SELF-TAPPING THREADED INSERT

Abstract: 1. Self-tapping threaded bush having an external thread (1), which comprises the pitch T, and having a cutting slot (3) extending in the axial direction and at right angles to the axis of the threaded bush, and a chamfer (11, 12) at the screw-in end of the threaded bush, which can be screwed into a smooth bore of a work piece, the thread profile of the cutting slot (3) cutting into an internal thread in the bore, characterised in that the beginning of the external thread (1) at the front surface (7) of the screw-in end substantially has a defined position in relation to the cutting slot (3) to obtain a defined cutting edge profile, regardless of the type of material of the work piece, in the bore of which the threaded bush is inserted.

Description: Selbstschneidender Gewindeeinsatz Die Erfindung betrifft einen selbstschneidenden Gewindeeinsatz mit einem Aussengewinde, das die Steigung T aufweist, und einem sich in axialer Richtung erstreckenden, quer zur Gewindeachse verlaufenden Schneidschlitz und einer Anfasung am Einschraubende des Gewindeeinsatzes, der in eine glatte Aufnahmebohrung eines Werkstücks einschraubbar ist, wobei das Gewindeprofil des Schneidschlitzes ein Innengewinde in die Aufnahmebohrung einschneidet. Derartige Gewindeeinsätze dienen zur Herstellung von hochbelastbaren, verschleissfesten und vibrationssicheren Schraubverbindungen in Werkstoffen mit geringer Scherfestigkeit, wie beispielsweise Leichmetalllegierungen, Gusseisen, Messing, Bronze, Nichteisenmetalle, Kunststoffe, Schichtstoffe und Harthölzer. Sie sind üblicherweise mit einem Innengewinde versehen, in welches eine Schraube einschraubbar ist. Es ist jedoch auch bekannt, dass derartige Gewindeeinsätze einen Gewindebolzen aufweisen, welcher über die Aufnahmebohrung des Werkstücks hervorsteht. Von derartigen Gewindeeinsätzen wird gefordert, dass sie im eingeschraubten Zustand ein relativ hohes Ausdrehmoment und eine hohe Auszugsfestigkeit aufweisen. Bei einem Gewindeeinsatz mit einem Aussengewinde von beispielsweise 10 mm Durchmesser soll der Durchmesser der Aufnahmebohrung bei einem Werkstück aus weichem Material etwa 8,6 bis 8,8 mm betragen, während für harte, spröde Werkstoffe der Durchmesser der Aufnahmebohrung zwischen 8,9 und 9,2 mm liegen soll. Weist ein derartiger Gewindeeinsatz eine Länge von 14 mm auf, dann soll die Aufnahmebohrung mindestens 17mm tief sein. Die Anfasung ist etwa 4,5 mm lang und der Schneidschlitz etwa 7 mm tief. Es zeigt sich, dass bei diesen selbstschneidenden Gewindeeinsätzen das Ein- und das Ausdrehmoment sowie Auszugs- festigkeit in einem relativ weiten Bereich variieren und sehr häufig nicht die gewünschten Werte aufweisen. Die Auszugsfestigkeit ist im wesentlichen linear ab hängig von der Länge des zylindrischen vom Schneidschlitz nicht geschnittenen Teils des Einsatzes. Durch den eingefrästen Schlitz und durch das abgeflachte Gewindeprofil bei der Anfasung trägt dieser Bereich des Gewindeeinsatzes nicht oder nur unbedeutend zur Auszugsfestigkeit bei. Das Ausdrehmoment hängt im wesentlichen davon ab, wie tief der Einsatz das Innengewinde der Aufnahmebohrung vorschneidet. Ein in voller Tiefe eingeschnittenes Gewinde verursacht wenig Reibung zwischen dem Aussengewinde am zylindrischen Teil des Einsatzes und dem Innengewinde und ergibt somit ein nur geringes Ausdrehmoment. Bei einem zu wenig tief eingeschnittenen Innengewinde klemmt der Einsatz beim Eindrehen und kann dann überhaupt nicht in die Aufnahmebohrung eingedreht werden. Die optimale Ein schneidtiefe wird erreicht, wenn der Schneidschlitz wesentlich tiefer ist als die Länge der Anfasung, damit mehrere vollständig ausgebildete Gewindeschneidprofile am Schlitz im Bereich des zylindrischen Teils des Einsatzes vorhanden sind. Das Ausdrehmoment wird jedoch hierdurch niedriger als gewünscht. Ausserdem wird durch den tiefen Schneidschlitz die Auszugsfestigkeit vermindert. Bei den bekannten Gewindeeinsätzen ist der Verlauf des Aussengewindes rein zufällig zur Lage des Schneidschlitzes. Das Schneidkantenprofil am Schneidschlitz ist also von Gewindeeinsatz zu Gewindeeinsatz unterschiedlich. Durch die unterschiedlichen Schneidkantenprofile ergeben sich sowohl unterschiedliche Eindrehmemente als auch bei stets gleicher Anfasung und Schneidschlitztiefe eine unterschiedliche Anzahl vollständiger Gewindeschneidprofile längs des Schneidschlitzes und damit unterschiedliche Einund Ausdrehmomente. In der Praxis muss aber sichergestellt werden, dass auch im ungünstigsten Fall genügend vollständige Gewindeschneidprofile vorhanden sind, damit der Einsatz beim Eindrehen nicht klemmt. Auch aus diesem Grund wird der Schneidschlitz tiefer gemacht als dies eigentlich notwendig wäre. Dadurch wird das durchschnittliche Ausdrehmoment und die Auszugsfestigkeit vermindert, deren Werte jedoch relativ breit streuen. Ausserdem ergeben sich bei den bekannten Gewindeeinsätzen durch unterschiedliche Schneidprofile auch unterschiedliche Schneidfähigkeiten. Um auch im ungünstigsten Fall noch eine ausreichende Schneidfähigkeit zu erzielen, muss die Anfasung relativ lang ausgeführt werden. Bei den bekannten Gewindeeinsätzen wird somit die Anfasung relativ lang und der Schneidschlitz relativ tief ausgeführt. Dies bedeutet praktisch eine Überdimensionierung von Schneidschlitz und Anfasung , wodurch insgesamt die Gewindeeinsätze länger sind, als dies eigentlich erforderlich wäre. Die lange und damit flache Anfasung hat bei machen Werkstoffen zur Folge, dass der Gewindeeinsatz sich nicht in die Aufnahmebohrung einschneidet sondern mahlt. Voraussetzung für einen einwandfreien Festsitz des Gewindeeinsatzes im Werkstück ist weiterhin ein spielfreier Sitz zwischen dem Aussengewinde des Gewindeeinsatzes und dem durch den Gewindeeinsatz in die Aufnahmebohrung eingeschnittenen Innengewinde. Dieser spielfreie Festsitz ist bei den seither üblichen Gewindeeinsätzen nicht immer gewährleistet Es zeigte sich, dass das vom Gewindeeinsatz in der Aufnahmebohrung eingeschnittene Innengewinde zu gross ist, was bedeutet, dass der Gewindeeinsatz locker in der Aufnahmeobhrung sitzt und leicht herausgedreht werden kann. Der Grund dafür, dass der Gewindeeinsatz ein zu grosses Innengewinde in der Aufnahmebohrung schneidet ist in einer Gratbildung beim Aussengewinde am Grund des Schneidschlitzes zu sehen. Bei den bekannten Gewindeeinsätzen verläuft der Grund des Schneidschlitzes rechtwinklig zur Achse des Gewindeeinsatzes. Der Schneidschlitz wird durch Fräsen erzeugt. Wenn der Grund des Schneidschlitzes nur einen Teil einer Gewindeflanke des Aussengewindes stehen lässt bzw. schneidet dann wird infolge des Drucks zwischen Fräser und Gewindeeinsatz der verbleibende Gewindeprofilrest in den benachbarten Grund des Gewindeprofils gepresst bzw. gebogen. Dieser in einen Gewindegrund gebogene Profilrest schneidet dann beim Eindrehen des Gewindeeinsatzes in die Aufnahmebohrung zusätzliches Material aus der Wandung der Aufnahmebohrung. Es besteht die Aufgabe, den Gewindeeinsatz so auszubilden, dass die Ein- und Ausdrehmomente und die Auszugsfestigkeit möglichst konstant sind, sich möglichst hohe Ausdrehmomente und Auszugsfestigkeiten ergeben und der Gewindeeinsatz relativ kurz ausgebildet werden kann. Bei einem Gewindeeinsatz der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar. Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht einer teilweise im Schnitt dargestellten Gewindebüchse mit Innengewinde; Fig. 2 die Ansicht einer Schneidkante; Fig. 3 die Ansicht einer weiteren Schneidkante; Fig. 4 die Seitenansicht einer Gewindebüchse mit einer ersten Ausführungsform einer Anfasung; Fig. 5 die Seitenansicht einer weiteren Gewinde büchse mit einer zweiten Ausführungs form einer Anfasung.und Fig. 6 eine im Bereich des Schlitzes geschnittene Büchse. Die zylindrische Gewindebüchse nach Fig. 1 weist ein AuBen- gewinde 1 auf. Im Inneren der Gewindebüchse ist ein Innengewinde 2 vorgesehen. Am Einschraubende der Gewindebüchse ist diese mit einem durchgehenden Schlitz 3 versehen. Weiterhin weist die Gewindebüchse am Einschraubende eine Anfasung 4 auf. Wird diese Gewindebüchse in eine glatte Boh- rung eingeschraubt, dann wirken die vom Schlitz 3 geschnittenen Flanken des Aussengewindes 1 als Schneidkanten, die ein Innengewinde in die Aufnahmebohrung einschneiden. Die Länge 5 der Gewindebüchse entsprechend der Tiefe des Schlitzes 3 hat also die Funktion eines Gewindeschneiders, trägt jedoch zur Verankerung der Gewindebüchse in der Aufnahmebohrung wenig bei. Für die Verankerung bestimmend ist in erster Linie die restliche Länge 6 der Gewindebüchse. Bei den bekannten Gewindebüchsen ist die Lage des Schlitzes 3 in Bezug auf die Lage des Aussengewindes 1 bzw. dessen Anfang an der Stirnseite 7 nicht definiert. Die sich hierdurch ergebenden unterschiedlichen Schneidkantenprofile im Bereich des Schlitzes 3 werden anhand der Fig. 2 und 3 erläutert. In Fig. 2 und 3 ist dargestellt die Schlitz fläche 8 in Fig. 1. Wird der Gewindeeinsatz in die Aufnahmebohrung eingeschraubt, dann wirkt das von der Schlitzfläche 8 geschnittene Aussengewindeprofil als Schneidkantenprofil. Gleiches gilt bei der diagonal gegenüberliegenden Schlitzfläche. Gemäss Fig. 2 sei angenommen, dass eine Gewindespitze 9 am Schnittpunkt der Stirnfläche 7 und der Schlitz fläche 8 liegt. Das sich dann ergebende Schneidkantenprofil ist in Fig. 2 dargestellt. Gem. Fig. 3 ist das AuBengewinde 1 gegenüber dem Aussengewinde nach Fig. 2 um 900 versetzt, d.h. die Gewindespitze 10 weist zur Stirnfläche 7 einen Abstand von 1/4 der Gewindesteigung auf. Wie der Vergleich der Fig. 2 und 3 deutlich zeigt, ergibt sich hierdurch ein völlig anderes Schneidkantenprofil. Diese unterschiedlichen Schneidkantenprofile führen zu unterschiedlichen Eindrehmomenten und zu unterschiedlichen Schneideigenschaften. Die vorliegende Erfindung geht davon aus, die Relativlage zwischen Aussengewinde 1 und Schlitz 3 stets eindeutig zu definieren, wodurch erreicht wird, dass bei den Gewindebüchsen z.B. stets nur das Schneidkantenprofil nach Fig. 2 oder stets nur das Schneidkantenprofil nach Fig. 3 vorliegt. Welches der Schneidkantenprofile günstiger ist, hängt ab von der Art des Materials des Werkstücks, in dessen Aufnahmebohrung der Gewindeeinsatz eingesetzt wird. Die der Schlitz fläche 8 jeweils diametral gegenüberliegende Schlitzfläche schneidet dort das Aussengewinde um eine halbe Gewindesteigung versetzt wobei das dort sich ergebende Schneidkantenprofil in Fig. 1 strichpunktiert angedeutet ist. Weisen die beiden diametral einander gegenüberliegenden Schlitz flächen, die als Schneidkanten dienen, bei allen Gewindeeinsätzen stets die gleichen Schneidkantenprofile auf, dann braucht die Tiefe des Schlitzes 3 nicht wesentlich tiefer zu sein als die Länge der Anfasung 4. Dies bedeutet also , dass sich der Schlitz 3 beispielsweise nur um einen oder zwei Gewindegänge in den zylindrischen Teil des Gewindeeinsatzes erstreckt. Ein zu tiefes Ausschneiden des Innengewindes in der Aufnahmebohrung wird hierdurch vermieden, wodurch das Ausdrehmoment und die Auszugsfestigkeit erhöht werden. Gleichzeitig wird erreicht, dass die Länge 5 der Gewindebüchse , die wenig zur Erhöhung der Auszugsfestigkeit beiträgt, auf ein Mindestmass reduziert wird. Die Gewindeeinsätze werden hierdurch kürzer. Gleichzeitig werden die Ein- und Ausdrehmomente wesentlich vergleichmässigt. Liegt eine eindeutige Lagezuordnung zwischen der Lage des Schlitzes 3 und dem Ort des Beginns des Aussengewindes 1 an der Stirnfläche 7 und damit eine eindeutige Lagezuordnung zwischen Schlitz 3 und Gewinde 1 vor, dann ist es auch möglich, die Form der Anfasung 4 dem jeweiligen Einsatzzweck anzupassen. In Fig. 4 ist die Anfasung 11 im wesentlichen konvex ausgebildet. Die Anfasung 12 nach Fig. 5 dagegen ist im wesentlichen konkave ausgebildet. Die jeweils günstigere Form hängt ab von der Art des Materials , in welche die Gewindebüchse eingesetzt wird. Die konvexe Form nach Fig. 4 ist beispielsweise primär geeignet für relativ weiche Werkstoffe, während die Form nach Fig. 5 für sprödere Werkstoffe geeignet ist. Weisen die Gewindeeinsätze untereinander jeweils gleiches Schneidkantenprofil auf, dann ist es möglich,-beim Einsetzen der Gewindeeinsätze in die Aufnahmebohrung auf Tiefenanschläge und Rutschkupplungen beim Eindrehwerkzeug zu verzichten. Es genügt, wenn die Einsätze jeweils über der Aufnahmebohrung positioniert und mit einer vorbestimmten Anzahl von Umdrehungen eingedreht werden. Die Einsätze werden also jeweils auf die gleiche Eindrehtiefe eingedreht und weisen im eingedrehten Zustand zueinander gleiches Ausdrehmoment und AusreiEfestigkeit auf. Vorausgesetzt hierbei ist natürlich, dass die Durchmesser der Aufnahmebohrungen zueinander gleich sind. Nachfolgend wird ein weiterer beim Stand der Technik vorhandener Nachteil erläutert. Bei den bekannten Gewindeeinsätzen verläuft der Schlitzgrund 17 rechtwinklig zur Achse 18 des Gewindeeinsatzes. Bei der rechten Schlitzfläche B schneidet der Schlitzgrund 17 eine Rest flanke 19 des Aussengewindes, welche infolge des Fräsdrucks beim Einfräsen des Schneidschlitzes 3 in den benachbarten Grund 20 des Aussengewindes gedrückt wird und somit zuviel Material beim Schneiden des Innengewindes der Aufnahmebohrung aus der dortigen Wand ausschneidet. Dieser Nachteil wird vermieden, wenn der Schlitzgrund 21 nicht rechtwinklig sondern schräg zur Achse 18 verläuft, seine Neigung beispielsweise gleich der halben Steigung T des Aussengewindes ist und der Schlitzgrund 21 das Aussengewinde 1 am Gewindegrund 20 schneidet. Der Gewindegrund 21 verläuft somit parallel zur durch die Steigung T bedingten Neigung des Aussengewindes 1. Es ist somit ausgeschlossen, dass sowohl bei der Schlitzfläche 8 als auch bei der linken Schlitzfläche 8' ein Gewindeprofilrest stehen bleibt. Der Schlitz 3 kann hierbei maximal so tief eingefräst werden,daB bei den Schlitzflächen-8, 8' jeweils die Gewindespitzen 22 vom Schlitzgrund 21' geschnitten werden. Der Schlitzgrund 21 bzw. 21' verläuft also geneigt zur Senkrechten auf die Achse 18 des Gewindeeinsatzes, die Neigung beträgt 0,5 T und der Schlitzgrund 21 bzw. 21' schneidet das Aussengewinde 1 etwa zwischen Gewindegrund 20 und Gewindespitze 22. Der Schlitzgrund 21 bzw. 21' ist in Richtung der Steigung T des Aussengewindes 1 geneigt. Die Neigung kann beispielsweise auch 1,5 T betragen, wie dies durch den Schlitzgrund 23 angedeutet ist. Der Schlitzgrund kann als weitere Alternative auch entgegen der Richtung der Steigung T des Aussengewindes 1 geneigt sein, wie dies beispielhaft durch den Schlitzgrund 24 angedeutet ist. Handelt es sich um ein Aussengewinde 1 geringer Steigung, dann kann die Neigung des Schlitzgrundes 21 bzw. 23 bzw. 24 auch 2,5 T oder 3,5 T usw. betragen. Bevorzugt verläuft in seinem Nennmass der Schlitz grund im Bereich zwischen dem Schlitzgrund 21 und dem Schlitzgrund 21', wobei unter Berücksichtigung der Fertigungstoleranzen der Schlitzgrund 21 die minimale und der Schlitzgrund 21' die maximale Schlitztiefe des Schlitzes 3 darstellen. Verläuft der Schlitzgrund entsprechend dem Schlitz grund 21' , dann bleibt bei den Schlitzflächen 8 und 8' jeweils noch das halbe Profil eines Gewindeganges des Aussengewindes 1 stehen. Dieses halbe Profil widersteht dem Fräsdruck und wird nicht in den benachbarten Gewindegrund gedrückt.

Claims: Ansprüche 1. Selbstschneidender Gewindeeinsatz mit einem Aussenge winde, das die Steigung T aufweist, und einem sich in axialer Richtung erstreckenden,quer zur Gewindeeinsatz achse verlaufenden Schneidschlitz und einer Anfasung am Einschraubendedea Gewindeeinsatzes, der in eine glatte Aufnahmebohrung eines Werkstücks einschraubbar ist, wobei das Gewindeprofil des Schneidschlitzes ein Innen gewinde in die Aufnahmebohrung einschneidet, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Beginn des Aussen gewindes (1) an der Stirnfläche (7) des Einschraub endes stets im wesentlichen die gleiche Lage zum Schneid schlitz (3) aufweist. 2. Gewindeeinsatz nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Schneidschlitz (3) etwa gleich tief wie die Anfasung (4, 11, 12) lang ist. 3. Gewindeeinsatz nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Schlitzgrund (21, 21', 23, 24) geneigt zur Senkrechten auf die Achse (18) des Gewinde einsatzes verläuft, die Neigung x mal T beträgt , wobei x=0,5; 1,5; 2,5;... ist und der Schlitzgrund (21, 21', 23, 24) das Aussengewinde (1) etwa zwischen Gewindegrund (20) und Gewindespitze (22) schneidet und somit min destens ein halbes Gewindeprofil des Aussengewindes (1) am Schlitzgrund verbleibt. 4. Gewindeeinsatz nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Schlitzgrund (21, 21', 23) in Richtung der Steigung (T) des Aussengewindes (1) geneigt ist. 5. Gewindeeinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Anfasung (11) im Querschnitt konkav ausgebildet ist. 6. Gewindeeinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Anfasung (12) im Querschnitt konvex ausgebildet ist.

Inventors: STOVEKEN, BERNHARD, Stöveken, Bernhard
Applicants: KERB-KONUS-VERTRIEBS-GMBH
Application year: 1983
Main classification: F16B25
IPC codes: B23G5, F16B37, F16B25