专利名称：安全螺钉,螺钉连接装置和安全螺钉制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于螺钉连接装置的安全螺钉，包括一个有外螺纹的基体，外螺纹有至少一个以两个螺纹齿为界的安全螺旋沟槽，它的横截面形状与至少另一个螺旋沟槽的横截面形状相比，优选地与多个其他螺旋沟槽的横截面形状相比，优选地与绝大多数螺旋沟槽的横截面形状相比，变形为能增大具有此安全螺钉的螺钉连接装置的附着力。此外本发明涉及一种包括一个安全螺钉的螺钉连接装置，以及一种制造上述安全螺钉的方法和设备。
背景技术：
由DE102005050919A1已知一种有外螺纹的安全螺钉，它有多个安全螺旋沟槽 (Sicherungsgewindegangwindung)，其中安全螺旋沟槽的横截面形状与绝大多数螺旋沟槽相比变窄，为的是增大具有此安全螺钉的螺钉连接装置的附着力。在该文献中介绍了制造安全螺旋沟槽的不同可能性。按一种已知的实施形式，至少一个螺纹齿沿径向抵顶，使之沿两个轴向加宽。按另一种已知的实施形式，两个轴向相邻的螺纹齿沿彼此相反的轴向移置。 看来已知安全螺钉的安全性，亦即制动作用的确有所改进。尤其是安全螺钉在多次旋拧过程后仍应满足其安全功能。由奥地利专利文件Nr. 338572已知一种有外螺纹的安全螺钉，它有多个沿轴向直接相邻的安全螺旋沟槽，其中安全螺旋沟槽的横截面形状与标准螺旋沟槽相比变窄，以增大具有此安全螺钉的螺钉连接装置的附着力。为此构成此安全螺旋沟槽边界的螺纹齿逆旋入方向，亦即沿拉力载荷方向或朝螺钉头的方向变形。这种已知安全螺钉的缺点是，它没有令人满意的安全功能，尤其不能在多次旋拧过程后仍满足其安全功能。逆旋入方向变形的螺纹齿在螺钉拧紧后塑性变形，直至内螺纹件贴靠在所有螺纹齿逆旋入方向定向的侧面上。另有一个缺点是，这些安全螺旋线必须在螺钉制造时借助特殊结构的模具复杂地造成。 因此不可能经济地制造规定为小数量地处于规定轴向位置上的安全螺旋线。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题是，提供一种有最佳安全功能的安全螺钉。优选地， 在多次旋拧过程后仍应赋予这种安全功能(附着功能、制动功能)。此外，本发明要解决的技术问题还在于，提供一种相应的最佳安全螺钉连接装置以及制造最佳安全螺钉的方法和设备。在此类安全螺钉中为解决上述技术问题采取的措施是，仅构成安全螺旋沟槽边界的螺纹齿之一，仅沿一个轴向，确切地说沿旋入方向，亦即逆拉力载荷方向(拉力载荷方向朝可能存在的螺钉头方向定向)变形，以及(两个)与变形的螺纹齿(轴向)相邻的螺纹齿不变形；或采取的措施是，两个构成安全螺旋沟槽边界的螺纹齿仅沿一个共同的轴向，亦即与0E338572的思想相反沿旋入方向变形。有关螺钉连接装置的技术问题，通过使用按本发明的方案设计的安全螺钉得以解决。为了解决有关按本发明的方案设计的安全螺钉制造方法方面的技术问题，采取的措施是，首先制备具有规则的、亦即未变形螺纹的螺钉毛坯， 接着将仅构成安全螺旋沟槽边界的螺纹齿之一仅沿一个轴向，亦即沿安全螺钉旋入方向变形，以及，(两个)与变形的螺纹齿轴向相邻的螺纹齿保持规则的原状，亦即不变形；或采取的措施是，两个构成安全螺旋沟槽(轴向)边界的螺纹齿仅沿一个共同的轴向变形。优选地，螺钉毛坯涉及一种制成的已淬火的标准螺钉，它具有规则或标准的螺纹和没有安全螺旋线，也就是说，优选地所述变形出人意料地是在螺钉淬火后，尤其调质处理后才实施。本发明还涉及一种事后螺纹齿变形的设备。在这里规定，设备设计为变形装置，它用于使仅构成安全螺旋沟槽边界的螺纹齿之一或两个构成安全螺旋沟槽边界的螺纹齿变形，在这里，设备具有一个设计用于防止转动地固定一个制有标准外螺纹的螺钉毛坯的支架，以及设有至少两个沿周向并列布置、沿径向可以相对于螺钉毛坯移动的冲头扇形段，它们设计用于一个螺纹齿或多个螺纹齿仅沿一个轴向变形。与之不同地，所述至少一个螺旋线可借助滚压设备成形，亦即通过在优选地淬火的毛坯与滚压工具或钳口工具之间造成相对运动。在从属权利要求中说明本发明有利的扩展设计。所有由至少两项将在说明书中提到的权利要求和/或在附图中公开的特征的组合，均处于本发明的框架内。为避免重复，按设备公开的特征均应能适用作为按方法公开的特征并可要求保护。同样，按方法公开的特征也适用作为按设备公开的特征并可要求保护。本发明认为，对于保证持久的安全功能不利的是，或一个螺纹齿例如通过径向抵顶沿两个轴向变形，或外螺纹的两个轴向相邻的螺纹齿沿不同的轴向变形，因为在安全螺钉与内螺纹件拧紧时，总是有一个变形方向与安全作用起相反的作用，在极端的情况下，甚至在安全螺钉如通常的受载情况下便失去安全功能。此外本发明还已知，在奥地利专利文件0E338572中说明的具有一些仅沿一个共同的轴向变形的螺纹齿的方案，同样没有所期望的效果。按奠定本发明基础的认识，造成上述问题的原因在于，在已知的安全螺钉中，螺纹齿沿错误的轴向，亦即沿拉力载荷的方向或逆旋入方向变形，其结果是导致，在拧紧螺钉时变形的螺纹齿在塑性范围内变形，确切地说，一直变形到最后所有的螺纹齿将它们逆旋入方向定向的侧面，分别贴靠在与此安全螺钉旋紧的内螺纹件(尤其螺母)的相应的对向侧面上。尽管已知的安全螺钉与在这里建议的安全螺钉类似，由于制动效果使得难以旋入内螺纹件的内螺纹中，然而在拧紧时基于变形螺纹齿的错误定向，至少部分重新又取消制动效果，所以一方面没能实现期望的制动扭矩效果，以及另一方面已知的安全螺钉基于发生的塑性变形不能再次使用。因此为了改进安全作用，尤其为了保证持久的安全，亦即制动或固定作用，按本发明建议，针对规定仅构成一个安全螺旋沟槽的情况，两个构成此安全螺旋沟槽沿轴向边界的螺纹齿中仅一个，仅沿一个轴向，确切地说沿旋入方向，亦即逆拉力载荷方向变形，也就是说只应沿旋入方向(就外螺纹件而言)变形，以及沿轴向与以此方式变形的那个螺纹齿相邻的两个螺纹齿保持规则的原状，亦即不应变形。以此方式造成一个横截面形状变窄的安全螺旋沟槽，也就是唯一一个螺纹齿在其中移置的安全螺旋沟槽，而沿旋入方向轴向相对置的那个构成此安全螺旋沟槽轴向边界的螺纹齿，与定位在变形螺纹齿的另一个轴向侧 (朝旋出方向或拆卸方向)并通过一个螺旋沟槽与变窄的那个安全螺旋沟槽隔开间距的螺纹齿一样，也保持不变。此技术问题也可以采取附加的或与之不同的措施得以解决，亦即，
5两个构成安全螺旋沟槽轴向边界的螺纹齿仅沿安全螺钉的一个共同的轴向，确切地说沿旋入方向变形，也就是说，不沿两个彼此相反的轴向和也不逆旋入方向变形，在这里优选地， 与变形的螺纹齿轴向相邻的螺纹齿，亦即与这一组变形的螺纹齿轴向相邻的螺纹齿不变形，亦即保持规则的原状，或也沿安全螺钉共同的同一个轴向，亦即沿其旋入方向变形，尤其加压或移置或弯曲。在按本发明的方案设计的安全螺钉中，使安全扭矩开始作用的位置可以自由选择，因为这一位置由所述至少一个安全螺旋沟槽的轴向位置决定。因此对于不同的使用目的，可以选择不同的安全螺旋沟槽的位置。因此沿旋入方向变形的螺纹齿，指的是一个与规则或标准螺纹相比，尤其与公制螺纹相比，沿一个轴向变形的螺纹齿，它基于其变形与对应的规则或标准螺纹，亦即不变形的对向螺纹配合作用，造成一个制动扭矩。为了产生期望的安全扭矩，亦即制动或固定扭矩，从而增大具有此安全螺钉的螺钉连接装置的附着力，一个螺纹齿在其总共360 °的整个周向延伸长度 (Umfangserstreckung)中仅一部分沿轴向，确切地说沿旋入方向变形就够了，在这里优选的是，螺纹齿至少近似在其整个周向延伸长度沿旋入方向变形，优选地通过螺纹齿尖区移置到相邻的(安全)螺旋沟槽内，使其横截面形状改变或变形，尤其缩窄。在螺纹齿沿其整个周向延伸长度变形的情况下，同时造成相邻的安全螺旋沟槽沿其整个360°周向延伸长度变形。在螺纹齿仅沿部分周向延伸长度相应地变形时，也造成一个仅沿一段圆周或部分圆周变形的安全螺旋沟槽。对于两个沿轴向相邻的螺纹齿沿安全螺钉一个共同的轴向，确切地说沿其旋入方向变形的情况，造成两个沿轴向直接相邻的安全螺旋沟槽。还可以实现一种实施形式，其中，如前言已说明的那样，仅设置唯一一个安全螺旋沟槽，或其中，两个安全螺旋沟槽通过至少一个不变形的，亦即标准螺旋沟槽轴向彼此间隔开。同样可以实现，一个安全螺旋沟槽与一组两个或多个安全螺旋沟槽沿轴向通过至少一个不变形的螺旋沟槽彼此间隔，或与两组两个或多个安全螺旋沟槽沿轴向通过至少一个不变形的螺旋线彼此间隔。本发明的要点是，与0E338572给予的教导不同，仅一个构成安全螺旋沟槽边界的螺纹齿，或两个构成安全螺旋沟槽边界的螺纹齿，仅逆螺钉在按规定装入时的受载方向变形，亦即逆拉力载荷方向或沿旋入方向变形。特别优选地，该螺纹齿或这些螺纹齿这样塑性变形，亦即，它/它们在与内螺纹旋紧时，尤其仅弹性变形，和/或内螺纹的一个伸入安全螺旋沟槽内的螺纹齿，在两个侧面总是受外螺纹的一个螺纹齿施加的作用力。与在拧紧螺钉时用预紧力造成阻塞相比，按本发明的安全螺钉的作用原理是，将一个变形的螺纹齿或一些变形的螺纹齿侧面，无间隙地贴靠在各自相邻的逆螺钉旋入方向定向的内螺纹侧面上， 并给它施加压力。通过所述至少一个变形的螺纹齿沿旋入方向变形，安全螺钉的外螺纹在其总体上观察，将未变形的螺纹齿支承在内螺纹件的螺纹齿沿旋入方向定向的侧面上，以及将至少一个沿旋入方向定向的螺纹齿(总是)支承在内螺纹齿对应的逆旋入方向定向的侧面上，也就是说，外螺纹沿两个轴向夹紧在内螺纹件的内螺纹中或占据螺钉连接中的间隙，从而导致一种可持续重现的制动扭矩。按本发明的方案设计的安全螺钉一个突出的优点在于，这种安全螺钉可以拧紧多次和重新拆卸，不必担心会明显丧失制动扭矩。
按本发明的扩展设计有利地规定，安全螺钉设计为拉力螺钉，它在与内螺纹件拧紧的状态下受拉力，亦即受逆旋入方向的载荷。优选地，安全螺钉涉及带头螺钉，在这种情况下对本发明重要的是，仅一个所述至少一个螺纹齿沿此方向变形的轴向与旋入方向重合，也就是说，所述至少一个螺纹齿朝螺钉前端或背对螺钉头的方向变形。
安全螺钉的一种实施形式是特别有利的，在这种实施形式中，针对采用多个变形螺纹齿的情况，所有变形的螺纹齿仅沿旋入方向变形，也就是说，在整个外螺纹上没有规定一个螺纹齿是逆旋入方向变形的。
为了能特别便宜地生产安全螺钉，优选的是，所述至少一个如上所述设计的安全螺旋圈是安全螺钉增大附着力唯一的安全措施，也就是说，这是一种可以取消其他安全措施的实施形式。
按本发明的扩展设计有利地规定，所述至少一个变形的螺纹齿不是如在0E338572 中那样仅通过弯曲(扭转、偏转)变形，亦即仅在齿顶或在沿径向最外部的尖端造成螺距突跃。按此扩展设计规定，沿旋入方向变形的齿逆旋入方向定向的螺纹侧面至少部分，优选地全部平行移动，确切地说朝旋入方向平行移动。在这里，至少“近似”平行移动应理解为，变形的螺纹齿逆旋入方向定向的侧面与径向平面之间的侧面角，与不变形标准螺纹齿侧面角的偏差最多20%，优选地最多15%，更优选地最多仅10%，更进一步优选地最多仅5%。因此若不变形齿的侧面角，例如在优选公制螺纹的情况下是30°，则轴向平行移动的(变形后)螺纹齿的侧面角应等于一个在36°与23°之间角度范围内的角度，优选地在34. 5°与沈.5°之间，更优选地在33°与27°之间，更进一步优选地在31. 5°与观.5°之间。优选地，这一角度与不变形的齿一样为30°。特别优选地，如果不实施准确的平行移动，则使变形的螺纹齿逆旋入方向定向的那个侧面的侧面角，比不变形齿相应的侧面角(略)大，尤其最多20%。如已提及的那样，平行移动也可以仅在一个沿径向的外侧区内局部实施，从而造成一个沿轴向台阶状的逆旋入方向定向的螺纹侧面。与之不同地，变形齿逆旋入方向定向的螺纹侧面的全部，亦即至少(近似)从根部起，轴向平行移动。在所述至少一个变形齿只是局部轴向移动的情况下优选的是，在变形的螺纹齿逆旋入方向定向的侧面内造成的台阶的过渡区被修圆，亦即优选地非棱角状过渡。优选地，在只是局部平行移动的情况下，侧面具有鞍形奇点的数学函数形状，尤其至少近似函数f(x) = χ3的形状。
特别优选的是，一个变形的螺纹齿两个侧面角之和，小于不变形的螺纹齿侧面角之和。优选地，所述和数比不变形齿小至少8°，优选地至少10°或更多(尤其至少小 15° )。由此使变形的螺纹齿与不变形的螺纹齿相比弹性增大，这又对安全螺钉的可重复使用性起积极的作用。优选地，侧面角也可以不同大小。特别优选的是，在变形齿的面朝旋入方向的侧面与径向平面之间的侧面角，比逆旋入方向定向的侧面角小约40%至70%。
一种实施方案是特别优选的，其中，外螺纹轴向最前部的螺旋沟槽，或与之不同轴向最后部的螺旋沟槽，构成唯一一个安全螺旋沟槽或在多个安全螺旋沟槽的情况下安全螺旋沟槽之一。当然也可以实现一些实施形式，其中仅一个安全螺旋沟槽或一些安全螺旋沟槽，设置在与外螺纹的最前部和/或最后部螺旋沟槽有轴向间距离处。
一种实施方案是特别优选的，其中，仅一个螺纹齿或多个螺纹齿不是沿其周向延伸长度均勻地仅沿一个轴向，亦即朝旋入方向变形，而是仅一个螺纹齿或多个螺纹齿分别有至少两个波形段，优选地至少三个或四个沿这个螺纹齿或这些螺纹齿的360°周向延伸长度分布地设置的波形段，螺纹齿在波形段内不变形，或与沿周向相邻的仅沿一个轴向 (旋入方向)变形的区段相比小量地变形。优选地，这些不变形或仅小量变形的(波形) 区段，沿周向均勻分布地设置。具有一种不规则轴向变形的这个螺纹齿或这些螺纹齿这种造型，可以借助按本发明的方案设计的设备制造，此设备设计为，优选地淬火的螺钉毛坯在变形期间防止转动地固定，以及所述一个螺纹齿或多个螺纹齿的变形，借助一定数量沿周向并列布置的冲头扇形段进行。波形段归因于，必要时移动到螺钉毛坯上处于其径向内部位置的冲头扇形段，沿周向不直接彼此相靠，而是相互间隔。也可以实现一种没有波形段的实施形式，只要保证处于其沿径向在内侧位置的这些冲头扇形段形成一个闭合的环。优选地，仅一个螺纹齿的至少一个侧面或多个螺纹齿各至少一个侧面，变形时相对于原始斜度仅沿一个轴向倾斜，亦即变形约1°至约10°，优选地约2°至约8°，特别优选地约5°。
本发明还涉及一种螺钉连接装置，包括如上所述设计的安全螺钉，它与内螺纹件， 尤其螺母拧紧。内螺纹优选地没有变形的螺纹齿，而是连续设计为与安全螺钉所述至少一个标准或规则的螺纹段对应的标准或规则的内螺纹。也就是说涉及一种内螺纹，它设计用于与安全螺钉外螺纹所述至少一个规则或标准的螺纹段无制动扭矩地配合作用。
此外，本发明还涉及一种如上所述设计的安全螺钉的制造方法。这种方法的特征在于，首先制备传统的、有规则外螺纹优选地已淬火的螺钉毛坯，亦即尤其提供一种已制成的正常或标准螺钉，其中外螺纹在后续的步骤中部分变形，确切地说以这种方式，亦即仅构成(后来)安全螺旋沟槽边界的螺纹齿之一，沿安全螺钉的旋入方向轴向变形，以及，与这一变形的螺纹齿轴向相邻的螺纹齿保持规则的原状，亦即不变形，和/或其特征在于，两个构成安全螺旋沟槽边界的螺纹齿仅沿共同的轴向，亦即沿旋入方向变形，其中，在这种实施形式中优选的是，两个沿轴向与这一变形的螺纹齿相邻的螺纹齿保持规则的原状，亦即不变形。特别优选的是，外螺纹没有任何螺纹齿沿一个相反的轴向(拉力载荷方向)变形，也不沿两个彼此相反的轴向变形。首先看来出人意外的是，将已淬火的螺钉，亦即已实施淬火工艺的螺钉(按本发明)部分变形。然而这种方法带来突出的优点。例如技术工人可以在现场借助适用的工具制造相应数量的安全螺钉，以及在这种情况下可以根据其喜好确定应在这里存在至少一个安全螺旋圈的轴向位置。因为安全螺钉通常不需要任意多的件数，所以为了制造安全螺钉可以使用作为批量产品制成的标准螺钉，作为本方法要使用的螺钉毛坯。
特别恰当的是，优选地在安全螺钉相对于变形工具相对运动期间，所述至少一个螺纹齿沿旋入方向的变形通过施加轴向力实现，在这方面特别优选的是，变形工具静止不动，而安全螺钉在施加拉力或压力的同时，相对于工具转动。
特别优选的是按一种不同的工艺过程，此时，制有标准外螺纹优选已淬火的螺钉毛坯，在构成安全螺旋沟槽边界的螺纹齿之一变形时，或在多个螺纹齿变形时静止不动，亦即防止转动地固定，以及变形借助至少两个沿周向并列布置的冲头扇形段进行，确切地说， 通过冲头扇形段与螺钉毛坯沿径向彼此相对移位运动进行。优选地，冲头扇形段至少近似相同大小和沿周向均勻分布地排布，以便能在螺钉毛坯上施加均勻的压力。原则上，当冲头扇形段贴靠在螺钉毛坯上的情况下，它们并不必须，然而这是优选的，至少近似沿360° 延伸。也可以设想，仅一个螺纹齿或多个螺纹齿只沿两个圆周段变形，其中这些圆周段之和等于一个优选地在90°与270°之间的角度范围内的圆周角。8
特别恰当的是，仅一个螺纹齿的至少一个侧面或多个螺纹齿每一个的至少一个侧面，与原始的斜度相比，仅沿一个轴向在约1°与约10°之间的角度范围内变形，优选地在约2°与约8°之间的角度范围内变形，特别优选地变形约5°。特别优选地，整个要变形的螺纹齿，亦即至少近似沿其整个径向尺寸，实施轴向错移。
为获得尽可能坚固耐用的安全螺钉，一种实施形式是优选的，其中，安全螺钉的外螺纹在变形过程前已经调质处理。
一种工艺方案是特别恰当的，其中，螺钉毛坯由一种适用的钢仅通过成形，尤其通过挤压，特别优选地通过冷挤压制成，接着，优选地在事先淬火后，进行所述至少一个螺纹齿沿旋入方向的变形。特别优选的是，完全取消在安全螺钉制造时对它进行的切削加工。
本发明还涉及一种设备，用于制造优选地如上所述设计的安全螺钉，特别优选地用于实施上述方法。此设备的特征在于有一个支架，为了加工，亦即在变形期间，可以借助它防止转动地固定螺钉毛坯。特别优选地，支架为此将相应的内螺纹段啮合在不要变形的螺旋线内。此外设备还包括至少两个沿周向并列布置的冲头扇形段，用于一个螺纹齿或多个螺纹齿优选地仅沿旋入方向(背对螺钉头)变形。与之不同地，所述变形可以借助压辊或钳口工具实现。
特别恰当的是，为了防止转动地固定螺钉毛坯，可以调整冲头扇形段相对于支架的轴向位置，优选地以这样的方式，亦即可以从许多螺纹齿中择一个或多个要变形的螺纹齿，和/或可以调整变形的程度。
由下面对优选的实施例的说明中并借助附图来提供本发明的其他优点、特征和详情。
其中
图1表示具有唯一一个安全螺旋沟槽的安全螺钉局部剖面图2表示总共有三个安全螺旋线的安全螺钉另一种实施例；
图3表示通过轴向相邻的安全螺纹齿沿一个共同的轴向变形制造安全螺钉的工艺步骤；以及
图4表示有两个安全螺旋沟槽的安全螺钉外螺纹展开图5示意表示一种用于安全螺钉至少一个螺纹齿变形的设备俯视图6表示这种设备一种优选的实施形式的局部剖面图7a表示螺钉连接装置放大图，包括标准螺钉和螺母；
图7b表示螺钉连接装置，包括一个具有一个沿旋入方向变形的螺纹齿的安全螺钉；
图7c表示螺钉连接装置，包括一个具有两个通过一个不变形的螺纹齿沿轴向彼此间隔的分别沿旋入方向变形的螺纹齿的安全螺钉；
图7d表示图7c的放大详图8至图10表示具有沿旋入方向变形的螺纹齿的安全螺钉不同实施形式测量结果(扫描记录)。
具体实施方式
在图中相同的部分和功能相同的部分用同样的附图标记表示。
图1用不完全的视图表示安全螺钉1的纵剖面。可以看出安全螺钉的基体2(在这里是螺钉杆)。为了视图清楚起见，没有表示必要时使用的螺钉头。
基体2制有外螺纹3，图中表示外螺纹3中总共四个螺旋沟槽4的横截面形状(剖切方向沿螺钉纵向)。在外螺纹3螺旋线5的四个螺旋沟槽4中，唯一一个螺旋沟槽设计为所谓的安全螺旋沟槽6，它的横截面形状与其他螺旋沟槽4相比变形，在这里变窄。安全螺旋沟槽6横截面形状的变形，由构成安全螺旋沟槽6右边界的那个螺纹齿7在图纸平面内向左沿第一轴向8变形造成，此方向与安全螺钉1的旋入方向重合。在沿第一轴向8(旋入方向)变形前，用附图标记7表示的螺纹齿具有用附图标记7'表示的(标准)螺纹齿形状，亦即规则或标准螺纹的螺纹齿形状。两个沿轴向与变形的螺纹齿7相邻的螺纹齿9、 10不变形，其中螺纹齿9构成安全螺旋沟槽6的轴向前边界，也就是说，它们保持原始(标准)的形状。因此这些螺纹齿9、10属于不变形的螺纹段，亦即属于标准或规则的螺纹段。
由图1可以看出，螺纹齿7通过在图纸平面内从右边加力，向左(略微)移置，其结果是使安全螺旋沟槽6 (略微)变窄，以及在图纸平面内右邻的螺旋沟槽11 (略微)加觅ο
由图1可以看出，除螺纹齿7外其他的螺纹齿不变形，也不沿一个逆第一轴向8的轴向变形。
图2表示安全螺钉1另一种实施形式，它的基体2同样有外螺纹3。与上述在图1 中表示示的实施例不同，在按图2的实施例中总共设置六(？)个安全螺旋沟槽6。两个构成右边两个安全螺旋沟槽6轴向边界的螺纹齿7，均沿一个共同的(第一)轴向8，亦即沿旋入方向移置，亦即变形，而只构成左安全螺旋沟槽6右边界的螺纹齿7沿第一轴向8，亦即沿旋入方向变形。反之，两个将这些变形螺纹齿7轴向夹层式置于它们之间的螺纹齿9、10 不变形，亦即保持原状。因此螺纹齿9、10分别是标准或规则螺纹段的组成部分，在这里这些标准或规则螺纹段通过安全螺旋沟槽6彼此沿轴向隔离。
因此由图2得出所有安全螺旋沟槽6变形后的横截面形状，其中，在图纸平面内左安全螺旋沟槽6的横截面形状，与另外两个轴向相邻的安全螺旋沟槽6的横截面形状(略有)不同，因为只有构成左安全螺旋沟槽6右边界的那个螺纹齿7沿第一轴向(旋入方向) 变形，而构成该安全螺旋沟槽6左边界的螺纹齿9并未变形。在另外两个安全螺旋沟槽6 中，两个分别构成它们边界的螺纹齿7均沿第一轴向8变形。
图3表示制造安全螺钉1时的工艺步骤。首先制备具有传统的，亦即规则的外螺纹的螺钉毛坯。然后将此原始外螺纹部分地变形为图示的外螺纹3，确切地说，在这里通过两个螺纹齿7沿共同的(第一)轴向8(旋入方向)变形，亦即在这里弯曲，从而总共形成两个安全螺旋沟槽6，其中右边的安全螺旋沟槽6以两个沿旋入方向8变形的螺纹齿7为界，而在图纸平面内处于左边的那个安全螺旋沟槽6，则以不变形的(左)螺纹齿9以及变形的右螺纹齿7为界。与前面的那些实施例一样，构成这些变形的安全螺旋沟槽6右边界的螺纹齿10不变形。外螺纹3没有一个是沿与第一轴向8方向相反的轴向，亦即朝未表示的螺钉头方向或沿拉力载荷方向变形的螺纹齿。
图4用外螺纹3展开图表示安全螺钉1的一种实施例。可以看到共有两个轴向直接相邻的安全螺旋沟槽6，它们的特点在于，至少一个构成安全螺旋沟槽6轴向边界的螺纹齿7，移置到安全螺旋沟槽6之一相应的横截面形状内。画为虚线的7'，表示图示已变形的螺纹齿7在未变形时，亦即不变形的位置。
可以看出，在按图4的实施例中也没有任何一个螺纹齿沿与第一轴向8(旋入方向)相反的第二轴向，亦即逆旋入方向移置。两个将变形螺纹齿7轴向夹层式置于它们之间的螺纹齿9、10不变形，亦即保持规则的原状。
并不强制性地需要螺纹齿7如图4中表示的那样沿其整个周向延伸长度轴向变形，而原则上也足以满足要求的是，只沿其周向延伸长度的一部分(段)沿一个轴向变形， 在两个变形的螺纹齿的情况下沿共同的轴向变形，在这里应避免该螺纹齿本身或一个轴向相邻的螺纹齿沿相反的轴向变形。
图3在事后示出了使螺纹齿7变形的工艺步骤。为使螺纹齿7变形而采用具有一个变形齿(变形突块)的变形工具12。在图示的实施例中它固定设置，而安全螺钉1沿箭头方向3旋转，并与此同时朝与第一轴向8相反的第二轴向14施加轴向力。由此螺纹齿7 至少沿径向在外侧的部分，移置到各相邻的变成安全螺旋沟槽6的螺旋沟槽内，确切地说是沿旋入方向移置。
在附图未表示的另一种同样能实现的实施方案中，按图1变形的螺纹齿7可以构成轴向最靠外的那一个螺纹齿，图2至图4中变形的螺纹齿7之一也同样可以如此。
图5用局部示意图表示如在图1至图4中举例表示的安全螺钉的制造设备15。设备15设计为，借助它可以使螺钉毛坯16的仅一个螺纹齿或多个尤其轴向直接前后相继布设的螺纹齿沿旋入方向变形。为此目的，设有没有在图5中表示的支架，借助它可以通过啮合在标准外螺纹17内防止转动地固定螺钉毛坯16，在此期间通过冲头扇形段18，在图示的实施例中为四个冲头扇形段18，实行对螺纹齿或多个螺纹齿真正的变形，冲头扇形段18沿周向间隔均勻，以及它们可以沿通过箭头表示的径向相对于螺钉毛坯16向它移动。冲头扇形段18在其径向的内端分别有弯曲的变形段19，它成形为，用它可以使仅一个螺纹齿或多个螺纹齿仅沿一个轴向，确切地说沿旋入方向变形。通过选择冲头扇形段18的轴向位置， 可以调整变形的程度。
图6表示用于螺钉毛坯16标准外螺纹17变形的设备1局部剖视图。螺钉毛坯 16可以借助适用的自动机20或与之不同地手工装入设备15中。设备15包括用于防止转动地固定螺钉毛坯16的支架21，在图示的实施例中，支架21有多个沿周向并列布置、可沿径向调整的夹钳22，它们沿径向在内侧具有与标准外螺纹17对应的标准内螺纹段23，通过沿径向调整夹钳22可以将标准内螺纹段23啮合在标准外螺纹17内。在将螺钉毛坯16防止转动地固定后，一个螺纹齿，在图示的实施例中是两个直接相邻的螺纹齿9、10，沿旋入方向，亦即背离螺钉头地变形，确切地说借助沿圆周均勻分布地布设沿径向在内侧恰当成形的冲头扇形段对。例如，冲头扇形段M沿径向在内侧制有恰当的内螺纹段，例如也是一种标准内螺纹段23，其中通过选择冲头扇形段M与夹钳22之的轴向距离，可以调整一个螺纹齿或多个螺纹齿的变形程度。在图示的实施例中，冲头扇形段M将其沿径向的内侧段作用在螺纹齿9、10的在图纸平面内面向上方的那个侧面上，以及通过沿径向移动冲头扇形段 M，将一个沿图纸平面方向向下，亦即沿旋入方向的变形力，施加在该侧面上。
在图7a至图7d中用附图标记K表示安全螺钉1螺钉头的位置，为了视图清晰起见没有表示螺钉头。
在图7a中表示按先有技术的螺钉连接装置26。可以看出，该螺钉的外螺纹3没有安全螺旋线，所以螺钉的全部螺纹齿9、10，仅将一个逆旋入方向E定向的侧面，贴靠在对向螺纹件25内螺纹的各一个相对置的沿旋入方向E定向的侧面上。基于轴向间隙也有可能与之不同地，分别支靠在另一个，亦即沿旋入方向E定向的侧面上。
在图7b中表示按本发明的螺钉连接装置沈的一种实施例，包括安全螺钉1和有标准内螺纹观的内螺纹件27。安全螺钉1的外螺纹3具有唯一一个沿一个轴向，亦即沿旋入方向E变形的螺纹齿7，它移置到安全螺旋沟槽6内，使之与其余的安全螺旋沟槽相比变窄，带来的结果是，使啮合在安全螺旋线6内的标准内螺纹齿四在两个侧面贴靠在安全螺钉1外螺纹3的各一个螺纹齿上，亦即贴靠在变形的螺纹齿7上以及轴向相邻的那个螺纹齿9上。因此，不变形的螺纹齿9，亦即标准螺纹齿9，和朝标准螺纹齿9方向变形的螺纹齿 7，构成安全螺旋沟槽6的边界。除了变形的螺纹齿7之外的所有螺纹齿，都是与标准内螺纹观对应的标准外螺纹齿。当安全螺钉1拧紧，亦即受拉力载荷时，这些标准外螺纹齿将面朝螺钉头K的侧面贴靠在内螺纹件的内螺纹上。基于变形的螺纹齿7，它将沿旋入方向定向的侧面支承在内螺纹件的内螺纹上，使安全螺钉1沿两个轴向支承，由此消除螺钉连接装置沈内的间隙(对比图7a)。
在按图7c的实施例中，设有两个被多个标准螺纹齿隔开的沿旋入方向E变形的螺纹齿7，它们分别以一个轴向相邻的标准螺纹齿9构成安全螺旋沟槽6的边界。因此这两个变形的螺纹齿7通过一个不变形的标准螺纹齿9彼此间隔开，在这里也可以与之不同，轴向直接相邻地设置多个变形的螺纹齿。如由表示图7c中局部的放大详图的图7d可以清楚看出，两个构成安全螺旋沟槽6边界彼此对置的侧面，分别贴靠在内螺纹件27标准内螺纹齿观的一个侧面上，由此获得制动效果，或通过所有不变形的螺纹齿分别将面朝安全螺钉 1头部K的侧面贴靠在内螺纹的对向侧面上，以及变形的齿将其背对头部K，亦即沿旋入方向E定向的侧面贴靠在内螺纹上，使螺钉连接装置内不再留有间隙。
在图7d至图7c中没有表示，但在图4中表示的另一种实施方案中，两个直接相邻的螺纹齿7沿旋入方向E，亦即逆拉力载荷方向Z变形，这一组两个或多个直接相邻的变形螺纹齿7，沿轴向与至少一个标准螺纹齿9毗邻。
图8至图10表示安全螺钉1不同实施例的扫描记录或测量结果。在图8至10的左半图中分别放大表示在右半图中标注的测量片段。在所有的实施例中，两个轴向直接相邻的螺纹齿7沿旋入方向E变形，以及在图纸平面内右边，亦即朝旋入方向E，分别构成一个安全螺旋线6的边界，与这一组变形的螺纹齿7相邻的螺纹齿9、10不变形。在这里涉及公制标准螺纹齿，它们在螺纹侧面与径向平面之间的侧面角为α、β等于30°。其中α = β。
在图示的实施例中，螺纹齿7规定借助图中未表示的可以沿径向调整的冲头，通过施加轴向力变形，在这里也可以与之不同地使用压辊或钳口工具。所述变形在螺钉(带螺纹的螺钉毛坯)制成后实施，它在变形前已经淬火。这些实施例(图8至10)在它们制造方面的区别在于，可沿径向操纵的冲头工具施加(通过扭力扳手产生的)不同扭矩，确切地说，在按图8的实施例中施加3Nm，在按图9的实施例中施加4Nm，以及在按图10的实施例中施加5Nm。其结果是，冲头工具沿径向向内的侵入深度有不同的大小。
在按图8的实施例中可以清楚看出，变形的螺纹齿7、7逆旋入方向E定向的那个侧面30设计成台阶状，亦即有一个台阶段31，它沿径向与各变形螺纹齿7的顶点S (径向最外部的点)相隔一定距离。台阶段31将在下部基本上未变形的侧面段32与在上部沿轴向移动的侧面段33分开，其中侧面段33至少近似沿旋入方向E平行移动。上部侧面段33相对于径向平面的侧面角a08为31. 08°。不变形侧面的侧面角(例如a04/2)约为30°，与下部未变形侧面段32的侧面角相同。变形螺纹齿另一个侧面角a07在图示的实施例中等于18. 72°，所以这两个侧面角a08与a07之和约为50°，更准确地说a09 = 49. 80°。也就是说，侧面角a09比不变形螺纹齿9、10的侧面角α与β之和大约小10°。在图示的实施例中可以看出，在螺纹齿9与第一个变形的螺纹齿7之间实现了一种螺距突跃，确切地说这是与标准螺纹段的螺距相比较而言。在标准螺旋沟槽齿根I与和安全螺旋线6相邻的那个螺旋沟槽齿根II之间的螺距为dx04 = 1. 553，而在标准螺旋线中的螺距约为1. 500 (例如 dxll = 1.499)。
在图9的实施例中，上述螺距突跃在这里更明显为dx02 = 1.664。还可以看出，台阶段31沿径向更进一步内移，从而在这里如对此已经论及的那样，可以将近似(超过2/3) 整个逆旋入方向E定向的侧面30平行移动。可以看出，侧面30的侧面角a09 = 31. 02°。 变形的螺纹齿7侧面角a09与alO之和约为48°。不变形的标准螺纹齿侧面角α与β之和约为60° (例如a01 = 58. 9° )。
在按图10的实施例中，变形的螺纹齿7基本上整个逆旋入方向E定向的侧面30 沿旋入方向E平行移动。仅在沿径向的一个下部区内造成一个台阶段31，它导致在齿根I 与齿根II之间大的螺距突跃dx02 = 1. 692(标准螺距约为1. 500)。可以看出，在侧面30， 更准确地说，在侧面30的上侧面段33，与径向平面之间的侧面角a09等于四.99°。变形螺纹齿的另一个侧面角a08为16. 49°，从而得出总的角度alO = 46. 49°。
因此与0E338572不同，在按图8至10的实施例中可以记录到变形的螺纹齿不仅转动，而且附加地整个，至少在上部侧面段，沿轴向移动。因此关键是实现逆旋入方向E定向的侧面至少局部，至少近似平行移动。
附图标记清单
1安全螺钉
2 基体
3外螺纹
4螺旋沟槽
5螺旋线
6安全螺旋沟槽
7变形的螺纹齿
7'原始形状的变形螺纹齿
8第一轴向(旋入方向)
9螺纹齿
10螺纹齿
11螺旋沟槽
12变形工具
13箭头方向(旋转方向)
14第二轴向(拉力载荷方向)
15 设备
16螺钉毛坯
17标准外螺纹
18冲头扇形段
19变形段
20自动机
21 支架
22 夹钳
23标准内螺纹段
M冲头扇形段
25对向螺纹件
26螺钉连接装置
27内螺纹件
观标准内螺纹
四标准内螺纹齿
30 侧面
31台阶段
32下部侧面段
33上部侧面段
E旋入方向
K安全螺钉头位置
S 顶点
I 齿根
II 齿根
权利要求
1.一种用于螺钉连接装置的安全螺钉，包括一个有外螺纹(3)的基体0)，外螺纹(3) 有至少一个以两个螺纹齿(9、7)为界的安全螺旋沟槽(6)，它的横截面形状与至少另一个螺旋沟槽(11)的横截面形状相比，优选地与多个其他螺旋沟槽(11)的横截面形状相比，优选地与绝大多数螺旋沟槽(11)的横截面形状相比，变形为能增大具有此安全螺钉(1)的螺钉连接装置的附着力，其特征为仅构成安全螺旋沟槽(6)边界的螺纹齿(9、7)之一，仅沿安全螺钉(1)的旋入方向(E、8)变形，以及与变形的螺纹齿(7)相邻的螺纹齿(9、10)不变形；或，两个构成安全螺旋沟槽(6)边界的螺纹齿(7、7)仅沿安全螺钉(1)的旋入方向(E、 8)变形。
2.按照权利要求1所述的安全螺钉，其特征为，所述仅一个螺纹齿(7)沿其整个周向延伸长度变形；或，两个螺纹齿(7、7)分别沿其整个周向延伸长度变形。
3.按照前列诸权利要求之一所述的安全螺钉，其特征为，至少两个安全螺旋沟槽(6) 沿轴向直接相邻。
4.按照前列诸权利要求之一所述的安全螺钉，其特征为，两个安全螺旋沟槽(6)通过至少一个不变形的螺旋沟槽(11)沿轴向彼此间隔开。
5.按照前列诸权利要求之一所述的安全螺钉，其特征为，所述至少一个变形螺纹齿 (7)的两个侧面角之和(a09 = a07+a08)，比不变形螺纹齿(9、10)的两个侧面角(α、β) 之和小，优选地小至少8°，进一步优选地小至少10°，更进一步优选地小至少15°。
6.按照前列诸权利要求之一所述的安全螺钉，其特征为，仅一个沿旋入方向(Ε、8)变形的螺纹齿(7)或一些变形的螺纹齿(7、7)沿旋入方向(Ε、8)变形为，使变形的螺纹齿(7) 或这些变形的螺纹齿(7、7)面朝逆旋入方向(Ε、8)的那个螺纹齿侧面，完全或局部沿旋入方向(Ε、8)至少近似平行移动。
7.按照权利要求6所述的安全螺钉，其特征为，逆旋入方向(Ε、8)定向、至少近似沿旋入方向(Ε、8)平行移动的螺纹齿侧面(30)平行移动为，使至少在一个沿径向在外侧的侧面段内相对于径向平面的侧面角，与不变形的螺纹齿(9、10)面朝逆旋入方向(Ε、8)的那个侧面角相比，大或小最多20%，优选地15%，优选地最多10%，更进一步优选地最多5% ；或， 逆旋入方向(E)定向、至少近似沿旋入方向(Ε、8)平行移动的螺纹齿侧面(30)平行移动为，使至少在一个沿径向在外侧的侧面段(3 内相对于径向平面的侧面角，与不变形的螺纹齿(9、10)相应的侧面角相比，大最多20 %，优选地最多15 %，优选地最多10 %，更进一步优选地最多5%。
8.按照前列诸权利要求之一所述的安全螺钉，其特征为，仅一个沿旋入方向(E、8)变形的螺纹齿(7)或一些沿旋入方向(E、8)变形的螺纹齿完全沿旋入方向(E、8)轴向移动。
9.按照前列诸权利要求之一所述的安全螺钉，其特征为，仅一个沿旋入方向(E、8)变形的螺纹齿(7)逆旋入方向(E、8)定向的那个螺纹齿侧面(30)，或这些沿旋入方向(E、8) 变形的螺纹齿(7、7)逆旋入方向(E、8)定向的螺纹齿侧面(9、10)，各有一个台阶，所述台阶优选地具有在台阶段(32、3；3)之间的圆弧过渡区。
10.按照前列诸权利要求之一所述的安全螺钉，其特征为，安全螺旋沟槽(6)和/或一些安全螺旋沟槽(6)分别在其周向延伸长度的至少两个区段内不变形，或与周向延伸长度的另一个区段相比小量变形。
11.一种螺钉连接装置，包括一个按照前列诸权利要求之一所述的安全螺钉，它与优选地具有标准或规则内螺纹的内螺纹件旋紧。
12.一种用于制造按照权利要求1至9之一所述安全螺钉的方法，其特征为首先制备具有规则外螺纹C3)的、优选地淬火的螺钉毛坯，接着仅将构成安全螺旋沟槽(6)边界的螺纹齿(9、7)之一沿旋入方向(E、8)变形，以及，使与这一变形的螺纹齿(7)轴向相邻的螺纹齿(9、10)保持规则的原状；或，将两个构成安全螺旋沟槽(6)边界的螺纹齿(7、7)仅沿旋入方向(E、8)变形。
13.按照权利要求12所述的方法，其特征为，优选地在安全螺钉(1)相对于变形工具， 尤其压辊或滚压钳口，旋转运动期间，通过给至少一个螺纹齿(7)施加轴向力，实施所述的变形。
14.按照权利要求12所述的方法，其特征为，仅将构成安全螺旋沟槽(6)边界的螺纹齿(7)之一，或将两个构成安全螺旋沟槽(6)边界的螺纹齿(7、7)，借助至少两个，优选地四个，沿周向并列布置的、沿径向可以相对于螺钉毛坯(16)移动的冲头扇形段04)变形。
15.按照权利要求12或14所述的方法，其特征为，螺钉毛坯(16)和冲头扇形段04) 在变形期间防旋转地设置。
全文摘要
本发明涉及一种用于螺钉连接装置的安全螺钉，包括一个有外螺纹(3)的基体(2)，外螺纹(3)有至少一个以两个螺纹齿(9、7)为界的安全螺旋沟槽(6)，它的横截面形状与至少另一个螺旋沟槽(11)的横截面形状相比，优选地与多个其他螺旋沟槽(11)的横截面形状相比，优选地与绝大多数螺旋沟槽(11)的横截面形状相比，变形为能增大具有此安全螺钉(1)的螺钉连接装置的附着力。按本发明规定，仅构成安全螺旋沟槽(6)边界的螺纹齿(9、7)之一，仅沿安全螺钉(1)的旋入方向(E、8)变形，以及与变形的螺纹齿(7)相邻的螺纹齿(9、10)不变形；或，两个构成安全螺旋沟槽(6)边界的螺纹齿(7、7)仅沿安全螺钉(1)的旋入方向(E、8)变形。
文档编号F16B39/30GK102483087SQ201080019792
公开日2012年5月30日 申请日期2010年3月3日 优先权日2009年3月3日
发明者W·K·W·霍尔谢尔 申请人:哈特马特.弗莱格