig erhöht werdea Jeder zusätzliche derartige Gewindegang führt zu einer Erhöhung der Verankerungskraft, so daß sich hierdurch sine Anpassung an das für den Gewindeeinsatz und das Werkstück verwendete Material sowie an die Abmessungen des Gewindeeinsatzes vornehmen läßt

Die Höhe der Verankerungskraft läßt sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch dadurch steigern, indem mehrere Ausbuchtungen vorgesehen sind, die längs des Gewindeeinsatzes in im wesentlichen gleichen Winkelabständen angeordnet sind. Diese Ausbuchtungen können z.B. in Winkelabständen von 90°, 120° oder 180° angeordnet werden, wobei gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung nur eine der Ausbuchtungen mit einer Nut versehen ist

Die Höhe der Ausbuchtung im Bereich der durch die Nut unterbrochenen Gewindegänge mit vollem Gewindedurchmesser sollte relativ gering sein und liegt je nach Größe des Gewindeeinsatzes bei etwa 0,025 bis 0,25 mm. Je größer der Durchmesser des Gewindeeinsatzes ist, desto größer kann die Differenz zwischen dem Radius der buckeiförmig verlaufenden Gewindegänge mit vollem Gewindedurchmesser und dem Radius der benachbarten, nicht ausgebuchteten Gewindegänge sein.

Um ein ausgeglichenes Drehmoment zu erhalten, wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Ausbuchtungen einander nicht diametral gegenüber liegen, während eine zusätzliche Nut diametral gegenüber der ersten Nut vorgesehen ist. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn drei in Winkelabständen von 120° voneinander versetzte Ausbuchtungen angeordnet werden, wobei eine Ausbuchtung die in Längsrichtung sich erstreckende Nut aufweist, und eine zusätzliche Nut diametral gegenüber dieser Ausbuchtung angeordnet ist. Auch können ein Paar mit Nuten versehene Ausbuchtungen einander diametral gegenüberliegen.

Um eine gute Brechung und Abführung der aus dem Gewindeschneidvorgang entstehenden Späne zu gewährleisten, kann gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung die Nut eine in tangentialer Richtung im wesentlichen flach und in Längsrichtung des Gewindeeinsatzes konkav verlaufende Bodenfläche aufweisen.

Die lokalen, sich in Längsrichtung erstreckenden Ausbuchtungen am Außenumfang des Gewindeeinsatzes können in irgendeiner, dem Fachmann bekannten Weise ausgebildet werden. Z. B. kann das Außengewinde durch einen Drehstahl oder Gewindestrehler geschaffen werden, wobei der Einsatzrohling gedreht wird, während das von einem Support gehaltene Werkstück z. B. über eine Nockeneinrichtung zu einer solchen Querbewegung gebracht wird, daß die Ausbuchtungen entstehen. Hierzu kann der Werkzeugsupport die Form eines Schwingarmes mit einer Nockenrolle haben, die auf einem geeigneten, sich drehenden Nocken abläuft. Die Steigung des Außengewindes wird durch die Längsbewegung des Einsatzrohlings relativ ?um Werkzeugsupport bestimmt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine vergrößerte Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß aufgebauten Gewindeeinsatzes,

Fig. 2 eine Ansicht des Gewindeeinsatzes nach F i g. 1 von dessen verjüngtem Ende aus,

Fig.3 eine geschnittene Ansicht von einem Detail

des Gewindeeinsatzes nach F i g. 1 und 2, wobei der Schnitt längs der rechten Seite der in F i g. 1 und 2 gezeigten Nut gelegt ist, und

F i g. 4 eine der F i g. 2 ähnliche Ansicht von einem Gewindeeinsatz gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.

Nach Fig. 1 bis 3 besteht der Gewindeeinsatz 5 aus einem hülsenförmigen Körper 6 mit einem Außengewinde 7, während in der axialen Bohrung des Gewindeeinsatzes ein durchgehendes, d. h. nicht unterbrochenes Innengewinde 9 ausgebildet ist. Der mit dem Innengewinde versehene Einsatz hat ein vorderes, sich verjüngendes Ende 10, einen vorderen Schneidbereich 11, ein hinteres, gerades Ende 12 und einen zwischen 11 und 12 liegenden Gewindebereich 13. Die Gewindegänge des Außengewindes im Bereich 13 haben den vollen Gewindedurchmesser, während der Gewindedurchmesser am Schneidbereich 11 allmählich abnimmt, um die Gewindetiefe in Richtung auf das vordere Ende 10 zu verringern, wobei der Verjüngungswinkel <x etwa 12,5° betragen kann. Das Außengewinde 7 ist an den vorderen Gewindegängen unterbrochen, um hintere Schneidkanten zu bilden, die beim Eindrehen des Gewindeeinsatzes ein Innengewinde in die Wand einer Aufnahmebohrung in einem Werkstück aus einem Material einschneiden, das relativ weicher als das Material ist, aus dem der Gewindeeinsatz besteht.

Eine allgemein längs sich erstreckende Ausbuchtung 14 bis 1 (Fig. 1 und 2) ist am Außenumfang des Gewindeeinsatzes 5 vorgesehen, die sich vom verjüngten Ende 10 nach hinten bis in den Gewindebereich 13 und zwar zumindest bis hinter dessen ersten beiden Gewindegänge mit vollem Durchmesser erstreckt. In den F i g. 1 bis 3 sind drei solche, im allgemeinen längs verlaufende Ausbuchtungen 14 bis 1,14 bis 2 und 14 bis 3 im Winkelabstand von z. B. 120° am Außenumfang des Gewindeeinsatzes 5 ausgebildet. Zumindest die ersten beiden, vollen Durchmesser aufweisenden Gewindegänge des Bereiches 13 sind in diese allgemein in Längsrichtung verlaufende Ausbuchtungen eingeschlossen. Die Ausbuchtungen 14 ragen in ziemlich begrenztem Ausmaß radial nach außen, so daß die die Ausbuchtungen kreuzenden Gewindegänge an diesen Stellen buckeiförmig verlaufen, um dann wieder bündig in die ihnen benachbarten anschließenden Gewindegänge überzugehen, wie dies am besten aus F i g. 2 ersichtlich ist Die Tiefe der Gewindegänge im Bereich der Ausbuchtungen ist somit gleich der Tiefe der sich daran anschließenden Gewindegänge.

Eine dieser lokalen Ausbuchtungen, z. B. die Ausbuchtung 14 bis 3, hat eine vordere Zone; die mit einer im allgemeinen langsverlaufenden, die Gewindegänge des Außengewindes unterbrechenden Nut 15 versehen ist, die sich von einem Punkt hinter zumindest dem ersten Gewindegang mit vollem Durchmesser des Gewindebereiches 13 bis zum vorderen Ende 10 erstreckt Es ist darauf hinzuweisen, daß die Nut nicht die Wand des Gewindeeinsatzei 5 bis in dessen roJtirförmiges Innere durchdringt Die beim Eindrehen hinitere Fliehe 16 der Nut und die unterbrochenen Enden der Gewindegange des Außengewindes bilden Schneidkanten, die das Innengewinde fat die Aufnahmebohrung des Werkstükkes schneiden. Da die Nut 15 zumindest einen Gewindegang mit vollem Durchmesser unterbricht, bildet sie an ihrem hinteren Ende 17 eine Schneidkante nut einem Radius, der ein wenig größer als der Radius der sich anschBeßenden kreisförmigen Gewindegänge mit vollem Durchmesser ist Dieser ein wenig größere Radius ist im wesentlichen der Radius der Spitzen der Buckel aller nicht unterbrochenen, vollen Durchmesser aufweisenden Gewindegänge, die durch solche Ausbuchlungen hindurchlaufcn. Die Höhe dieser buckelförmig verlaufenden Gewindegänge gegenüber den benachbarten Gewindegäng;en ist ziemlich gering, d. h. sie liegt in der Größenordnung von ungefähr 0,025 mm bis etwa 0,25 mm, wobei dies von der Größe des Gewindeeinsatzes und dessen Verwendungszweck

ίο abhängt

Indem die die Gewinde:gänge unterbrechende Nut 15 auf eine vordere Zone der Ausbuchtung begrenzt ist, verbleibt unmittelbar hinter der Nut zumindest ein Gewindegang mit vollem Durchmesser des Gewindebe-

lj reichs 13, der nicht unterbrochen die Ausbuchtung überquert. Dieser ausgebuchtete, jedoch nicht unterbrochene Gewindegang erzeugt mit dem in die Bohrung des Werkstücks eingeschnittenen Innengewinde eine Verankerung, sobald der Gewindeeinsatz vollständig in

*> die Werkstückbohrung ei ngedreht ist.

Bei dem in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist darauf hinzuweisen, daß die lokalen. langgestreckten Ausbuchtungen 14 bis I und 14 bis 2 keine derartigen Nuten aufweisen, so daß jeder

lj Gewindegang mit vollem Durchmesser eine solche Verankerungsfunktion ausübt. Bei dieser Ausführungsform können z. B. je nach Steigung des Gewindes, neun solcher verankernder Gewindegänge vorgesehen sein.
Ferner ist aus Fi g. 2 zu entnehmen, daß eine weitere ähnliche Nut 150 diametral gegenüber der Nut 15 vorgesehen ist Diese zweite Nut unterbricht jedoch keine ausgebuchteten Gewindegänge. Sie bildet eine hintere Schneidkante und Schneidspitzen an den Gewindegängen mit kleinerem Radius, um die Schneid-

3j wirkung der Nut 15 2:u unterstützen, so daß das Drehmoment beim Gewindeschneiden weitgehend ausgeglichen, d. h. in etwa gleichmäßig verteilt ist.

Aus den F ig. 1 und 2 ist zu entnehmen, daß der Boden 18 jeder Nut 15 und 150 in tangentialer Richtung im wesentlichen flach und in Längsrichtung konkav verläuft so daß er in einen Gewindegang mit vollem Gewindedurchmesser ausläuft und damit das vom Werkstück abgetrennte Material in Späne bricht, die in die Aufnahmebohrung im Werkstück geleitet werden.

Es ist ferner zu bemerken, daß jede Nut an der hinteren schneidenden Räche einen positiven Spanwinkel hat, um das Gewindeschneiden wirkungsvoll vornehmen zu können. Die Form jeder Nut ist so, daß in erwünschter Weise Späne hinter dem eindringenden Gewindeeinsatz ähnlich wie bei einem Spiralbohrer gebildet werden.

Es versteht sich, daß das nicht unterbrochene Innengewinde im Inneren des Gewindeeinsatzes, das zum Einschrauben einer Schraube od. dgl. dient nichl ober die gesamte Länge des Gewindeeinsatzes vorgesehen werden braucht Für gewisse Anwendungsfälle kanr es vielmehr ausreichen, wenn das Innengewinde ir einem Abschnitt der sich vom geraden hinteren Ende des Einsatzes bis ungefähr in die Nähe der Ausbuchtungen erstreckt, vorgesehen wird.

to Die Form der Nut und deren Anzahl könner variieren. Obwohl das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung sich als besonder: vorteilhaft erwiesen hat, zeigt auch das in Fig.4 abgebildete Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä

«5 Ben Gewindeeinsatzes ähnlich gute Eigenschaftea Dei Gewindeeinsatz 50 nach Fig.4 ist mit einem Paai diametral einander gegenüberliegender lokaler, langge streckter Ausbuchtungen 14 bis 1 und 14 bis 2 versehen

lie jeweils eine Nut 1500 aufweisen. Die Nut 1500 bildet in ihrer hinteren Fläche eine Schneidkante, die eine ;ewindeschneidende Spitze 170 im wesentlichen in der »litte eines ausgebuchteten Gewindeganges mit vollem jewindedurchmesser hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Selbstschneidender und sich selbst sichernder Gewindeeinsatz, dessen Außengewinde in einen S Bereich mit vollem Gewindedurchmesser und im daran anschließenden Schneidbereich einen allmählich abnehmenden Gewindedurchmesser aufweist, wobei der Einsatz wenigstens im Schneidbereich hohl ist und mit wenigstens einer sich im wesentlichen axial erstreckenden, zumindest den ersten Gewindegang des Bereiches mit vollem Gewindedurchmesser und die Gewindegänge des Schneidbereiches unterbrechenden Nut versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenumfang des Gewindeeinsatzes (5) wenigstens eine sich von dessen vorderem Ende (10) bis zumindest hinter die beiden ersten Gewindegänge des Bereiches (13) mit vollem Gewindedurchmesser im wesentlichen axial erstreckende und nach außen radial etwas vorstehende Ausbuchtung (14) vorgesehen ist, in deren Bereich die Gewindegänge die gleiche Tiefe wie die daran sich bündig anschließenden übrigen Gewindegänge aufweisen, und die Nut (15) im wesentlichen längs der Ausbuchtung verläuft und äußerstenfalls vor dem letzten vollständigen, mit einer Ausbuchtung versehenen Gewindegang endet.

2. Gewindeeinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ausbuchtungen (14 bis 1, 14 bis 2, 14 bis 3) vorgesehen sind, die längs des Umfanges des Gewindeeinsatzes in im wesentlichen gleichen Winkelabständen angeordnet sind.

3. Gewindeeinsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine der Ausbuchtungen (14) mit einer Nut (15) versehen ist.

4. Gewindeeinsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbuchtungen (14) einander nicht diametral gegenüberliegen, während eine zusätzliche Nut (150) diametral gegenüber der ersten Nut (15) vorgesehen ist.

5. Gewindeeinsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar mit Nuten (1500) versehene Ausbuchtungen (14) einander diametral gegenüberliegen.

6. Gewindeeinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (15; 150; 1500) eine in tangentialer Richtung im wesentlichen flach und in Längsrichtung des Gewindeeinsatzes (5) konkav verlaufende Bodenfläche aufweist.

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