AT200395B - Vorrichtung zum oeffnen von briefen - Google Patents

Description

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ÖSTERREICHISCHES PATENTAMT PATENTSCHRIFT NR. 200395

Ausgegeben am 25. Oktober 1958 N. V. DE BATAAFSCHE PETROLEUM MAATSCHAPPIJ IN DEN HAAG (NIEDERLANDE)

Zylindrische Schrumpfgewindeverhindung

Angemeldet am 29. Oktober 1956; Priorität der Anmeldung in den Niederlanden vom 31. Oktober 1955 beansprucht. — Beginn der Patentdauer: 15. April 1958.

Die Erfindung betrifft eine zylindrische Schrumpfgewindeverbindung, d. h. eine Schrumpfgewindeverbindung, bei der sowohl das Gewinde des Bolzenteils als auch jenes des Mutterteils auf 5 zylindrischen Flächen vorgesehen sind. Im Patent Nr. 193827 ist eine Schrumpfgewindeverbindung beschrieben, deren Kennzeichen im wesentlichen darin besteht, daß entweder eines der beiden Schraubengewinde oder beide Schrauben-io gewinde in ungleicher Weise von der normalen Gewindeform derart abweichen, daß nach dem festen, aber ohne plastische Verformung erfolgten Einschrauben bzw. nach Einschrumpfen des Bolzenteils in den Mutterteil die äußeren Flanken ib des Bolzengewindes und damit die betreffenden inneren Flanken des Muttergewindes stärker belastet sind als die andern Flanken. Dieses Patent behandelt jedoch nur Kegelgewindeverbindungen.

Es hat sich nun gezeigt, daß man auch eine zy-20 lindrische Schrumpfgewindeverbindung mit Vorteil in der beschriebenen Weise ausbilden kann. Die zylindrische Schrumpfgewindeverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung ist demnach dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der 25 zusammenarbeitenden Gewinde im unbelasteten Zustand von einem normalen zylindrischen Gewinde derart abweicht (wobei vorausgesetzt ist, daß beide Gewinde nicht in der gleichen Weise abweichen), daß nach dem festen Aufschrumpfen io des Mutterteils auf den Bolzenteil — das jedoch ohne plastische Verformung zu erfolgen hat — die äußeren Flanken des Bolzengewindes und die mit ihnen zusammenwirkenden inneren Flanken des Muttergewindes stärker belastet sind als die 35 andern Flanken.

Unter den „äußeren“ bzw. den „inneren“ Flanken der Gewinde werden hier die von der Mitte des Gewindes abgewandten bzw. die dieser Mitte zugewandten Flanken verstanden; der Ausdruck 40 „zylindrisches Gewinde“ bezeichnet hier ein Gewinde, das über seine ganze Länge im wesentlichen den gleichen Flankendurchmesser aufweist, worin sich dieses Gewinde von einem Kegelgewinde unterscheidet; unter einem „normalen zy-43 lindrisohen“ Gewinde ist im folgenden ein Gewinde zu verstehen, bei dem die Steigung und der Flankendurchmesser über die ganze Länge des Gewindes konstant sind, und zusätzlich wird hier unter einem „normalen zylindrischen Gewinde" auch ein kegeliges Gewinde verstanden, sc bei dem die Steigung und die Kegelform über die ganze Gewindelänge konstant sind, bei dem jedoch der Kegelwinkel sehr klein ist, z. B. weniger als 1° beträgt, so daß man das Gewinde praktisch nicht als Kegelgewinde ansprechen kann. Der 55 Ausdruck „Schraubengewinde“ bezeichnet lediglich denjenigen Teil eines Gewindes, der innerhalb der Gewindeverbindung in Eingriff steht. Die äußeren Flanken des Bolzengewindes und die inneren Flanken des Muttergewindes werden ge- so legentlich als „belastete Flanken“, die andern Flanken als „unbelastete Flanken“ bezeichnet.

Die erfindungsgemäße Gewindeverbindung bietet die gleichen Vorteile wie die Schrumpfgewindeverbindung gemäß dem bereits erwähnten Pa- 65 tent, d. h. die nachstehend beschriebene Verbindung hat im Vergleich zu bekannten Gewindeverbindungen eine erheblich höhere Festigkeit, was sich durch die Tatsache erklären läßt, daß am Fuß des Gewindes bzw. am Gewindegrund keine το Keilwirkung auftritt, daß die Belastung der belasteten Flanken im wesentlichen gleichmäßig ist, wodurch eine örtliche Überlastung verhindert wird, und daß der mit Gewinde versehene Abschnitt des Bolzenteils einer Druckspannung aus- 75 gesetzt ist.

Gemäß der Erfindung sollen die Gewindegänge des Bolzens und der Mutter im unbelasteten Zustand gewisse Unterschiede gegenüber einem normalen Gewinde aufweisen; im Hinblick auf die sc erzielte Wirkung ist es bedeutungslos, ob diese Unterschiede dadurch hervorgerufen sind, daß nur das Bolzengewinde, nur das Muttergewinde oder beide Gewinde von der Form eines normalen zylindrischen Gewindes abweichen. Wegen 85 der einfacheren Herstellung ist es jedoch erwünscht, daß wenigstens ein Teil, also entweder der Bolzen oder die Mutter, mit einem normalen zylindrischen Gewinde versehen wird.

Die Art der Abweichung (im unbelasteten Zu- x stand) ähnelt derjenigen, die im Patent Nr. 193827 beschrieben ist. Somit können der Bolzenteil und der Mutterteil im unbelasteten und kalten Zustand die gleiche Steigung aufweisen, mit Ausnahme in der Mitte des Bolzenteils 95 und/oder des Mutterteils, in der eine örtliche Änderung der Steigung vorgesehen ist, wobei der Unterschied zwischen den Flankendurchmessern _ 2

Nr. 20059ο des Bolzengewindes und des Muttergewindes in der Mitte des Schraubengewindes größer als an den Enden ist. Ferner können sowohl das Bolzengewinde als auch das Muttergewinde eine kon-5 stante Steigung aufweisen, wobei jedoch die Steigung des Bolzengewindes etwas größer ist als diejenige des Muttergewindes. In diesem Falle soll der Unterschied zwischen den Flankendurchmessern des Bolzengewindes und des Muttergewindes io in der Mitte des Schraubengewindes kleiner sein als an den Enden.

Ferner kann im unbelasteten und kalten Zustand zwischen dem Bolzengewinde und dem Muttergewinde ein Steigungsunterschied bestehen, i5 der von der Mitte des Schraubengewindes zu den beiden Enden desselben hin abnimmt, wobei in der Mitte des Schraubengewindes die Steigung der, Bolzengewindes größer als die des Muttergewindes ist. Vorzugsweise ist dabei die Steigungsän-2o derung eine kontinuierliche und der Mutterteil mit einem normalen zylindrischen Gewinde versehen.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungs-25 beispielen näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch zwei Bauteile, die durch die erfindungsgemäße Schrumpfgewindeverbindung miteinander vereinigt sind. Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen verschiedene Ausbildungsformen unbelasteter Boi-30 zen- und Muttergewinde im kalten Zustand. Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch eine mit einer Schulter versehene Schrumpfverbindung.

In Fig. 1 erkennt man einen Bauteil 1 mit einem Bolzenabschnitt 2, auf den ein Bauteil 3 mit 35 einem Mutterabschnitt 4 aufgeschrumpft ist. Der Bolzenteil 2 hat ein Gewinde 5, das in das Gewinde 6 des Mutterteils eingreift. Die Längsachse der Gewindeverbindung ist bei 7 angedeutet. Die — bezogen auf die Gewindemitte M — äußeren 40 Flanken des Bolzengewindes 5 berühren die inneren Flanken des Muttergewindes 6 und stehen unter einer spezifischen Belastung K. Zwischen den unbelasteten Flanken verbleibt ein schraubenlinienförmiger Spalt, Auf die Gewindever-45 bindung können auch andere Kräfte, z. B. von aneinanderliegenden Schultern der beiden Teile berührende axiale Kräfte oder äußere Kräfte, wirken, die hier jedoch nicht angedeutet sind.

Die äußeren Kräfte werden als gegeben voraus-50 gesetzt, wogegen man die Kräfte K und die etwa auftretenden axialen Kräfte der vorerwähnten Art unter Berücksichtigung der zulässigen Spannungen wählen kann. Bei dem in Fig. 1' dargestellten Zustand ist infolge der Wirkung der axi-55 alen Komponenten der Kräfte K der Bolzenteil 2 auf Druck und der Mutterteil 4 auf Zug beansprucht; die Endzonen des Bolzenteils 2 nähern sich daher im belasteten Zustand etwas der Mitte M, wogegen sich die Endzonen des Mutterteils 4 60 von der Mitte M etwas entfernen. Zusätzlich rufen, die. radialen Komponenten der Kräfte K Ver formungen hervor. Alle diese Verformungen und relativen Verschiebungen lassen sich berechnen, wenn die Materialeigenschaften gegeben sind.

Die Fig. 2, 3, und 4 zeigen jeweils im Schnitt 65 ein Stück des Gewindes eines unbelasteten Bolzenteils 2 und eines unbelasteten kalten Mutterteils 4, wobei unter „kalt“ Raumtemperatur zu verstehen ist. In diesem Falle muß man von der Annahme ausgehen, daß unter Zugrundelegung " einer Schumpfverbindung die axialen Kräfte, die auf den Bolzenteil und den Mutterteil ausgeübt werden, beseitigt worden sind, so daß die Mitte M ihre Lage beibehält; infolgedessen ergibt sich in den Fig. 2, 3 und 4 eine teilweise Überlappung 75 zwischen dem Bolzengewinde 5 und dem Muttergewinde 6. Die axiale Überlappung der belasteten Flanken ist in diesen drei Figuren bei au at, av a4, % und a0 angedeutet; diese Überlappung ist im wesentlichen gleich dem zu berechnenden Ge- s: samtwert der relativen Verschiebungen der belasteten Flanken des Bolzengewindes und des Muttergewindes gegenüber der Mitte M. Die Überlappung wird außerdem durch die radialen Komponenten der inneren Kräfte beeinflußt. es

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen einen Mutterteil 4 mit einem normalen zylindrischen Gewinde 6; die Linien 8 und .9, welche in der Querschnittsdarstellung die Scheitel bzw. die Fußpunkte der Gewindegänge verbinden, verlaufen geradlinig und <>: parallel zu der Achse 7. Überdies sind die axialen Überlappungen au a.2l aa, a4, as und ae in den Fig. 2, 3 und 4 gleich, was bedeutet, daß in sämtlichen Fällen die gleiche Last berücksichtigt ist, so daß auch die Lage der äußeren Flanken des « Bolzengewindes 5 in den Fig. 2, 3 und 4 die gleiche ist. Die relative Lage der äußeren Flanken des Bolzengewindes J und der inneren Flanken des Muttergewindes 6 im unbelasteten, kalten Zustand ist von grundlegender Bedeutung, dagegen jo: läßt sich die Lage der inneren Flanken des Bolzengewindes 5 und der äußeren Flanken des Muttergewindes 6 innerhalb bestimmter Grenzen beliebig wählen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist ics die Lage der inneren Flanken der Gewinde so gewählt, daß die Steigung des Bolzengewindes S größer ist als diejenige des Muttergewindes 6; die Linie 10, die in der Querschnittsdarstellung die Fußpunkte des Gewindes 7 verbindet, verläuft ge- in radlinig und parallel zu der Achse 7. Infolgedessen ist die Linie 11, welche in der Querschnittsdarstellung die Scheitel des Bolzengewindes 5 verbindet, in Richtung nach rechts konvex, d. h. die Steigung des Gewindes 5 ist in der Mitte M am ns größten und nimmt nach beiden Seiten zu allmählich ab; der Steigungsunterschied zwischen dem Gewinde 5 und dem Gewinde 6 ändert sich demnach ebenfalls allmählich im gleichen Sinne; er ist in der Mitte M am größten. Es liegt auf der 12c Hand, daß man auch die Linie 11 geradlinig und die Linie 10 in Richtung nach links konvex verlaufen lassen kann, oder daß die Linie 8 nach _ 3 _

Nr. 200>9~ rechts konvex oder die Linie 9 nach links konvex sein kann. Zwei oder mehr Linien können auch gebogen sein; die in Fig. 2 angedeuteten Formen lassen sich jedoch verhältnismäßig leicht 5 herstellen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Gewinde so auszubilden, daß die in Fig. 1 sichtbaren Spalte zwischen den unbelasteten Flanken wegfallen, doch so, daß diese Flanken in diesem Falle keine Kräfte aufeinander io übertragen, bzw. nur Kräfte, die im Vergleich zu den Kräften K sehr klein sind. Nachträglich kann man berechnen, wie weit die Spalte zwischen den unbelasteten Flanken in Fig. 2 werden. Auf diese Weise wird auch die Lage der inneren Flan-i5 ken des Bolzengewindes 5 bestimmt; zwar ergeben sich hiebei kompliziertere Abweichungen des Gewindes, doch läßt sich auf diese Weise eine Gewindeverbindung mit abdichtender Wirkung hersteilen. 20 Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die inneren Flanken des Bolzengewindes 5 so angeordnet sind, daß dieses Gewinde eine konstante Steigung p, hat, die größer ist als die Steigung pl des Muttergewindes 6. Bei diesem Aufbau ist der 25 Unterschied zwischen den Flankendurchmessern der Gewinde 5 und 6 an den Enden des Gewindes am größten; unter dem Flankendurchmesser ist das Doppelte des Abstandes zwischen der Achse 7 und der Mitte der Gewindeflanke zu verstehen. 30 In Fig. 3 sind die Linien 10 und 11 in Richtung nach rechts konvex; alternativ können die Linien 8 und 9 nach links konvex sein, oder sowohl die Linien 8 und 9 als auch die Linien 10 und 11 können gebogen sein. 35 Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die inneren Flanken des Bolzengewindes 5 so angeordnet sind, daß dieses Gewinde eine konstante Steigung hat, die ebenso groß ist wie die Steigung des Muttergewindes 6, wobei jedoch das 40 Bolzengewinde 1 in der Mitte M eine örtliche Änderung der Steigung aufweist, die gemäß Fig. 4 eine Gewinderille von größerer Steigung umfaßt, bei der es sich jedoch auch um eine Unterbrechung des Gewindes handeln kann; ferner kann 45 das Muttergewinde 6 eine solche Örtliche Änderung der Steigung auf weisen oder eine solche örtliche Änderung der Steigung bei beiden Gewinden 5 und 6 vorgesehen sein. Bei diesem Aufbau ist der Unterschied der Flankendurchmesser sc der Gewinde 5 und 6 in der Mitte M am größten.

Es liegt auf der Hand, daß die Gewinde auch andere Abweichungen aufweisen können, vorausgesetzt, daß die relative Lage der belasteten Flanken unverändert bleibt. Hiebei müssen wenigstens 55 die Sollbelastung und die Materialeigenschaften ebenfalls unverändert bleiben.

Es wurde schon mehrfach die Mitte M des Gewindes erwähnt; hierunter ist diejenige Stelle zu verstehen, an der die inneren und die äußeren 63 Flanken ineinander übergehen, was aus der Definition der inneren und äußeren Flanken folgt; es handelt sich somit um diejenige Stelle, an der die Druck- oder Zugspannung am größten ist. Bei einer Verbindung ohne Schultern stimmt die Mitte M mit der wahren Mitte des Schraubengewin- 65 des überein, wenn mindestens die größten Zug-und Druckkräfte, welche die Verbindung übertragen können soll, einander gleich sind. Aus dem Gleichgewicht der axialen Komponenten der verschiedenen Kräfte folgt jedoch, daß die Mitte M beim Vorhandensein von axialen Schulterkräften und/oder äußeren Kräften im allgemeinen nicht mit der wahren Mitte m des Gewindes übereinzustimmen braucht. Dies geht aus der Fig. 5 hervor, die einen Bolzenteil 15 zeigt, der eine Schulter 16 -5 hat, sowie einen Mutterteil 17 mit einer Schulter 18, Die Schulterkraft ist bei L angedeutet. Die Mitte M liegt in einem kleineren Abstand vom Ende des Bolzenteils 15 bzw. in einem größeren Abstand vom Ende des Mutterteils 17 als die s: wahre Mitte m.

Um eine gute Abdichtung zwischen den Schultern 16 und 18 zu erzielen, ist es erwünscht, daß in jener Querschnittsdarstellung, in welcher beim Einschrauben der Verbindung die erste Berührung 85 zwischen dem Muttergewinde und dem Bolzen-gewinde an der Flanke 21 stattfindet (siehe Fig. 5), die Linie 19, welche in dieser Darstellung eine Verlängerungslinie der Schultern 16 und 18 bildet, die Verlängerungslinie 20 der Flanke 21 in 93 dem zwischen der Achse 22 und der Flanke 21 liegenden Teil dieser Linie schneidet.

In den Figuren sind die Abweichungen übertrieben groß dargestellt; in Wirklichkeit werden diese Abweichungen nur sehr klein sein, so daß 95 der Bolzenteil und der Mutterteil durch die Kräfte, die beim Aufschrumpfen die entsprechende Verformung des Gewindes bewirken, nicht überlastet werden.

Die Herstellung des Bolzengewindes und/oder 10; des Muttergewindes einer Gewindeverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung bietet größere Schwierigkieten als die Herstellung eines normalen Schraubengewindes. Diese Schwierigkeiten lassen sich jedoch überwinden, wenn man beim 135 Schneiden des Gewindes auf einer Drehbank besondere Hilfsmittel benutzt. Beispielsweise kann man die gewünschten Abweichungen von der Kegelform mit Hilfe einer Kegeldreheinrichtung erzielen, welche die gewünschten Abweichungen 11: aufweist. Ein kleiner konstanter Steigungsunterschied zwischen den beiden Gewinden läßt sich durch Verwendung geeigneter Wechselräder erzielen, wobei man z. B. für das eine Gewinde ein Wechselrad mit 400 Zähnen und für das an- 11? dere Gewinde ein Wechselrad mit 401 Zähnen benutzt. Um bei einem zu schneidenden Gewinde die gewünschten Steigungsunterschiede zu erzielen, kann man der mit dem Stahlhalter verbundenen Leitspindelmutter, die durch die Leitspindel 12; bewegt wird, zusätzlich zu ihrer Translationsbewegung während ihrer Bewegung gegenüber der Leitspindelachse mit Hilfe einer Steuerschablone od, dgl. eine Drehbewegung erteilen; wenn man

Claims (7)

1. 4 — Nr. 20039? nämlich die Leitspindelmutter in der gleichen Richtung dreht wie die Leitspindel, wird die Steigung verkleinert, und wenn man die Leitspindelmutter in der entgegengesetzten Richtung dreht, 5 erhält man eine Vergrößerung der Steigung. PATENTANSPRÜCHE: 1. Zylindrische Schrumpfgewindeverbindung, dadurch gekennzeichnet, daß entweder eines der beiden Schraubengewinde oder beide Schrauben- io gewinde — diese aber in ungleicher Weise — durch Wahl des Standes der tragenden bzw. der nicht tragenden Flanken von der normalen zylindrischen Gewindeform derart abweichen, daß nach dem festen Aufschrumpfen des Mutterteils 15 (4) auf den Bolzenteil (2), das jedoch ohne plastische Verformung erfolgen soll, die äußeren Flanken des Bolzengewindes (5) und die mit diesen zusammenwirkenden inneren Flanken des Muttergewindes (6) stärker belastet sind als die 20 andern Flanken.
2. 2. Gewindeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entweder der Bolzenteil (2) oder der Mutterteil (4), vorzugsweise aber der Mutterteil, ein normales zylindrisches Gewin- 25 de aufweist.
3. 3. Gewindeverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im unbelasteten und kalten Zustand zwischen dem Bolzengewinde (5) und dem Muttergewinde (6) ein Steigungsun- 30 terschied besteht, der von der Mitte (M) des Schraubengewindes zu den beiden Enden desselben hin abnimmt, wobei in der Mitte des Schraubengewindes die Steigung des Bolzengewindes größer als die des Muttergewindes ist.
4. 4. Gewindeverbindung nach Anspruch 3, da- 35 durch gekennzeichnet, daß die Änderung (des Steigungsunterschiedes kontinuierlich ist.
5. 5. Gewindeverbindung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher im unbelasteten und kalten Zustand die Steigung des Bolzengewindes größer ist 40 als diejenige des Muttergewindes, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen den Flankendurchmessern des Muttergewindes (6) und des Bolzengewindes (5) in der Mitte (M) des Gewindes kleiner ist als an den Enden (Fig. 3). 45
6. 6. Gewindeverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Unterschiedes der Flankendurchmesser kontinuierlich ist.
7. 7. Gewindeverbindung nach Anspruch 1 oder so 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinde des Bolzenteiles (2) und des Mutterteiles (4) im unbelasteten und kalten Zustand dieselbe Steigung aufweisen, mit Ausnahme in der Mitte (M) des Bolzenteiles und/oder des Mutterteiles, in der eine 55 örtlich beschränkte Änderung der Steigung vorgesehen ist, und daß der Unterschied zwischen den Flankendurchmessern des Muttergewindes (6) und des Bolzengewindes (5) in der Mitte (M) des Gewindes größer ist als an den Enden (Fig. 4). so (Hiezu 3 Blatt Zeichnungen) Dt/chdrutit»! loiti Schwa»1 Erbin. Wien IX.