РЕЗЬБОВОЙ ЭЛЕМЕНТ, А ТАКЖЕ СОЗДАВАЕМОЕ С ЕГО ПОМОЩЬЮ СОЕДИНЕНИЕ
THREADED ELEMENT AND A CONNECTION CREATED ON ITS BASIS

Данное изобретение касается резьбового элемента согласно ограничительной части независимого пункта 1 формулы изобретения, предпочтительно выполненного в виде полученной холодной высадкой детали из металла, в частности стали, имеющего (воображаемую) продольную среднюю ось, с резьбой, имеющей угол подъема винтовой линии резьбы, причем этот резьбовой элемент путем кручения в окружном направлении затягивания может свинчиваться с имеющим сопряженную резьбу ответным элементом резьбового соединения и благодаря этому может перемещаться (переставляться) в ориентированном вдоль продольной средней оси аксиальном направлении (направлении аксиального поступательного, т.е. прямолинейного движения (перестановки)) на опорный участок либо ответного элемента резьбового соединения, либо отдельного от него конструктивного элемента, расположенного аксиально смежно с резьбовым элементом (предпочтительно зажимаемого между ответным элементом резьбового соединения и резьбовым элементом), и причем этот резьбовой элемент имеет (аксиальный) кольцевой участок для (аксиального) опирания на указанный опорный участок, и причем на кольцевом участке образованы анкеровочные средства для фиксирования с геометрическим замыканием в указанном опорном участке для создания соединения с геометрическим замыканием, которые имеют несколько разнесенных друг от друга в окружном направлении затягивания, предпочтительно равномерно распределенных в окружном направлении формирующих участков, каждый из которых содержит проходящую в аксиальном направлении и предпочтительно в радиальном направлении (нижнюю) формирующую кромку, причем в окружном направлении затягивания перед этими формирующими участками расположено по одному углублению для приема материала опорного участка, деформируемого посредством соответствующего формирующего участка, причем каждое из этих эти углублений с окружной стороны, противоположной соответствующему формирующему участку в окружном направлении затягивания, ограничено стенкой, которая имеет первый стеночный участок, поднимающийся против направления затягивания вверх встречно аксиальному направлению и выполненный в виде рампы, или состоит из него, и причем каждое из этих углублений с окружной стороны, противоположной выполненному в виде рампы первому стеночному участку против окружного направления затягивания, ограничено предпочтительно примыкающим к формирующей кромке и/или к первому стеночному участку вторым стеночным участком соответствующего или относящегося к нему формирующего участка.
Далее, данное изобретение касается содержащего такого рода резьбовой элемент соединения согласно независимому пункту 10 формулы изобретения.
На практике существует проблема надежного предотвращения непреднамеренного ослабления винта с головкой, свинченного с конструктивным элементом с внутренней резьбой. Для решения этой проблемы известна дополнительная фиксация винта с головкой на конструктивном элементе с внутренней резьбой посредством специальных клеев, которые повышают момент отвинчивания. Кроме того, было известно решение, состоявшее в деформировании наружной резьбы винта с головкой так, чтобы в результате этого за счет взаимодействия с внутренней резьбой элемента с внутренней резьбой, выполненной как стандартная внутренняя резьба, создается повышенный момент отвинчивания. Аналогично обстоит дело с соответствующей проблемой у гаек.
Из DE 20 2008 001 295 U1 известен винт с головкой с выполненным на кольцевом заплечике ребристым профилированием. Эти ребра ограничивают расположенные между ребрами аксиальные углубления. Как видно из Фиг.2, на которой профилирование показано с направления обзора радиально изнутри радиально наружу, боковая поверхность, ограничивающая углубление в направлении окружности затягивания, поднимается под углом 60° в направлении, указывающем прочь от направления окружности затягивания. Если этот известный винт с головкой движется в направлении ослабления, т.е. поворачивается против окружного направления затягивания, чтобы разъединить созданное этим винтом соединение, то проходящая под 60° боковая поверхность поднимается над возможно заформованным в углубление конструктивным материалом, и на достаточно высокий тормозной или удерживающий момент рассчитывать не следует.
Из US 2,147,209 A известна гайка с предусмотренной на ее нижней стороне спирально закрученной ребристой структурой, причем боковые поверхности ребер поднимаются круто.
Из DE 85 30 936 A известен винт с головкой, который на кольцевом заплечике своей головки имеет ребристую структуру с расположенными между ребрами углублениями. Поднимающиеся против окружного направления затягивания боковые поверхности, которые ограничивают углубления в окружном направлении затягивания, имеют угол подъема примерно 80°. Также у такого винта при его кручении в окружном направлении вышеназванная боковая поверхность поднималась бы над возможно заформованным конструктивным материалом, соответственно, проворачивалась - в любом случае не следует рассчитывать на значительный удерживающий или тормозной момент.
Также и у известного из DE 28 22 928 A1 винта с головкой расположенная в окружном направлении затягивания боковая поверхность поднимается очень круто, здесь под углом приблизительно 90°, тогда как формирующий участок, т.е. противоположная, лежащая против окружного направления затягивания боковая поверхность поднимается очень полого.
Исходя из вышеназванного уровня техники, в основу данного изобретения положена задача создания резьбового элемента, который предотвращает непреднамеренное ослабление (развинчивание) этого резьбового элемента за счет обеспечения высокого удерживающего или тормозного момента, и в случае которого нет никакой необходимости в наличии нестандартной резьбы и/или деформированной резьбы, и/или в фиксировании получившегося резьбового соединения специальным клеем против непреднамеренного ослабления. Далее, задача состоит в том, чтобы предложить соединение, создаваемое с таким резьбовым элементом.
Эта задача в отношении резьбового элемента решается признаками независимого пункта 1 формулы изобретения, т.е. в случае рассмотренного вначале резьбового элемента, в частности, винта с головкой или гайки, задача решается тем, что первые стеночные участки, противоположные формирующим участкам в окружном направлении затягивания (каждому), выполненные каждый как, в частности, прямолинейная рампа, имеют каждый соответствующий угол подъема относительно (воображаемой) радиальной плоскости, перпендикулярно пересекаемой продольной средней осью, который на величину между по меньшей мере 0,5° и максимум 20°, предпочтительно между по меньшей мере 1° и максимум 15°, особенно предпочтительно между по меньшей мере 1,5° и максимум 10°, еще более предпочтительно между по меньшей мере 2° и максимум 8°, наиболее предпочтительно между по меньшей мере 2° и максимум 5° больше, чем угол подъема винтовой линии резьбы, а вторые стеночные участки (которые против окружного направления затягивания расположены смежно с соответствующими первыми стеночными участками соответствующего углубления, предпочтительно непосредственно рядом) имеют соответствующее скругление (открывающееся в окружном направлении затягивания и/или аксиально в направлении поступательного движения) или образованы как (такое) скругление.
В отношении соединения эта задача решается признаками независимого пункта 10 формулы изобретения.
Предпочтительные модификации данного изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения. Под объем защиты данного изобретения подпадают все комбинации по меньшей мере из двух признаков, раскрытых в описании в формуле изобретения и/или на чертежах.
В основе данного изобретения лежит идея, заключающаяся в том, чтобы предпочтительно (однако, не обязательно) резьбовой элемент, имеющий резьбу, выполненную как стандартная, соответственно, обычная резьба, в области аксиального, проходящего вокруг продольной средней оси кольцевого участка, который в случае выполнения винта с головкой образован (нижним) кольцевым заплечиком, соответственно, торцевой стороной головки винта, или в случае выполнения этого резьбового элемента в виде гайки образован аксиальной торцевой стороной тела гайки, которым этот резьбовой элемент в смонтированном состоянии опирается на опорный участок, снабдить анкеровочными средствами, которые выполнены таким образом, что с их помощью путем кручения резьбового элемента в окружном направлении затягивания, т.е. в случае резьбового элемента с правой резьбой - по часовой стрелке, и путем связанной с этим аксиальной подачи вдоль продольной протяженности продольной средней оси в направлении поступательного (прямолинейного) движения (аксиально к опорному участку) материал (материал опорного участка) расположенного смежно с этой резьбой опорного участка, на который указанный резьбовой элемент опирается вышеупомянутым кольцевым участком, пластически заформовывается в предусмотренные для этого, расположенные на нижней стороне углубления в кольцевом участке, чтобы, тем самым, создать соединение с геометрическим замыканием между этим резьбовым элементом и опорным участком, образованным либо ответным элементом (партнер) резьбового соединения, либо отдельным от этого ответного элемента резьбового соединения конструктивным элементом, расположенным аксиально смежно с кольцевым участком, и, тем самым, повысить требуемый для ослабления (развинчивания) резьбового элемента крутящий момент отвинчивания, соответственно, начальный вращающий момент, который требуется для того, чтобы при ослаблении (развинчивании) этого резьбового элемента снова деформировать указанный деформированный материал или срезать его. Иначе говоря, посредством предусмотренных на этом резьбовом элементе анкеровочных средств создается повышающее крутящий момент отвинчивания, соответственно, начальный вращающий момент, активное в окружном направлении отвинчивания соединение с геометрическим замыканием (аксиальное зацепление друг с другом) между резьбовым элементом, соответственно, предусмотренными в его кольцевом участке углублениями и опорным участком, на который указанный резьбовой элемент (при созданном соединении с геометрическим замыканием) опирается по своему кольцевому участку в аксиальном направлении, причем для этого указанные предпочтительно выполненные монолитно с указанным кольцевым участком анкеровочные средства имеют множество расположенных в окружном направлении на расстоянии друг от друга и проходящих в аксиальном направлении формирующих участков, каждый из которых получен таким образом, что с их помощью вследствие комбинированного движения резьбового элемента при затягивании в окружном направлении затягивания, как и в аксиальном направлении (т.е. в направлении поступательного движения) материал опорного участка в окружном направлении затягивания деформируется, соответственно, вытесняется, а именно аксиально (против направления аксиального поступательного движения) в соответствующее аксиальное углубление, смежное с соответствующим формирующим участком в окружном направлении затягивания, так что затрудняется движение кручения резьбового элемента против окружного направления затягивания, т.е. в окружном направлении отвинчивания. Существенно, что эти формирующие участки по меньшей мере часть материала опорного участка не отделяют от остального опорного участка, соответственно, элемента при затягивании этого резьбового элемента, соответственно, не удаляют, а что остается прочное соединение с замыканием по материалу между вытесненным внутрь углублений материалом или по меньшей мере частью этого материала и остальным опорным материалом, чтобы тем самым надежно повысить необходимый крутящий момент отвинчивания.
Этот повышенный крутящий момент отвинчивания, соответственно, начальный вращающий момент получается в результате того, что деформированный (не удаленный, соответственно, не снятый) материал опорного участка при приложении усилия к резьбовому элементу в окружном направлении отвинчивания для кручения резьбового элемента против окружного направления затягивания упирается в соответствующую стенку, - которая ограничивает соответствующее углубление с окружной стороны, противоположной соответствующему формирующему участку в окружном направлении затягивания, - или, соответственно, опирается на нее. Для того, чтобы предварительно задать большой заданный начальный вращающий момент и/или сделать возможным ослабление резьбового элемента, соответственно, осознанное кручение его против окружного направления затягивания с преодолением крутящего момента отвинчивания, соответственно, начального вращающего момента, согласно изобретению предусмотрено, что вышеупомянутая стенка (боковая сторона), которая ограничивает соответствующее углубление в окружном направлении затягивания противоположно соответствующему формирующему участку, по меньшей мере один, предпочтительно образующий наибольший участок поверхности этой стенки, соответственно боковой поверхности первый стеночный участок выполняется, в частности, как прямая, т.е. не изогнутая рампа, и при этом поднимается аксиально вверх (т.е. против направления аксиального поступательного движения при затягивании) прочь от опорного участка в направлении верхнего, соответственно, обращенного от опорного участка конца резьбового элемента против окружного направления затягивания (предпочтительно линейно, соответственно, прямолинейно), а именно с подъемом, который по модулю больше, чем подъем резьбы резьбового элемента. При этом особенно предпочтительно, если образованный в виде рампы и поднимающийся против окружного направления затягивания аксиально от формирующих кромок формирующих участков соответствующий первый стеночный участок образует наибольший участок поверхности, ограничивающей углубление в окружном направлении затягивания стенки, соответственно, боковой поверхности, что означает, что первый стеночный участок составляет предпочтительно по меньшей мере более 50% площади всей соответствующей боковой поверхности, соответственно, стенки, предпочтительно более 60%, еще более предпочтительно более 70%, наиболее предпочтительно более 80%, еще предпочтительнее более 90%, причем особенно предпочтительно, если соответствующий вышеназванный, образованный в виде рампы первый стеночный участок составляет всю соответствующую стенку, соответственно, боковую поверхность, которая противолежит соответствующему формирующему участку в окружном направлении затягивания.
Одним наиболее существенным признаком является теперь вышеупомянутый выбор угла подъема соответствующей вышеназванной боковой поверхности, соответственно, стенки или соответствующего вышеназванного первого стеночного участка этой боковой поверхности, соответственно, стенки, под которым эта поверхность или участок поднимается аксиально против окружного направления затягивания, т.е. вверх (т.е. против направления поступательного движения), соответственно, аксиально от формирующих кромок указанных формирующих участков. Существенным условием для движения вниз является то, что этот угол подъема, который заключен между соответствующей боковой поверхностью или соответствующим первым стеночным участком и (воображаемой) радиальной плоскостью, пересекаемой под прямым углом продольной средней осью резьбового элемента, больше, а именно по меньшей мере на 0,5° больше, чем указанный угол подъема винтовой линии резьбы резьбового элемента, чтобы, тем самым, надежно предотвращать легкоходное, соответственно, нежелательное ослабление резьбового элемента. С другой стороны, существенным является, кроме того, что величина вышеназванного угла подъема, соответственно, боковых поверхностей или первых стеночных участков выбирается не большей, чем угол подъема винтовой линии резьбы плюс 20°. Иначе говоря, этот угол подъема первого стеночного участка или всей стенки (боковой стороны) больше, чем угол подъема винтовой линии резьбы на величину между по меньшей мере 0,5° и не более, соответственно, максимум 20°, наиболее предпочтительно между по меньшей мере 1° и максимум 15°, еще более предпочтительно между по меньшей мере 1,5° и максимум 10°, еще предпочтительнее между по меньшей мере 2° и максимум 8°, наиболее предпочтительно между по меньшей мере 2° и максимум 5°. Благодаря тому, что этот угол подъема соответствующего первого стеночного участка (или соответствующей всей боковой поверхности, соответственно, стенки) не превышает заранее заданное, соответствующее максимальное значение угла подъема, гарантируется, что деформированный материал опорного участка может по большой поверхности прилегать к первому стеночному участку, соответственно, к стенке, и предотвращается также, что при ослаблении резьбового элемента, т.е. при кручении против окружного направления затягивания структура анкеровочных средств, в частности, ребристая структура опирается, по существу, только нижней кромкой на утолщенный, соответственно, деформированный материал опорного участка, или в рамках ослабления резьбового элемента поднимается над этим поднятым материалом опорного участка внутри углубления, без необходимости преодоления при этом значительного удерживающего момента, соответственно, момента отвинчивания. Предотвращается также и то, что соответствующий вышеназванный стеночный участок, соответственно, соответствующая боковая поверхность/стенка сначала должны быть повернуты немного дальше в окружном направлении, пока они не будут прилегать к материалу опорного участка - т.е. выбирается зазор из соединения, созданного посредством предлагаемого изобретением резьбового элемента, так как за счет такого выбора угла понятый, соответственно, деформированный материал опорного участка может одновременно опираться как на соответствующий, вышеназванный первый стеночный участок, так и на расположенный против окружного направления затягивания, как это еще будет пояснено ниже, образованный как скругление или по меньшей мере содержащий скругление соответствующий второй стеночный участок относящегося к нему (соответствующего) формирующего участка. Для выбора угла подъема соответствующей вышеназванной боковой поверхности или соответствующего вышеназванного первого стеночного участка это означает, например, в случае типичного угла подъема винтовой линии резьбы 3,17°, что угол подъема соответствующей боковой поверхности и/или соответствующего первого стеночного участка не может быть меньше 3,67° и не может быть больше 23,17°, предпочтительно должен быть не меньше 4,17° и не больше 18,17°, предпочтительно не меньше 4,67° и не больше 13,17°, еще более предпочтительно не меньше 5,17° и не больше 11,17°, еще предпочтительнее не меньше 5,17° и не больше 8,17°.
Еще один существенный признак данного изобретения состоит в том, что соответствующий, противоположный соответствующему первому стеночному участку против окружного направления затягивания и ограничивающий углубление второй стеночный участок соответствующего или относящегося к нему формирующего участка выполнен не прямолинейным, а содержит скругление и, особенно предпочтительно, образован как скругление таким образом, что образуется выпуклый участок углубления, внутрь которого может вытесняться материал опорного участка. Этот ограниченный указанным скруглением участок углубления с точки зрения углубления является соответственно выпуклым, т.е. изгибает углубление против окружного направления затягивания и, тем самым, с точки зрения скругления открывается в окружном направлении затягивания и/или в направлении аксиального поступательного движения. Или, иначе говоря, вторые стеночные участки выполнены в форме скругления, т.е. сводчатыми, соответственно, изогнутыми, в частности, контурированы в форме сегмента окружности или имеют соответствующее контурирование по меньшей мере на одном частичном участке. Это скругление проходит при этом между двумя в аксиальном направлении разнесенными друг от друга местами вторых стеночных участков, в частности, от соответственно относящейся к нему формирующей кромки до соседнего первого стеночного участка, соответственно, до аксиально против этого направления движения наиболее глубокого места относящегося к нему углубления. Скругленный контур вторых стеночных участков проходит предпочтительно, в частности, прямолинейно, в радиальном направлении по всей радиальной протяженности относящегося к нему углубления, так что в результате получается контур углубления в форме выемки на соответствующей стороне углубления, расположенной против окружного направления затягивания. Данным изобретением было установлено, что благодаря скругленному выполнению, соответственно, контурированию вторых стеночных участков существенно минимизируется опасность срезания материала опорного участка при затягивании резьбового элемента путем кручения в окружном направлении затягивания, и материал опорного участка лучше или в бόльших количествах прилегает к скругленному второму стеночному участку, в частности, в аксиальном направлении дальше вверх, соответственно, от опорного участка, наиболее предпочтительно до перехода между соответствующим первым и соответствующим вторым стеночными участками.
Резьбовой элемент, выполненный вышеописанным образом, обеспечивает не только большой удерживающий момент или момент отвинчивания, предотвращает люфт в созданном соединении и предотвращает отворачивание (вращение обратно) расположенных в окружном направлении затягивания и против окружного направления затягивания, а также поднимающихся аксиально против направления поступательного движения первых стеночных участков при ослаблении (развинчивании) указанного резьбового элемента за деформированный материал опорного участка, но к тому же может быть особенно просто изготовлен методом холодной высадки, что предпочтительно в плане экономичного и точного изготовления резьбового элемента.
В принципе возможно и предпочтительно, все формирующие участки с принадлежащими им углублениями, соответственно, с первым и вторым стеночными участками формировать геометрически идентичными, соответственно, одинаковыми. Однако можно также реализовать геометрически различные формирующие участки и/или геометрически различные углубления, соответственно, геометрически различные первые и/или вторые стеночные участки на резьбовом элементе, причем тогда либо все формирующие участки и углубления, соответственно, первые и вторые стеночные участки выполнены согласно данному изобретению, либо только часть формирующих участков, соответственно, углублений, точнее их первые и вторые стеночные участки.
Предпочтительно также, если к каждому первому стеночному участку в окружном направлении затягивания примыкает формирующая кромка смежного формирующего участка - здесь тоже может быть реализован альтернативный вариант выполнения, при котором по меньшей мере к одному из первых стеночных участков формирующая кромка смежного формирующего участка примыкает не непосредственно, а она находится на расстоянии в окружном направлении.
В плане конкретного выполнения указанного резьбового элемента имеются различные возможности. Согласно первой альтернативе предусмотрено выполнять этот резьбовой элемент как винт с головкой, содержащий стержень, имеющий или несущий на себе резьбу в качестве наружной резьбы, и проходящий вдоль продольной средней оси, а также выступающую за этот стержень в радиальном направлении и имеющую привод, предпочтительно выполненный, например, как привод с шестигранным выходом или привод с выходом в виде звездочки, для приложения крутящего момента в окружном направлении затягивания, головку винта, которая на своей обращенной к стержню нижней стороне имеет кольцевой участок с анкеровочными средствами для фиксирования с геометрическим замыканием в образующем опорный участок кольцевом заплечике. Согласно второй альтернативе предусмотрено выполнять резьбовой элемент в виде гайки, содержащей тело гайки со сквозным отверстием, на внутреннем периметре которого выполнена резьба в качестве внутренней резьбы, и которое с торцевой стороны имеет кольцевой участок с анкеровочными средствами, альтернативно только с одной стороны или с обоих противоположных друг другу аксиальных направлений, причем тело гайки предпочтительно имеет привод, в частности, в форме пар плоскостей под ключ для приложения крутящего момента в окружном направлении затягивания. Согласно одному особенно предпочтительному варианту выполнения, гайка и/или винт с головкой (каждый из них) выполнены цельными, т.е. монолитными.
В модификации данного изобретения предпочтительно предусмотрено, что опорная поверхность для опирания кольцевого участка на опорный участок перед заформовыванием формирующих участков в этот опорный участок образована исключительно нижними формирующими кромками формирующих участков, чтобы тем самым обеспечить максимальное удельное давление, соответственно, приложение силы для деформации материала опорного участка.
В плане выполнения, соответственно, выбора размеров формирующих участков имеются различные возможности. Согласно первой альтернативе соответствующая нижняя формирующая кромка формирующих участков проходит по меньшей мере приблизительно по всей радиальной протяженности кольцевого участка. Согласно одному альтернативному варианту выполнения указанные формирующие кромки проходят только на одном участке, соответственно, на радиальном участке радиальной протяженности кольцевого участка. Последний вариант служит, в частности, для того, чтобы усилить удельное давление на опорный участок за счет аксиальной подачи резьбового элемента при ввинчивании, и, тем самым, с приложением сравнительно небольшого усилия, соответственно, крутящего момента можно было деформировать материал опорного участка, чтобы вследствие этого получить желаемое соединение с геометрическим замыканием. Наиболее предпочтительно, если для повышения удельного давления формирующие кромки проходят в радиальном направлении и занимают только 5% - 75%, еще более предпочтительно между 10% и 50%, наиболее предпочтительно между 10% и 30%, еще более предпочтительно между 10% и 25% радиальной протяженности кольцевого участка в радиальном направлении по ней. Предпочтительно эта радиальная протяженность кольцевого участка в случае реализации резьбового элемента как винта с головкой соответствует радиальной протяженности кольцевого заплечика, начинающейся радиально внутри от стержня до перехода в окружную, соответственно, боковую поверхность головки винта. Предпочтительно эта радиальная протяженность кольцевого участка при реализации резьбового элемента в форме винта соответствует радиальной протяженности кольцеобразной аксиальной торцевой стороны, в частности, начинающейся от внутреннего периметра сквозного сверленого отверстия до перехода в окружную или боковую поверхность тела гайки, в частности, до перехода на факультативные пары плоскостей под ключ этой гайки.
Для сокращения радиальной протяженности кольцевого участка и тем самым анкеровочных средств возможно и предпочтительно предусматривают соответствующий кольцевой выступ на этом резьбовом элементе, в частности, на одной аксиальной торцевой стороне гайки, соответственно, на кольцевом заплечике головки винта с головкой.
В отношении количества формирующих участков, расположенных в окружном направлении, в частности, с равномерным распределением, предпочтительным оказался компромисс между высоким удерживающим или тормозным моментом, с одной стороны, и легкой формовкой, с другой стороны, если измеренный (вокруг продольной средней оси) внутренний угол между каждыми двумя в окружном направлении непосредственно смежными формирующими кромками выбран из диапазона значений между 20° и 40°, в частности, между 25° и 35°, и/или наиболее предпочтительно составляет 30°.
Наиболее предпочтительно указанные формирующие участки выполнены так, что по меньшей мере наибольшая часть, т.е. по меньшей мере 50% материала опорного участка, находящегося после затягивания резьбового элемента в относящемся к нему углублении, исключительно деформируется, т.е. еще соединена с замыканием по материалу с остальным материалом опорного участка вне этого углубления. Наиболее предпочтительно, если по меньшей мере приблизительно весь находящийся внутри углубления материал опорного участка еще соединен с находящимся вне углубления материалом опорного участка, т.е. исключительно деформируется и не отделяется от остального опорного участка, соответственно, от материала опорного участка. Такой вариант выполнения может быть реализован, в частности, за счет предлагаемого изобретением скругленного выполнения соответствующего второго стеночного участка углублений, вследствие чего эти углубления против окружного направления затягивания приобретают сводчатую форму, которая гарантирует, что деформированный внутрь соответствующего углубления материал может приформовываться к вогнутому относительно углубления скруглению второго стеночного участка, соответственно, вводиться в эту область.
В плане выбора размеров предпочтительно выполненного в форме сегмента окружности скругления второго стеночного участка оказалось предпочтительным, если оно имеет такой размер, который выбран из диапазона между 15% и 60%, в частности, между 20% и 50%, наиболее предпочтительно между 25% и 40%, еще более предпочтительно между 28% и 35% измеренного в окружном направлении окружного промежутка (окружная протяженность) между двумя в окружном направлении непосредственно смежными формирующими кромками и/или окружной протяженности соответствующего углубления, и/или составляет 33% измеренного в окружном направлении окружного промежутка (окружной протяженности) между двумя в окружном направлении непосредственно смежными формирующими кромками, и/или окружной протяженности соответствующего углубления.
В плане этой окружной протяженности второго стеночного участка, в частности, скругления оказалось предпочтительным, если она выбрана из диапазона значений между 15% и 60%, в частности, между 20% и 50%, наиболее предпочтительно между 25% и 30%, еще более предпочтительно между 28% и 35% измеренного в окружном направлении окружного промежутка (окружной протяженности) между двумя в окружном направлении непосредственно смежными окружными кромками и/или окружной протяженности соответствующего углубления, и/или составляет 33% измеренного в окружном направлении окружного промежутка (окружной протяженности) между двумя в окружном направлении непосредственно смежными формирующими кромками, и/или окружной протяженности соответствующего углубления.
Особенно целесообразно, если формирующие участки, предпочтительно после холодной штамповки высадкой для формования резьбового элемента, закалены, соответственно, закаляются, чтобы за счет этого можно было оптимально деформировать материал опорного участка, взаимодействующего с формирующими участками, в соответствующее углубление. Особенно предпочтительно при этом, если этот резьбовой элемент, наиболее предпочтительно исключительно в области формирующих участков, закален индукционно, чтобы благодаря этому получить сравнительно тонкий закаленный слой материала и одновременно получить определенную эластичность не закаленного материала резьбового элемента. Наиболее предпочтительно, если этот резьбовой элемент, в частности, формирующие кромки закалены (только) на максимальную глубину материала, выбранную из диапазона значений между 0,2 мм и 2,0 мм, предпочтительно между 0,5 мм и 1,0 мм.
Данное изобретение касается также соединения, созданного как соединение с геометрическим замыканием, и содержащего выполненный вышеописанным образом резьбовой элемент, в частности, винт с головкой или гайку, и ответный элемент резьбового соединения с сопряженной резьбой для свинчивания с резьбой указанного резьбового элемента. Далее, данное соединение содержит опорный участок, который образован либо ответным элементом резьбового соединения, либо отдельным от этого ответного элемента резьбового соединения и от резьбового элемента, аксиально к резьбовому элементу смежного конструктивного элемента, с тем, чтобы этот резьбовой элемент за счет свинчивания с ответным элементом резьбового соединения мог перемещаться аксиально (т.е. в направлении аксиального поступательного движения). В частности, такого рода конструктивный элемент за счет свинчивания резьбового элемента и ответного элемента резьбового соединения, предпочтительно может зажиматься между резьбовым элементом и ответным элементом резьбового соединения. Резьбовой элемент и опорный участок после процесса фиксации, соответственно, свинчивания резьбового элемента с ответным элементом резьбового соединения аксиально входят друг в друга, т.е. они сцеплены, а именно за счет деформации материала опорного участка аксиально против направления поступательного движения внутрь углублений в кольцевом участке резьбового элемента. Предпочтительно опорный участок перед созданием соединения с геометрическим замыканием имеет плоскую, согласованную с кольцевым участком резьбового элемента поверхность, в которую аксиально внедряется указанный резьбовой элемент, точнее его формирующие участки. Это соединение с геометрическим замыканием в результате характеризуется тем, что в указанные углубления в кольцевом участке резьбового элемента (посредством соответствующих формирующих участков) заформован материал опорного участка, который с замыканием по материалу соединен с остальным, т.е. не деформированным материалом опорного участка. Предпочтительно большая часть, еще более предпочтительно весь находящийся в углублениях материал опорного участка исключительно деформируется (а не срезается). Этот заформованный в углубления материал опорного участка опирается на первый, ограничивающий соответствующее углубление в окружном направлении затягивания, рампообразный, в частности, прямой стеночный участок и предпочтительно также на соответствующий, против окружного направления затягивания смежный второй стеночный участок соответствующего формирующего участка, который характеризуется полной по меньшей мере на отдельных участках скругленной формой, которая особенно способствует предотвращению срезания, поскольку материал опорного участка может скользить вдоль этого скругления.
Предпочтительно указанный резьбовой элемент выполнен из более твердого материала и/или имеет по меньшей мере один более твердый, в частности, полученный путем индукционной закалки участок, чем материал используемого с ним, соответственно, соединяемого с геометрическим замыканием опорного участка. Так, резьбовой элемент состоит чаще всего из стали, а опорный участок из сплава легких металлов, в частности, из сплава на основе алюминия. Также можно выполнить резьбовой элемент по меньшей мере в области формирующих участков, наиболее предпочтительно в области формирующих кромок из более твердой стали, чем стальной материал опорного участка, причем такое выполнение более твердыми формирующих участков, в частности, формирующих кромок может производиться путем последующей закалки, в частности, индукционной закалки.
Предлагаемый изобретением резьбовой элемент за счет выбора ограничивающих углубления соответственно в окружном направлении затягивания первых стеночных участков, в частности, по меньшей мере приблизительно всех стеночных участков относительно радиальной плоскости, а также за счет скругленного выполнения расположенного против окружного направления затягивания второго стеночного участка, позволяет деформируемому материалу опорного участка прилегать как к первым стеночным участкам, поднимающимся аксиально от формирующих кромок, т.е. вверх, и выполненных соответственно в виде рампы, в частности, на большей части протяженности по поверхности этих стеночных участков, наиболее предпочтительно по всей стенке, соответственно, боковой поверхности, так и к расположенным против окружного направления затягивания, изогнутым, соответственно, скругленным вторым стеночным участкам, в частности, таким образом, что указанное соединение фактически не имеет люфта в окружном направлении.
Наиболее предпочтительно реализовать соединение с геометрическим замыканием путем соответствующего выполнения указанного резьбового элемента так, что для ослабления соединения с геометрическим замыканием этого резьбового элемента он может приводиться во вращение против окружного направления затягивания, в частности, путем передачи крутящего момента на факультативный привод указанного резьбового элемента, и при этом может преодолеваться начальный вращающий момент, который больше, чем необходимый момент отвинчивания для ослабления соответствующего соединения с имеющим такие же размеры резьбовым элементом, который не имеет предлагаемых изобретением формирующих участков и углублений с выбором угла первых стеночных участков и скругленных и/или имеющих скругление вторых стеночных участков, но вместо этого имеет, например, плоский, в частности, радиально плоский, кольцевой участок для прилегания к опорному участку.
Особенно предпочтительно, если это соединение с геометрическим замыканием выполнено таким образом, что для ослабления соединения с геометрическим замыканием резьбовой элемент может приводиться во вращение против окружного направления затягивания, и при этом может срезаться заформованный в углубления материал опорного участка. Иначе говоря, этот резьбовой элемент предпочтительно выполнен так, что при затягивании исключительно деформируемый материал опорного участка при ослаблении вынужденно срезается.
Другие преимущества, признаки и детали данного изобретения раскрыты в нижеследующем описании предпочтительных примеров выполнения, а также на прилагаемых чертежах.
На чертежах показано следующее:
Фиг.1a-1c - различные изображения в частичном разрезе одного предпочтительного варианта выполнения согласно данной концепции изобретения, в данном случае резьбового элемента, реализованного в виде гайки,
Фиг.2a - развертка имеющего анкеровочные средства кольцевого участка резьбового элемента, выполненного согласно данной концепции изобретения,
Фиг.2b и 2c - развертки соединения с геометрическим замыканием, созданного с помощью резьбового элемента, предлагаемого изобретением,
Фиг.3a-3c - альтернативный, выполненный согласно данной концепции изобретения вариант выполнения реализованного в виде гайки резьбового элемента с кольцевым участком, более узким в радиальном направлении по сравнению с примером выполнения согласно Фиг.1a-1c,
Фиг.4a-4c - еще один альтернативный пример выполненного согласно данной концепции изобретения резьбового элемента в форме гайки,
Фиг.5a-5c - другой альтернативный пример выполненного согласно данной концепции изобретения резьбового элемента, опять же, например, в форме гайки с большим количеством формирующих участков и кромок, по сравнению с примером выполнения согласно Фиг.1a-1c,
Фиг.6 - изображение в перспективе альтернативного, выполненного согласно данной концепции изобретения резьбового элемента, в данном случае реализованного как винт с головкой.
На чертежах одинаковые элементы и элементы с одинаковой функцией обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Показанные на чертежах размеры приведены лишь для пояснения и не ограничивают данное изобретение, однако, эти размеры и любые получающиеся из по меньшей мере двух размеров соотношения размеров раскрыты как существенные для изобретения, и на них может быть испрошена защита.
На Фиг.1a-1c показан резьбовой элемент 1, выполненный как деталь, полученная холодной высадкой из металла, в данном случае из стали, например, в форме гайки. Она содержит монолитное тело гайки, которое со стороны боковой поверхности имеет привод 3, в данном случае в форме пар плоскостей под ключ, здесь, например, с размером под ключ SW19. В теле 2 гайки предусмотрено сквозное отверстие 4, которое снаружи ограничивается выполненной как внутренняя резьба резьбой 5, в данном случае, например, метрической резьбой M12.
Тело 2 гайки имеет продольную среднюю ось L, вдоль которой на аксиальном расстоянии друг от друга расположены две аксиальные торцевые стороны 6, 7. Верхняя, например, в плоскости чертежа согласно Фиг.1c торцевая сторона 6 образует кольцевой участок 8, на котором анкеровочные средства 9 реализованы монолитно с телом 2 гайки. Путем кручения резьбового элемента 1 в окружном направлении F затягивания вокруг продольной средней оси L и за счет этого свинчивания указанного резьбового элемента 1 с ответным элементом резьбового соединения, имеющим сопряженную резьбу, корреспондирующую с резьбой 5, этот резьбовой элемент 1 перемещается аксиально, соответственно, в направлении T поступательного аксиального движения (перестановки), в примере по Фиг.1b перпендикулярно из плоскости чертежа, соответственно, на изображении по Фиг.1c в плоскости чертежа вверх. Путем комбинированного движения кручения и аксиального перемещения в опорный участок заформовываются анкеровочные средства 9, так что создается соединение с геометрическим замыканием между резьбовым элементом 1 и опорным участком.
Анкеровочные средства 9 в показанном примере выполнения для создания соединения с геометрическим замыканием, соответственно, для анкеровки в опорном участке содержат несколько здесь, например, равномерно разнесенных друг от друга в окружном направлении формирующих участков 10, каждый из которых имеет одну аксиально нижнюю, соответственно, расположенную в направление T аксиального движения и проходящую в радиальном направлении формирующую кромку 11.
В окружном направлении затягивания смежно с каждым формирующим участком 10 находится аксиальное углубление 12, которое проходит вверх, соответственно, прочь от анкеровочных средств 9, т.е. проходит против направления T аксиального движения, и в которое при кручении резьбового элемента 1 в окружном направлении F затягивания посредством относящегося к нему формирующего участка 10 может заформовываться материал опорного участка, соответственно, вытесняться внутрь него, чтобы тем самым затруднить ослабление (отвинчивание) резьбового элемента 1 против окружного направления F затягивания.
В окружном направлении F затягивания каждое углубление 12 ограничивается рампообразным первым стеночным участком 13, который поднимается против окружного направления затягивания аксиально от формирующих кромок, соответственно, от опорного участка. Против окружного направления затягивания каждое углубление 12 ограничивается вторым, скругленным стеночным участком 14, причем первый и второй стеночные участки 13, 14 соответственно встречаются на радиальной линии 15, соответственно, в наиболее глубоком в аксиальном направлении месте соответствующего углубления. В показанном примере выполнения вторые стеночные участки 14 реализованы со скруглением с радиусом R3.
Как следует из Фиг.1b, каждые две непосредственно смежные в окружном направлении формирующие кромки 11 находятся друг от друга на расстоянии внутреннего угла в 30° - иначе говоря, угол окружной протяженности углублений 12 составляет 30°.
Из Фиг.1a-1c получается к тому же, что выступающая аксиально дальше всех вперед поверхность, т.е. опорная поверхность для опирания кольцевого участка 6 на указанный опорный участок перед заформовыванием формирующих участков 10 в опорный участок образована исключительно нижними формирующими кромками формирующих участков 10.
На Фиг.2a показана развертка предлагаемых изобретением анкеровочных средств 9. Можно увидеть разнесенные друг от друга в окружном направлении формирующие кромки 11, которые ограничивают соответствующие формирующие участки 10 в направлении T аксиального движения, т.е. в направлении к опорному участку. Можно видеть также вторые стеночные участки 14 формирующих участков 10 скругленной формы, причем за счет указанного скругления эти выполненные между каждыми двумя формирующими кромками 11 углубления 12 выпукло расширяются против окружного направления F затягивания, соответственно, выгибаются. Вторые стеночные участки 14 в показанном примере выполнены полностью скругленными, так что каждое скругление проходит от соответствующей формирующей кромки 11 до соответствующей аксиально наиболее глубокой точки, соответственно, каждого углубления 12, соответственно, до соответствующей радиальной линии 15. Здесь с соответствующим вторым стеночным участком 14 встречается противоположный в направлении F затягивания первый стеночный участок 13, который имеет угол δ подъема, который по меньшей мере на 0,5° и максимум на 20° больше, чем угол подъема винтовой линии резьбы 5. Эта ситуация с углами получается из Фиг.2b и Фиг.2c, на каждой из которых показан фрагмент соединения 16 резьбового элемента 1 и опорного участка 17, в который аксиально заформованы анкеровочные средства 9 резьбового элемента 1.
На Фиг.2b обозначен угол δ подъема первого стеночного участка 13, соответственно, первых стеночных участков 13. Этот угол δ заключен между соответствующим первым стеночным участком 13 и радиальной плоскостью R. Угол подъема винтовой линии резьбы, например, предусмотренной здесь резьбы M12 составляет 2,94°, так что указанный угол δ подъема - здесь величиной 5°- на угол 2,06° больше, чем угол α подъема винтовой линии 5.
На увеличенном изображении согласно Фиг.2c видна скругленная форма вторых стеночных участков 14, а также соответствующая окружная протяженность углублений 12. В показанном примере выполнения эта окружная протяженность соответствующего второго стеночного участка 14 соответствует 50% окружной протяженности относящегося к нему первого стеночного участка 13, соответственно, трети окружной протяженности углубления 12.
Можно видеть, что в образованном соединении с геометрическим замыканием материал опорного участка 18 примыкает к первому стеночному участку 13, равно как и к второму стеночному участку 14 - получающаяся вследствие скругления изогнутая, соответственно, дугообразная форма этого второго стеночного участка 14 отражается конгруэнтно по форме в деформируемом материале опорного участка 18, который с замыканием по материалу соединен, соответственно, остается соединенным с остальным материалом опорного участка 17.
Как следует из Фиг.2c, указанный резьбовой элемент 1 при кручении против окружного направления F затягивания своими первыми стеночными участками 13 контактирует по большой поверхности с прилегающим к ним материалом опорного участка 18, в результате чего происходит значительное повышение момента отвинчивания - дальнейшее поворачивание просто невозможно, поскольку, как упоминалось, угол подъема резьбы меньше.
В дальнейшем рассматриваются альтернативные примеры выполнения резьбовых элементов 1 согласно данной концепции изобретения, причем во избежание повторений будут разъясняться, по существу, только отличия от предшествующих примеров выполнения. В отношении общих признаков, а также соединений, которые могут быть получены с таким резьбовым элементом, даются отсылки на вышеприведенные описания соответствующих фигур.
В примере выполнения по Фиг.3a-3c можно видеть, что кольцевой участок 8 имеет небольшую радиальную протяженность, вследствие чего повышается удельное давление при заформовывании анкеровочных средств 9. Для этого на торцевой стороне 6 предусмотрен кольцевой выступ 19 (уступ), образующий кольцевой участок 8.
В примере выполнения по Фиг. 4a предусмотрено значительно меньше формирующих участков 10, (а именно в количестве трех) с соответствующей формирующей кромкой 11, чтобы снизить вращающий момент затягивания.
В примере выполнения по Фиг.5a-5c окружная протяженность углублений 12 меньше, чем в примере выполнения по Фиг.1a-1c, вследствие чего на одинаковой площади расположено больше формирующих участков 10.
В примере по Фиг.6 выполненный как винт с головкой резьбовой элемент имеет проходящий вдоль продольной средней оси L стержень 20, который несет на себе резьбу 5, выполненную как наружная резьба. Радиально за стержень 20 с резьбой 5 выступает головка винта 21, имеющая нижний, соответственно, обращенный к стержню 20 кольцевой заплечик 22, который в данном случае по всей своей радиальной протяженности (альтернативно - только на одном частичном участке своей радиальной протяженности) образует кольцевой участок 8 с анкеровочными средствами 9. Анкеровочные средства 9 в показанном примере выполнения образованы аналогично примеру выполнения согласно Фиг.5a-5c и содержат множество расположенных в окружном направлении, здесь, например, равномерно распределенных формирующих участков 10, каждый из которых несет на себе скругленный второй стеночный участок 14, который ограничивает соответствующее углубление 12 против окружного направления затягивания. В окружном направлении F затягивания каждое углубление 12 ограничивается первым, рампообразным стеночным участком 13, имеющим по меньшей мере на 0,5° больший угол подъема, чем угол подъема винтовой линии резьбы 5, выполненной как наружная резьба.
С торцевой стороны, на виде по Фиг.6 не показано, этот винт с головкой в своей головке 21 винта несет расположенное с торцевой стороны приводное углубление.
Перечень ссылочных позиций
1 резьбовой элемент
2 тело гайки
3 привод
4 сквозное отверстие
5 резьба
6 торцевая сторона с кольцевым участком
7 торцевая сторона
8 кольцевой участок
9 анкеровочные средства
10 формирующий участок
11 формирующие кромки
12 углубление
13 первые стеночные участки
14 вторые стеночные участки
15 радиальная линия
16 соединение
17 опорный участок
18 материал опорного участка
19 кольцевой выступ
20 стержень
21 головка винта
22 кольцевой заплечик
L продольная средняя ось
T направление аксиального (поступательного) движения (перестановки) резьбового элемента за счет кручения в окружном направлении затягивания
F окружное направление затягивания
R радиальная плоскость
δ угол подъема первых стеночных участков.