Винтовой элемент

Винтовой элемент

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение касается винтового элемента согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Подобный винтовой элемент описан в ЕР 0869287 B1. Такого рода винтовой элемент служит, в частности, для завинчивания в различные материалы, такие как дерево и пластмасса, причем без предварительного сверления отверстия под резьбу. Винтовой элемент ввертывается непосредственно в данный материал, при этом эффект проталкивания достигается в то время, как резьбовое острие проникает сначала в материал. Резьба, проходящая до переднего в направлении завинчивания конца, действует подобно врезающемуся острию, чтобы достигать хорошего врезания и проникновения винтового элемента с низким осевым усилием давления, то есть в основном только за счет вращения. У известного винтового элемента область с многоугольным поперечным сечением стержня должна всегда распространяться до концевого переднего конца резьбового острия. Кроме того, многоугольное поперечное сечение стержня должно иметь выпукло изогнутые боковые поверхности, а также углы, которые также могут быть закруглены. Углы многоугольника лежат на одной огибающей окружности, диаметр которой может быть меньше или равен, в частности равен, диаметру цилиндрического стержня резьбового стержня. При этом с помощью известного соединительного элемента должно в значительной степени обеспечиваться предотвращение образования зазора при завинчивании, при этом самосверлящее действие соединительного элемента основано на том, что резьбовое острие вследствие многоугольного поперечного сечения стержня вдавливается в материал, при этом радиальное вытесняющее действие достигается за счет моментов, увеличивающихся и уменьшающихся при вращении.

Однако у этого известного винтового элемента, в частности при завинчивании в твердую древесину, вследствие эффекта проталкивания многоугольного в поперечном сечении острия винта возникают явления расщепления. Кроме того, при начальном завинчивании требуется относительно высокое осевое усилие, чтобы острие винта врезалось резьбой.

В основе настоящего изобретения лежит задача дополнительно усовершенствовать подобный винтовой элемент в отношении его свойств, в частности в значительной степени избежать явлений расщепления и дополнительно снизить осевые усилия завинчивания.

В соответствии с изобретением это достигается с помощью признаков отличительной части п.1 формулы изобретения. Благодаря комбинаторному сочетанию переднего, если смотреть в направлении завинчивания, сужающегося участка острия с примыкающей к нему радиально направленной кромкой торцевой поверхности, которая действует подобно режущей или, соответственно, фрезерующей кромке, и примыкающего к переднему участку многоугольного участка острия и сплошному прохождению резьбы винта от переднего первого к примыкающему второму участку острия винта, становится возможным, с одной стороны, легкое проникновение винта, а с другой стороны, проходящая сплошь резьба врезается сразу при проникновении передней конической области, а непрерванное осевое приложение усилия посредством резьбы способствует эффекту резания радиально направленной кромки торцевой поверхности многоугольного участка и, таким образом, обеспечивает возможность легкого последующего проникновения предлагаемого изобретением винтового элемента в данный материал. Благодаря исполнению переднего конически проходящего участка с максимальным диаметром, который меньше, чем диаметр огибающей окружности примыкающего многоугольного участка, становится возможным легкое проникновение в данный материал. Также благодаря этому существенно уменьшается эффект расщепления. В соответствии с изобретением предпочтительно, если передний, сужающийся участок острия выполнен в виде острого конуса и имеет угол при вершине конуса, равный от 10° до 40°, в частности 20°. При этом целесообразно, если частичная длина конического переднего участка острия составляет в пределах от 0,8- до 2,0-кратного шага резьбы винта предлагаемого изобретением винтового элемента. Предлагаемый изобретением вариант осуществления конического участка резьбового острия способствует легкому проникновению предлагаемого изобретением винтового элемента в данный материал вследствие малого угла при вершине конуса и диаметра, уменьшенного по сравнению с диаметром стержня винта. Примыкающий к коническому участку многоугольный участок острия имеет предпочтительно диаметр огибающей окружности, который больше или равен максимальному диаметру стержня круглого в поперечном сечении резьбового стержня. Благодаря этому достигается, что благодаря кромкам стержня, выполненным на многоугольном участке острия, проходящим предпочтительно параллельно центральной продольной оси, винтовое отверстие, созданное с помощью передней в направлении завинчивания кромки торцевой поверхности, действующей в качестве режущей кромки, не может снова сужаться вследствие упругого восстановления данного материала, в который ввертывается предлагаемый изобретением винтовой элемент. Так как возможный упруго восстанавливающийся материал радиально проталкивается или, соответственно, удаляется образовавшимися кромками стержня, то примыкающий к многоугольному участку острия стержень винта без большого сопротивления может проникать в сверленое отверстие, созданное острием винта.

Другие предпочтительные варианты осуществления содержатся в зависимых пунктах формулы изобретения и поясняются подробнее с помощью примеров осуществления, изображенных на следующих чертежах. Показано:

фиг. 1 - вид в перспективе предлагаемого изобретением винтового элемента;

фиг. 2 - вид в перспективе винтового элемента в соответствии с фиг. 1, однако без резьбы винта;

фиг. 3 - продольное сечение фиг. 2, однако без головки винта;

фиг. 3A-3C - виды сечений по линиям сечения А-А, В-В и С-С на фиг. 3;

фиг. 4-6 - сечения альтернативных вариантов осуществления многоугольного участка острия предлагаемого изобретением винтового элемента;

фиг. 7 - вид сбоку предлагаемого изобретением винтового элемента в соответствии с фиг. 1;

фиг. 7A-7C - сечения предлагаемого изобретением винтового элемента по линиям сечения А-А, В-В и С-С;

фиг. 8 - вид сбоку винтового элемента в соответствии с фиг. 7, однако в положении, повернутом относительно положения на фиг. 7 на 45°;

фиг. 8A-8C - изображения сечений по линиям сечения А-А, В-В и С-С на фиг. 8;

фиг. 9 - вид в перспективе другого варианта осуществления предлагаемого изобретением винтового элемента;

фиг. 10 - вид в перспективе предлагаемого изобретением винтового элемента в соответствии с фиг. 9, однако без резьбы винта.

На разных чертежах одинаковые части всегда снабжены одними и теми же ссылочными обозначениями.

В отношении последующего описания констатируется, что изобретение не ограничено этими примерами осуществления и при этом всеми или несколькими признаками описанных комбинаций признаков, более того, каждый отдельный частичный признак указанного или каждого примера осуществления также отдельно от всех других в контексте описанных в связи с ним частичных признаков самостоятельно, а также в комбинации с любыми признаками другого примера осуществления имеет значение для предмета изобретения.

Предлагаемый изобретением винтовой элемент 1 содержит, как изображено на фигурах, резьбовой стержень 2 и выполненное на одном его конце острие 4 винта, а также на противоположном острию 4 винта конце головку 5 винта, которая имеет место 7 для приложения усилия поворотного инструмента. Головка 5 винта может быть, например, выполнена в виде потайной головки, круглой головки или плоской головки, также головка 5 винта может иметь форму цилиндрического продолжения резьбового стержня 2. Место 7 для приложения усилия может быть выполнено в виде шлицевого, крестового шлицевого или в виде внутреннего места для приложения усилия, например, в виде внутреннего шестигранника или внутренней звездочки, или же, например, в виде наружного шестигранника на головке 5 винта.

По резьбовому стержню 2 и по острию 4 винта проходит резьба 12 винта. Резьба предпочтительно образована проходящей в форме винтовой линии ниткой 13 резьбы, которая, например, выполнена треугольной в поперечном сечении, см. фиг. 7, 8. Также в рамках изобретения предусмотрено, что предлагаемая изобретением резьба 12 выполнена в виде многозаходной резьбы, например, из двух расположенных по периметру со смещением ниток резьбы в форме винтовых линий.

Предлагаемая изобретением резьба 12 винта предпочтительным образом выполнена в виде самонарезающей или, соответственно, самоформирующей резьбы. Предлагаемая изобретением резьба 12 может иметь постоянный шаг резьбы или же изменяющийся шаг резьбы по всей области резьбы. Предлагаемая изобретением резьба 12 имеет максимальный диаметр d_g резьбы, номинальный диаметр предлагаемого изобретением винтового элемента, который в изображенном примере осуществления постоянен в области резьбового стержня, так что никакого изменения диаметра резьбы в этой области нет. Шаг предлагаемой изобретением резьбы винта составляет предпочтительно от 40% до 70% от номинального диаметра d_g предлагаемой изобретением резьбы винта, причем для однозаходной резьбы.

Острие 4 винта состоит в соответствии с изобретением из двух участков 4а и 4b острия, причем, если смотреть в направлении Z завинчивания, переднего первого, сужающегося в направлении конца винтового элемента участка 4а острия и примыкающего к нему второго участка 4b острия. Участок 4b острия имеет в поперечном сечении, если смотреть перпендикулярно к продольной центральной оси Х-Х, многоугольное поперечное сечение своего стержня с проходящей через концы его многоугольника огибающей окружностью 14 с диаметром d_h, см. фиг. 3B. Первый участок 4а острия предпочтительно выполнен в виде острого конуса, как изображено на фиг. 1, при этом его угол α при вершине конуса может составлять от 10° до 40°, в частности 20°, см. фиг. 3. Конический первый участок 4а острия имеет относительно центральной продольной оси Х-Х перпендикулярно проходящее круглое поперечное сечение стержня. Резьба 12 винта проходит по всему резьбовому острию 4 резьбы, при этом ее радиальная высота резьбы к концу конического участка 4а уменьшается до нуля. В области второго участка 4b острия, который в поперечном сечении выполнен многоугольным, резьба 12 проходит по существу с постоянной высотой резьбы так, что также в области участка 4b острия резьба 12 имеет номинальный диаметр d_g резьбы, как и в области резьбового стержня 2. Огибающая окружность 14 многоугольного участка 4b острия больше, чем диаметр d₁ стержня винта в области участка 4а острия, см. фиг. 3. В соответствии с изобретением на переходе между первым участком 4а острия и вторым участком 4b острия на втором участке 4b острия имеется по меньшей мере одна торцевая кромочная поверхность 9, направленная радиально к продольной центральной оси Х-Х, причем в направлении увеличения диаметра, заканчивающаяся в лежащей на огибающей окружности второго участка 4b острия угловой точке 15 многоугольного поперечного сечения. Эта радиально проходящая торцевая кромочная поверхность 9 образует своего рода режущую или, соответственно, фрезерующую кромку. В изображенном примере осуществления многоугольное поперечное сечение второго участка 4b острия имеет четыре угловые точки 15, так что образуются четыре торцевые кромочные поверхности 9, см. фиг. 2, причем по периметру предлагаемого изобретением винтового элемента 1. Как, в частности, видно из фиг. 1, резьба 12 винта проходит по первому и второму участку 4а, 4b острия без прерывания, так что также в области торцевых кромочных поверхностей 9 выполнена резьба 12 винта. На фиг. 2, на которой изображен только стержень винта предлагаемого изобретением винтового элемента 1, причем этот стержень винта изображен в области резьбового стержня 2, а также в области резьбового острия 4, отчетливо различимо образование кромки 9 торцевой поверхности на переходе от первого участка 4а острия ко второму участку 4b острия. При этом торцевые кромочные поверхности 9 проходят радиально к продольной оси Х-Х. Предпочтительным образом огибающая окружность второго участка 4b острия имеет диаметр d_h, который больше или равен максимальному диаметру d_в стержня круглого в поперечном сечении резьбового стержня 2. При этом предпочтительно, когда диаметр огибающей окружности второго многоугольного в поперечном сечении участка 4b острия по своей осевой длине постоянен. Как показано на отдельных фигурах, диаметр острого конического первого резьбового участка 4а на его поверхности основания на переходе между первым и вторым участком 4а, 4b острия меньше, чем максимальный диаметр d_s стержня резьбового стержня 2. Кроме того, в соответствии с изобретением предусмотрено, что резьба 12 винта в области второго участка 4b острия, а также на участке 2 стержня, имеет больший наружный диаметр d_g, чем максимальный диаметр d_h огибающей окружности многоугольного участка 4b острия.

В изображенном примере осуществления резьба 12 проходит по всей длине резьбового стержня 2. Также в рамках изобретения предусмотрено, чтобы резьба 12 проходила не по всей длине резьбового стержня 2, а чтобы, например, между участком резьбы резьбового стержня 2 и головкой винта 5 был выполнен не имеющий резьбы участок стержня, так чтобы на резьбовом стержне 2 имелась только частичная резьба.

Кроме того, в соответствии с изобретением может быть предпочтительно, если частичная длина первого участка 4а острия лежит в пределах от по меньшей мере 0,8- до 2,0-кратного шага s резьбы 12.

Как, в частности, видно на фиг. 3A-3C и 4-6, второй участок 4b острия выполнен многоугольным в поперечном сечении таким образом, что он образует четырехугольник с четырьмя угловыми точками 15. При этом целесообразно, если эти четыре угловые точки 15 лежат каждая на проходящих ортогонально к центральной продольной оси Х-Х, пресекающихся прямых g₁, g₂ многоугольного поперечного сечения и находятся каждая на одинаковом расстоянии b от центральной продольной оси Х-Х. При этом в соответствии с изобретением целесообразно, если в направлении взгляда в поперечном сечении стороны 22 стержня, соединяющие эти угловые точки 15, выполнены вогнуто, как это, в частности, видно на фиг. 6. Стороны 22 стержня могут также проходить прямолинейно. В изображенных примерах осуществления изображен четырехугольник в качестве многоугольного поперечного сечения участка 4b острия, но в соответствии с изобретением может быть также выбрано треугольное поперечное сечение или поперечное сечение, которое имеет больше четырех углов. Предпочтительно выполняется поперечное сечение правильной формы. Лежащие друг за другом в продольном направлении многоугольного в поперечном сечении участка 4b острия угловые точки 15 отдельных поперечных сечений лежат на прямых, проходящих параллельно центральной продольной оси Х-Х, так что образуются прямолинейные кромки 18 стержня, и при этом могут обладать дополнительным фрезерующим действием, когда происходит обратная деформация материала, в который ввертывается предлагаемый изобретением винтовой элемент 1. Как изображено на фиг. 6, многоугольное поперечное сечение участка 4b острия может быть выполнено осесимметрично относительно каждой из ортогональных прямых g₁, g₂. На фиг. 4 изображена отличающаяся от этого форма, при этом стороны 22 стержня или, соответственно, результирующие из них боковые поверхности стержня всего участка выполнены таким образом, что получается асимметрия относительно ортогональных прямых g1, g2. На фиг. 4 изображен один из вариантов осуществления, в котором указывающие в направлении вращения, исходящие от каждой угловой точки 15, или, соответственно, кромок 18 стержня участки сторон, или, соответственно, боковые участки, или, соответственно, участки поверхности проходят радиально круто в направлении продольной оси Х-Х таким образом, что они составляют с каждой проходящей через угловую точку 15 прямой острый угол β<20°, а потом вслед за этим проходят почти прямолинейно к следующей в направлении вращения угловой точке 15. На фиг. 4 изображена такого рода предлагаемая изобретением форма для направления D вращения по часовой стрелке, а на фиг. 5 изображена соответствующая форма с направлением D вращения против часовой стрелки. На фиг. 3-3C изображена многоугольная форма поперечного сечения участка 4b острия соответственно фиг. 4. Соответствующая форма поперечного сечения многоугольного участка 4b острия выбрана также на фиг. 7 и 8. Благодаря исполнению многоугольного поперечного сечения в соответствии с фиг. 4 и 5 достигается улучшенное режущее действие или, соответственно, фрезерующее действие режущих кромок 18, что относится к варианту осуществления в соответствии с фиг. 4. При варианте осуществления в соответствии с фиг. 5 соответственно достигается, что при направлении D вращения, которое имеется при приведении во вращение предлагаемого изобретением винта при отвертывании, отвертыванию оказывается большее сопротивление.

На фиг. 9 и 10 изображен один из вариантов осуществления предлагаемого изобретением винтового элемента 1, который по существу соответствует винтовому элементу 1 в соответствии с фиг. 1-8, при этом, однако, имеется то отличие, что диаметр d_h огибающей окружности 14 многоугольного участка 4b острия постоянен и имеет одинаковый размер не по всей длине участка 4b острия, а диаметр d_h огибающей окружности, начиная с диаметра dh₁ в области торцевых кромочных поверхностей 9, увеличивается в направлении резьбового стержня 2, причем предпочтительно увеличивается непрерывно до максимального диаметра d_h2 огибающей окружности в остальной области многоугольного участка 4b острия. При этом длина, на которой происходит увеличение диаметра d_h огибающей окружности до максимального диаметра, составляет предпочтительно от 10% до 50% от всей длины многоугольного участка 4b острия. Разность диаметров между диаметром d_h1 огибающей окружности в области кромки 9 торцевой поверхности и максимальным диаметром d_h2 огибающей окружности в области многоугольного участка 4b острия, в которой диаметр d_h2 огибающей окружности постоянен, составляет от 5% до 20% от максимального диаметра d_h огибающей окружности.

У предлагаемого изобретением винтового элемента 1, как изображено на отдельных фигурах, наружная кромка резьбы 12 проходит в области резьбового стержня 2, а также по многоугольному участку 4b острия с постоянным радиусом и постоянной высотой резьбы. По области имеющего форму усеченного конуса участка 4а острия и до его конца нитка 13 резьбы проходит спиралеобразно с непрерывно уменьшающимся до нуля радиусом и уменьшающейся высотой резьбы.

В одном из не изображенных предпочтительных вариантов осуществления, кроме того, кромка резьбы 12 по меньшей мере в области резьбового участка 4 и одновременно в области поверхности боковой стороны профиля резьбы может быть выполнена волнообразно таким образом, чтобы имелась последовательность гребней волн и впадин волн. В этой связи ссылаемся на документ DE 3335092 А1 в полном объеме.

Изобретение не ограничено изображенными и описанными примерами осуществления, а включает в себя также равнодействующие в смысле изобретения варианты осуществления. Особо подчеркивается, что примеры осуществления не ограничены всеми признаками в комбинации, более того, каждый отдельный частичный признак отдельно от всех других частичных признаков самостоятельно также может иметь изобретательское значение. Кроме того, изобретение также не ограничено комбинацией признаков, описанной в п.1 формулы изобретения, а может быть также описано каждой любой другой комбинацией определенных признаков всех в целом раскрытых единичных признаков. Это означает, что, в принципе, практически каждый отдельный признак п.1 формулы изобретения может пропускаться или, соответственно, заменяться по меньшей мере одним единичным признаком, раскрытым в другом месте этой заявки.

Список ссылочных обозначений

1 Винтовой элемент

2 Резьбовой стержень

4 Острие винта

4а Участок острия

4b Участок острия

5 Головка винта

7 Место для приложения усилия

9 Торцевая кромочная поверхность (кромка торцевой поверхности)

12 Резьба винта

13 Нитка резьбы

14 Огибающая окружность

15 Угловые точки

18 Кромки стержня (режущие кромки)

22 Стороны стержня

b Расстояние

D Направление вращения

d_g Диаметр резьбы

d_h Диаметр огибающей окружности

d_h1 Диаметр огибающей окружности

d_h2 Диаметр огибающей окружности

d_k Диаметр стержня поз. 4а

d_s Максимальный диаметр стержня резьбового стержня 2

g₁ Ортогональные прямые

g₂ Ортогональные прямые

Х-Х Центральная продольная ось

Z Направление завинчивания

1. Винтовой элемент (1), содержащий резьбовой стержень (2), выполненное на одном конце стержня острие (4) винта, выполненную на противоположном конце стержня головку (5) винта, снабженную местом (7) для приложения усилия, и проходящую по резьбовому стержню (2) и острию (4) винта резьбу (12) винта, при этом острие (4) винта, если смотреть в направлении (Z) завинчивания, имеет передний первый, сужающийся в направлении конца винтового элемента участок (4а) острия и примыкающий к нему второй участок (4b) острия с многоугольным, если смотреть в поперечном сечении, поперечным сечением, диаметр (d_h) огибающей окружности которого больше, чем диаметр (d_k) стержня первого участка (4а) острия,отличающийся тем, что первый участок (4а) острия имеет круглое поперечное сечение, и на переходе между первым участком (4а) острия и вторым участком (4b) острия на втором участке острия выполнена по меньшей мере одна торцевая кромочная поверхность (9), направленная радиально к продольной центральной оси (Х-Х) в направлении увеличения диаметра, заканчивающаяся в лежащей на огибающей окружности (14) второго участка (4b) острия угловой точке (15) многоугольного поперечного сечения, причем резьба (12) винта выполнена на первом и втором участке (4а, 4b) острия (4) винта проходящей без прерывания.

2. Винтовой элемент по п. 1, отличающийся тем, что огибающая окружность (14) второго участка (4b) острия имеет диаметр (d_h), который больше или равен максимальному диаметру (d_s) стержня предпочтительно круглого в поперечном сечении резьбового стержня (2).

3. Винтовой элемент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что диаметр (d_h) огибающей окружности второго участка (4b) острия (4) винта постоянен по своей осевой длине.

4. Винтовой элемент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что второй участок (4b) острия (4) винта имеет диаметр (d_h1) огибающей окружности на переходе от первого участка (4а) острия ко второму участку (4b) острия, который меньше, чем диаметр (d_h2) огибающей окружности на обращенном к резьбовому стержню (2) конце второго участка (4b) острия.

5. Винтовой элемент по п. 1, отличающийся тем, что первый участок (4а) острия выполнен в виде острого конуса с углом (α) при вершине конуса в пределах от 10° до 40°, в частности 20°.

6. Винтовой элемент по п. 5, отличающийся тем, что диаметр (d_k) выполненного в виде острого конуса первого участка (4а) острия на своей поверхности основания на переходе между первым и вторым участком (4а, 4b) острия меньше, чем максимальный диаметр (d_s) стержня резьбового стержня (2).

7. Винтовой элемент по п. 1, отличающийся тем, что резьба (12) винта в области второго участка (4b) острия и на участке (2) хвостовика имеет наружный диаметр (d_g), который равен или больше, чем максимальный диаметр (d_h) огибающей окружности в области многоугольного участка (4b) острия.

8. Винтовой элемент по п. 1, отличающийся тем, что частичная длина первого участка (4а) острия составляет от 0,8- до 2-кратного максимального шага (S) резьбы (12) винта, при этом предпочтительно шаг (S) резьбы составляет от 40% до 70% от максимального диаметра (d_g) резьбы при однозаходной резьбе.

9. Винтовой элемент по п. 1, отличающийся тем, что наружный диаметр (d_g) резьбы увеличивается на первом участке (4а) острия, начиная от конца винтового элемента, от 0 до максимального наружного диаметра (d_g) резьбы на втором участке (4b) острия.

10. Винтовой элемент по п. 1, отличающийся тем, что многоугольное поперечное сечение многоугольного участка (4b) острия имеет по меньшей мере три, предпочтительно четыре угловые точки (15), которые лежат на огибающей окружности (14) многоугольного участка (4b) острия.

11. Винтовой элемент по п. 10, отличающийся тем, что четыре угловые точки (15) делят на две пресекающиеся ортогонально к центральной продольной оси (Х-Х) прямые (g₁, g₂) многоугольного поперечного сечения и находятся каждая на одинаковом расстоянии (b) от продольной оси (Х-Х).

12. Винтовой элемент по п. 11, отличающийся тем, что четыре угловые точки (15) многоугольного поперечного сечения многоугольного участка (4b) острия расположены, соответственно, в продольном направлении лежащими друг за другом, на проходящих параллельно центральной продольной оси (Х-Х) прямых, так что образуются прямолинейные кромки (18) стержня.

13. Винтовой элемент по п. 11, отличающийся тем, что угловые точки (15) многоугольного поперечного сечения соединены сторонами (22) стержня, которые имеют такое вогнутое выполнение, что образовано многоугольное поперечное сечение, которое выполнено соответственно осесимметрично относительно проходящих через угловые точки (15) ортогональных прямых (g₁, g₂).

14. Винтовой элемент по п. 11, отличающийся тем, что стороны (22) стержня, которые соединяют угловые точки (15) многоугольного поперечного сечения, выполнены асимметрично относительно проходящих через угловые точки (15) ортогональных прямых (g₁, g₂) таким образом, что в направлении (D) завинчивания или в направлении (D) отвинчивания предлагаемого изобретением винтового элемента (1) достигается повышенное режущее или, соответственно, фрезерующее действие.

15. Винтовой элемент по п. 1, отличающийся тем, что резьба (12) имеет наружную кромку резьбы, которая, если смотреть в осевом направлении центральной продольной оси (Х-Х), проходит спиралеобразно, в области резьбового стержня (2) - с постоянным радиусом, по области острия (4) винта - спиралеобразно с непрерывно уменьшающимся радиусом.