SELF-TAPPING SCREW INSERT

Abstract: 1. Self-tapping screw insert having an external thread (1), the thread base of which is a constant distance from the axis of the screw insert, having a conical path at the insert end and having notches (3), running roughly radially, in the region of the conical part of the screw insert, the rear edges of which, when viewed in the tapping direction, together with the outer thread (1) cut there form thread tapping edges (9, 11), the tapping surface profiles (I-VI) of which gradually increase radially from the insert end from one threaded part piece to the next, which are respectively limited by the notches (3), characterised in that the profile of the threaded part pieces behind each thread tapping edge (9, 11) substantially corresponds to the tapping edge profile (I-VI) of this thread tapping edge.

Description: Selbstschneidender Gewindeeinsatz Die Erfindung betrifft einen selbstschneidenden Gewindeeinsatz mit einem Aussengewinde, einer konischen Anfasung an seinem Einsatzende und mit etwa radial verlaufenden Einschnitten im Bereich der Anfasung, deren in Eindreh- richtung gesehenen hinteren Kanten mit dem dort geschnittenen Aussengewinde Gewindeschneidkanten bilden. Selbstschneidende Gewindeeinsätze dienen zur Herstellung von hochbelastbaren Schraubverbindungen in Werkstoffen geringer Scherfestigkeit. Im Bereich der Anfasung ist beispielsweise eine radiale, axial verlaufende Einfräsung vorgesehen, durch welche zwei Einschnitte gebildet werden, die das Aussengewinde im Bereich der Anfasung schneiden. Es ist auch bekannt, im Bereich der Anfasung radial verlaufende Bohrungen vorzusehen, die das Aussengewinde schneiden und die Einschnitte darstellen. Die sich dabei bildenden Gewindeschneidkanten schneiden ein Innengewinde in eine zylindrische Aufnahmebohrung , wenn ein derartiger Gewxndeeinsatz in eine derartige Aufnahmebohrung eingedreht wird. üblicherweise weisen diese Gewindeeinsätze ein Innengewinde auf, in das eine Schraube eingeschraubt werden kann, nachdem der Gewindeeinsatz in die Aufnahmebohrunq eingesetzt ist. Es besteht die Forderung, dass beim Einachrauben des Gewindeeinsatzes in die zylindrische Aufnahmebohrung das dabei aufzuwendende Drehmoment möglichst gering sein soll. Weiterhin besteht die Forderung, dass nach erfolgtem Eindrehen das Ausdrehmoment des Gewindeeinsatzes möglichst gross sein soll. Beim Eindrehen selbstschneidender Gewindeeinsätze ist es von grösster Wichtigkeit, dass der Einsatz sich unter entsprechendem Axialdruck sofort schraubenförmig in die Aufnahmebohrung einschneidet. ist dies nicht oder erst verspätet der Fall, dann reibt der sich drehende Einsatz die Bohrung aus, bis diese so gross ist, dass der Einsatz nur noch ungenügenden Halt in der Aufnahmebohrung findet. Die sich ergebende Verbindung ist nur ungenügend belastbar. Diese Nachteile treten insbesondere auf, wenn die Wandung der Aufnahmebohrung aus Kunststoff besteht. Es ist bekannt, dass diese Gewindeeinsätze sich nur in relativ gut zerspanbaren Materialien, insbesondere in zerspanbare und im gewissen Masse elastische Materialien eindrehen lassen. Eine Anwendung bei Materialien, die zum Fressen neigen, ist erschwert oder unmöglich. Dies gilt beispielsweise bei harten Kunststoffen oder Metallen, bei denen die Aufnahmebohrung deshalb fast so gross gemacht werden muss wie der Aussendurchmesser des Aussengewindes des Gewindeeinsatzes. Dabei muss die Aufnahmebohrung eng toleriert werden. Da hierbei ein nur wenig tiefes Innengewinde in die Aufnahmebohrung eingeschnitten wird, ist die Ausdrehfestigkeit des Einsatzes relativ gering. tintersuchungen haben gezeigt, dass das Etndrehmoment er heblich grösser ist als es die eigentliche Zerspanarbeit erfordert. Die vorgenannten Nachteile sind im wesentlichen darauf zurückzuführen, dass das zwischen Anfasung und Aussengewinde sich bildende Profil von der Gewindeschneidkante ab bis zur vorderen Kante des nächsten Einschnitts zunehmend grösser wird was bedeutet, dass die Freifläche, die sich an jede Schneid fläche einer Gewindeschneidkante anschliesst, einen negativen Freiwinkel aufweist. Dieser negative Freiwinkel entsteht dadurch, dass das durch die Anfasung abgeflachte Gewindeprofil hinter jeder Gewindeschneidkante entsprechend dem Verlauf der Gewindesteigung in den grösseren Durchmesserbereich der Anfasung verläuft. Dies führt zu schlechten Schneideigenschaften und einer hohenFlächenpressung zwischen dem Einsatz und der Wandung der Aufnahmebohrung im Bereich der Anfasung womit auch erklärt werden kann, dass bei hartwandigen Aufnahmebohrungen die Bohrungswandung und/oder der Gewindeeinsatz bricht. Es besteht die Aufgabe, diesen negativen Freiwinkel weit- gehend zu vermeiden. Gelöst wird diese Aufgabe bei dem eingangs genannten Gewindeeinsatz durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar. Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine teilweise im Schnitt darge stellte Seitenansicht eines bekannten Gewindeeinsatzes ; Fig. 2 eine Draufsicht auf das Einsatzende dieses Einsatzes; Fig. 3 die sich bei dem Gewindeeinsatz nach den Fig. 1 und 2 ergebenden Gewinde schneidkanten; Fig. 4 ein gestrecktes Gewindeprofil ent sprechend Fig. 3; Fig. 5 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel, Fig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel; Fig. 8 zwei Ausführungsvarianten eines vierten Ausführungsbeispiels und Fig. 9 ein fünftes Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung. Um das Wesen der Erfindung zu erläutern, wird zuerst Aufbau und Arbeitsweise eines bekannten Gewindeeinsatzes anhand der Fig. 1 bis 4 erläutert. Der ein Aussengewinde 1 und ein Innengewinde 2 aufweisende Gewindeeinsatz ist an seinem Einsatzende mit einer Anfasung 4 versehen. Die Stirnseite des Einsatzendes trägt die Be zugsziffer 7. Am Einsatzende ist eine radial und axial verlaufende Einfräsung 3 vorgesehen, welche zwei Einschnitte 5, 6 bildet. Die Eindrehrichtung dieses Gewindeeinsatzes ist in Fig. 2 durch den Pfeil angedeutet. Der Einschnitt 5 bildet mit dem angefasten Teil eine in Drehrichtung gesehen vordere Kante 8 und hintere Kante 9. Der Einschnitt 6 bildet entsprechend eine vordere Kante 10 und eine hintere Kante 11. Die jeweils hinteren Kanten 9, 11 bilden die beiden Gewindeschneidkanten der beiden Einschnitte 5, 6. In Fig. 3 ist die Gewindeschneidkante 9 des Einschnittes 5 ausgezogen dargestellt, während die Gewindeschneidkante 11 des Einschnittes 6 strichpunktiert dargestellt ist. Das im Bereich der Anfasung 4 sich ergebende theoretische Gewindeprofil des Aussengewindes 1 ist gestrichelt gezeichnet. An den Gewindeschneidkanten 9, 11 bilden sich aufeinanderfolgend Schneidflächenprofile I bis VI. Wickelt man den durch die Anfasung 4 und die Einschnitte 5, 6 geschnittenen Gewindegang in einer Ebene ab, dann ergibt sich die Darstellung nach Fig. 4. Es zeigt sich, dass jedes Gewindegangteilstück einen negativen Freiwinkel i aufweist. Jedes Gewindeteilstück wirkt also wie ein Keil auf die Wandung der Aufnahmebohrung. Uie die Verhältnisse im Einzelnen liegen, ergibt ein Vergleich der Gewindeteilstücke mit den in Eindrehrichtung gesehenen aufeinanderfolgenden Schneidflachen IV und V. Das Gewindeteilstück 12 mit der Schneid fläche IV nimmt in seinem Profilquerschnitt von der Schneidfläche IV ab zu entsprechend dem negativen Freiwinkel i . Es wird durch den Einschnitt 5 unterbrochen und das Gewinde setzt sich fort mit dem Gewindeteilstück 13 mit der Schneidfläche V. In die Schneid fläche V ist eingezeichnet der Verlauf der Schneid fläche IV wobei die gestrichelte Differenzfläche 14 im wesentlichen der Profilzunahme des Geuindeteil- stucks 12 von seiner Schneidfläche IV ab entspricht. Über einen wesentlichen Teil seiner Länge druckt sich also das Gewindeteilstück 12 in das Material der Aufnahmebohrung -ein, wobei das eingedrückte Material entsprechend seiner Elastizität zum Teil anschliessend vom Flächenbereich 14 der Schneidfläche V als Span ausgeschnitten wird Die Wirkung des negativen Freiwinkels wird im wesentlichen durch die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen vermieden. Die Fig. 5a, 6a und 7a stellen jeweils Schnitte quer zur Achse des Gewindeeinsatzes im Bereich der Anfasung bei drei kusführungsbeispielen dar. Die Fig. 5b, 6b und 7b verdeutlichen jeweils ein Gewindeteilstück und den Anfang des in Drehrichtung folgenden Gewindeteilstücks, die sich dabei ergeben, entsprechend den Gewindeteilstücken 12 und B3 in Fig. 4. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 5a und 5b ist hinter jeder Gewindeschneidkante 11 eine Abstufung 15 vorgesehen, welche bis zur vorderen Kante 8, 10 des jeweils nächstfolgenden Einschnitts 5, 6 verläuft. Die Tiefe T1 entspricht etwa der Höhe der Schneidflächenvergrösserung T2 aufeinanderfolgender Schneidflächenprofile, wie beispielsweise der Schneidflächenprofile IV und V. In kurzem Abstand hinter jeder Schneidfläche I bis VI ist also eine Freifläche 16 vorhanden, die einen positiven Freiwinkel bildet. Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6a und 6b ist unmittelbar hinter jeder Gewindeschneidkante 9, 11 eine kreisbogenförmige Abflachung 17 vorgesehen. Die Radien R am Grund der Abflachungen 17 entsprechen dem Radius R des Querschnitts ohne die Abflachungen. Damit ergeben sich Gewindeteilstücke, deren Querschnittsprofil von den jeweiligen Schneidflächen ab konstant bleibt, deren Profil sich jedoch aufeinanderfolgend stufenförmig vergrössert . Hierbei ergibt sich ein Freiwinkel der Freifläche 18 von 00. Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 7a und 7b beginnt die kreisbogenförmige Abflachung 19 jeweils im Abstand 20 hinter jeder Gewindeschneidkante 9, 11. Sind die Verhältnisse der Radien der gleichen wie in Fig. 6, dann ergibt sich ein kurzes Freiflächenteilstück 21 mit einem negativen Freiwinkel i und ein langes Frei 0 flächenteilstück 22 mit einem Freiwinkel von 0 . Werden die Radien der kreisbogenförmigen Abflachungen 17, 19 kleiner als zuvor erwähnt gewählt, dann ergeben sich positive Freiwinkel für die FreLflächen 18, 22. Bevorzugt weisen die kreisbogenförmigen Abflachungen 17, 19 an den vorderen Kanten 8, 10 eine Tiefe auf, die etwa der Höhe T2 der Schneidflächenvergrösserung entspricht. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 8a, 8b und 8c sind zwischen benachbarten Gewindegründen 23, 24, 25 des Aussengewindes keilförmige Riefen 26 vorgesehen. Zwischen den Gewindegründen 23 und 24 ist eine Riefe 26 und zwischen den Gewindegründen 24 und 25 sind zwei Riefen 26 vorgesehen. Gemäss Fig. 8b nimmt die Tiefe der Riefe 26 von der Schneidfläche IV' ab zu während gern. Fig. 8c die Tiefe der Riefe 26' in dazu geringerem Masse zunimmt. Die Ausführungsform gem. Fig. 8b ist zum Einsatz in harten Materialien und die Ausführungsform gem. Fig. 8c zum Einsatz in weichere Materialien geeignet. Gemäss Fig. 9 weisen die aufeinanderfolgenden Gewindeteilstücke 27, 28 ein jeweils konstantes Dreiecksprofil auf, wobei die aufeinanderfolgenden Profile IV'', V" der Gewindeteilstücke 27, 28 stufenförmig zunehmen. 0 Auch hierbei ergibt sich ein Freiwinkel von 0 . Vergleich- bar ist diese Ausführungsform mit der Ausführungsform gem. Fig. 6. Auch hier ist es möglich, einen positiven Freiwinkel zu erhalten, wenn der Profilquerschnitt von den Schneidflächen IV' t und V" nach hinten zu abnimmt. Erreicht wird dies durch eine Querschnittsform entsprechend Fig. 6a. Durch den konstanten Querschnitt der Gewindeteilstücke sind diese also gegenüber ihrem natürlichen Verlauf, wo der Querschnitt wie in Fig. 4 dargestellt zunimmt, abgeflacht. Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 besteht die Ab flachung in einer Unterbrechung oder Zerstörung der jeweiligen Freifläche. Bei den bekannten selbstschneidenden Gewindeeinsätzen, bei denen die radialen Einschnitte durch eine radiale, axial verlaufende Einfräsung gebildet werden, und die ein Innengewinde aufweisen, werden die Wandungen zwischen den Schlitzen infolge des negativen Freiwinkels nach innen gepresst, wenn der Gewindeeinsatz in eine glatte Aufnahmebohrung eingedreht wird. Hierdurch wird das Innengewinde des Gewindeeinsatzes im Bereich der radialen Einschnitte nach innen gedrückt, d.h. sein Durchmesser vermindert. Dies ist unerwünscht, da bei einem Einschrauben einer Schraube in das Innengewinde des Gewindeeinsatzes deren Einsatzende im Bereich des verminderten Innendurchmessers festsitzt. Dieser Nachteil tritt bei den erfindungsgemässen Gewindeeinsätzen nicht auf, da die Wandungen zwischen den Schlitzen nicht zusammengepresst werden, wenn der Gewindeeinsatz in die Aufnahmebohrung eingeschraubt wird. Das Innengewinde des Gewindeeinsatzes ist also nach dessen Montage auf seine ganze Länge hinweg mass- und lehrenhaltig.

Claims: Ansprüche 1. Selbstschneidender Gewindeeinsatz mit einem Aussenge winde, einer konischen Anfasung an seinem Einsatz ende und mit etwa radial verlaufenden Einschnitten im Bereich der Anfasung, deren in Eindrehrichtung ge sehenen hinteren Kanten mit dem dort geschnitten Aussen gewinde Gewindeschneidkanten bilden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass hinter den Gewindeschneid kanten das zwischen Anfasung und Aussengewinde sich bil dende Profil bis zur vorderen Kante des nächstfolgenden Einschnitts abgeflacht ist. 2. Gewindeeinsatz nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Abflachung um so grösser ist, je grösser die Gewindesteigung ist. 3. Gewindeeinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Abflachung um so grösser ist, je grösser der Spitzenwinkel der konischen Anfasung ist. 4. Gewindeeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Abflachung einen 0 Freiwinkel mindestens im Bereich von 0 bildet. 5. Gewindeeinsatz nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Abflachung einen positiven Freiwinkel bildet. 6. Gewindeeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass hinter den Gewinde schneidkanten eine Abstufung vorgesehen ist, die bis zur vorderen Kante des nächstfolgenden Einschnitts verläuft. 7. Gewindeeinsatz nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Abstufung im Querschnitt kreisförmig verläuft und eine Tiefe aufweist, die etwa der Höhe der Schneidflächenvergrösserung aufeinander folgender Profile von aufeinanderfolgenden Gewinde schneidkanten entspricht. 8. Gewindeeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis. 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass hinter den Gewindeschneidkanten die konische Anfasung im Quer schnitt gesehen kreisbogenförmig bis zur vorderen Kante des nächstfolgenden Einschnitts abgeflacht ist. 9. Gewindeeinsatz nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die kreisbogenförmige Abflachung im Abstand hinter der Gewindeschneidkante beginnt. 10. Gewindeeinsatz nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die kreisbogenförmige Abflachung unmittelbar an der Gewindeschneidkante beginnt. 11. Gewindeeinsatz nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die kreis bogenförmige Abflachung an der vorderen Kante eine Tiefe aufweist, die etwa der Höhe der Schneidflächen vergrösserung aufeinanderfolgender Profile von auf einanderfolgenden Gewindeschneidkanten entspricht. 12. Gewindeeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Profil hinter den Gewindeschneidkanten bis zur vorderen Kante des nächstfolgenden Einschnitts im wesentlichen Konstant bleibt. 13. Gewindeeinsatz nach Anspruch 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Profil dreiecksförmig ist und mit wachsendem Durchmesser der konischen Anfasung zunimmt. 14. Gewindeeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen benachbarten Gewindegründen parallel zu ihnen Riefen verlaufen. 15. Gewindeeinsatz nach Anspruch 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Riefen eine zur vorderen Kante des nächstfolgenden Einschnitts zunehmende Tiefe aufweisen.

Inventors: STOVEKEN, BERNHARD, Stöveken, Bernhard
Applicants: PRECISION FASTENERS
Application year: 1984
Main classification: F16B37
IPC codes: F16B37