DE1007566B - Selbstsichernde Schraubenmutter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Schraubenmuttern mit Sicherung gegen ungewolltes Lösen, wobei die Sicherung durch Verformung des Gewindes bewirkt wird, und ein Verfahren zur Herstellung derartiger Schraubenmuttern.

Schraubenmuttern dieser Art klemmen sich selbst beim Aufschrauben auf die Gewindegänge einer Schraube od. dgl. fest, ohne daß sonstige zusätzliche Sicherungsmittel notwendig sind.

Schraubenmuttern der genannten Art sind bereits in zahlreichen Formen bekannt. So ist bei einer bekannten selbstsichernden Mutter an einem Ende des Mutterkörpers ein Sicherungsabschnitt mit nach innen vorstehenden Gewindeteilen vorgesehen, der durch nach innen gerichtete Verformungen der äußeren Fläche der Mutter gebildet wird. Der Nachteil dieser bekannten Mutter besteht darin, daß man sie nur von einer Seite aus auf den Gewindebolzen aufschrauben kann. Die Gewindegänge werden somit nur auf der einen Seite beansprucht. Abgesehen davon, daß die Anwendung derartiger, nur einseitig aufschraubbarer Muttern zu Verzögerungen führt, namentlich bei der Fließbandmontage, haben solche Muttern auch den Nachteil geringerer Haltbarkeit bei wiederholtem Auf- und Abschrauben. Es besteht auch die Gefahr, daß bei falschem Aufsetzen der Mutter auf den Gewindebolzen dessen Gewinde durch die schneidkluppenartig vorspringenden Gewindeteile des einen Mutterendes beschädigt werden.

Um den vorgenannten Nachteil zu vermeiden, ist bei einer anderen bekannten selbstsichernden Mutter die axiale Mittelzone des Mutterkörpers durch radiale Einprägungen verformt, die eine einwärts gerichtete bleibende Vorwölbung des Gewindes hervorrufen, so daß sich die Mutter beim Aufschrauben auf die zugehörige Schraube federnd verformt. Hierbei bleibt das Gewinde an den beiden Enden des Mutterkörpers unverformt. Die Verformung des Gewindes in der axialen Mittelzone des Mutterkörpers erstreckt sich auf dessen gesamten inneren Umfang, so daß das Gewinde im mittleren Teil des Mutterkörpers die Form einer Ellipse annimmt. Da das Material, aus dem Schraubenmuttern hergestellt werden, in seiner Elastizität beträchtlich schwankt, kann das Ausmaß der vorzunehmenden Verformung schlecht berechnet werden. Bei der Verformung des gesamten mittleren Teiles des Mutterkörpers wird dieses einmal zu groß und das andere Mal zu klein werden; dadurch liegen die Grenzwerte der Verformung weit auseinander. Versuche haben überdies gezeigt, daß es praktisch nicht möglich ist, die üblichen Stahlmuttern maschinell gleichmäßig elliptisch in der Mittelzone zu verformen.

Die Erfindung geht von einer selbstsichernden Schraubenmutter der letztgenannten Art aus und be-

Selbstsichernde Schraubenmutter

Anmelder:
Albert Stall, Detroit, Mich. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. U. Maase, Rechtsanwalt,
Essen, Zweigertstr. 13

Albert Stoll, Detroit, Mich. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

zweckt, die Nachteile der bekannten Schraubenmutter zu vermeiden. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die nach innen vorragenden Vorwölbungen des Gewindes der axialen Mittelzone der Schraubenmutter linsenförmig ausgebildet sind, außerhalb deren Bereiches das Gewinde zylindrisch ist.

Diese vergleichsweise kleinen linsenförmigen Vorwölbungen werden durch eine Scherbeanspruchung der Fasern hervorgerufen, indem mittels eines Prägestempels in die Außenfläche der Mutter Einprägungen vorgenommen werden. Handelt es sich dabei um Muttern mit polygonalem Körper, so sind die Seitenflächen der Mutter außerhalb des Bereiches der Einprägungen eben. Vorteilhaft werden die Einprägungen so vorgenommen, daß sie als scharfkantig in die ebenen Seitenflächen übergehende Vertiefungen erscheinen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung erstreckt sich auf ein Verfahren zur Herstellung der neuen Schraubenmuttern und besteht darin, daß der Mutterkörper während des Einprägens der Vertiefungen allseitig derart am Umfang abgestützt wird, daß eine Verformung des Mutterkörpers außerhalb des Bereiches der Prägestempel verhindert wird. Durch dieses Verfahren ist es möglich, auf den Außenflächen der Mutter Eindrücke in zur jeweiligen Außenfläche der Mutter verhältnismäßig geringer Größe vorzunehmen, die auf der Gewindeseite die linsenförmigen Vorwölbungen hervorrufen, ohne daß sich außerhalb der Eindrücke und Vorsprünge die Form der Mutter ändert.

Die erfindungsgemäß gestaltete Mutter hat den Vorteil, daß die durch die inneren linsenförmigen Vorwölbungen hervorgerufene zusätzliche Reibung nur in sehr engen Grenzen schwankt. Man kann also die Muttern nach der Erfindung ohne weiteres mit üblichen Drehmomentschraubenschlüsseln bis zu einer bestimmten einstellbaren Spannung anziehen, was bei

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den bekannten elliptisch verformten Schrauben nicht der Fall ist.

Der erhöhte Reibungsschluß zwischen Mutter und Schraube beim Erfindungsgegenstand hat ferner auch eine bessere bzw. vollständigere Abdichtung gegen den Durchtritt von Gasen oder öl zur Folge.

Von besonderem Vorteil ist der Erfindungsgegenstand für die Kraftfahrzeugindustrie bzw. für alle solche Fälle, in denen die Schraubenverbindungen wird vorteilhaft so vorgenommen, daß der Bereich der unverändert bleibenden Gewindegänge zwischen der oder den Vorwölbungen gleich oder größer ist als die Vorwölbungen.

Eine in dieser Art verformte Mutter kann völlig auf die Schraube 21 über deren Ende 22 geschraubt werden, ohne auf irgendwelche abnorme Reibungswiderstände zu stoßen. Wenn das Ende des Schraubengewindes 22 auf die Vorwölbungen 16 der Mutter 10

starken Erschütterungen oder Vibrationen ausgesetzt io trifft, kann man den erhöhten Reibungswiderstand

überwinden durch Anwendung von von Hand oder maschinell betätigten Schnellschraubenschlüsseln, wie sie z. B. bei der Fließbandmontage in der Kraftfahrzeugindustrie benutzt werden.

Es wurde gefunden, daß eine Sperrung und Abdichtung des Gewindes schon durch eine so geringe innere Vorwölbung des Muttergewindes erreicht werden kann, daß das Metall beim Aufschrauben der Mutter nicht frißt, auch wenn mit Schnellschraubenschlüsseln gearbeitet wird, sofern man die Höhe der inneren Vorwölbung und deren Anzahl in folgender Weise begrenzt :

Die Vorwölbungen, d. h. die Tiefe oder die Größe des Zwischenraumes an den Flanken des Schrauben- und Muttergewindes im Bereich der Vorwölbungen, dürfen nicht größer als der größte Spielraum zwischen den Gewindenanken sein, der seinerseits bestimmt wird durch die entsprechenden Toleranzen zwischen dem Mutter- und dem Schraubengewinde. Gleichzeitig soll kein Zwischenraum zwischen dem kleineren Muttergewindedurchmesser im Bereich der Vorwölbungen und dem Wurzeldurchmesser des Schraubengewindes bleiben, oder — anders ausgedrückt — der innere Durchmesser des Muttergewindes an den vor

sind.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht einer Schraubenmutter gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Seitenriß der Mutter nach Fig. 1,

Fig. 3 in Seitenansicht eine andere Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 in größerem Maßstab einen Querschnitt nach Linie 4-4 der Fig. 2,

Fig. 5 einen senkrechten Querschnitt nach Linie 5-5 von Fig. 4,

Fig. 6 in Seitenansicht eine Schraube mit teilweise aufgeschraubter Mutter im Querschnitt, Fig. 7 eine Oberansicht der Mutter,

Fig. 8 eine Schraube mit einer ganz aufgeschraubten Mutter,

Fig. 9 einen Querschnitt nach Linie 9-9 von Fig. 8,

Fig. 10 einen Querschnitt nach Linie 10-10 der Fig. 5 in größerem Maßstab,

Fig. 11 einen senkrechten Schnitt nach Linie 11-11 der Fig. 10,

Fig. 12 einen Querschnitt eines Prägefutters für die Herstellung einer Mutter im Sinne der Erfindung,

Fig. 13 ein versetztes Profil nach Linie 13-13 der 35 gewölbten Stellen soll kleiner sein als der kleinste

Fig. 12,

Fig. 14 eine Frontalansicht des Prägestempels in Richtung der Pfeilspitzen 14-14 nach Fig. 13,

Fig. 15 eine Frontalansicht des Prägestempels für die Herstellung einer Mutter wie in Fig. 3,

Fig. 16 eine Grundriß ansicht einer Mutter in Übereinstimmung mit einer anderen Verkörperung der Erfindung,

Fig. 17 eine versetzte Profilansicht nach Linie 17-17 der Fig. 16.

In Fig. 1 und 2 ist eine Sechskantmutter 10 mit normalem Gewinde dargestellt. Die Seitenflächen 12 sind eben ausgeführt und gehen mit der üblichen Abrundung in die Endflächen 13, 14 über.

Durchmesser des Gewindes der zugehörigen Schraube, jedoch soll die Differenz zwischen den Gewindegängen der Vorwölbung und dem kleinsten Durchmesser der Schraubengewindegänge nicht 20% der Gesamttoleranz des Mutter- und Schraubengewindes überschreiten.

Wenn man die vorzugsweise anzuwendenden Begrenzungen der Vorwölbungen und die Tiefe der Einprägungen einhält, ergibt sich eine Schraubenmutter, in welcher eine Gewindeabdichtung gegen den Durchtritt von Gas und öl verbunden ist mit der beabsichtigten Selbstsicherung. Diese Eigenschaften behält die Schraubenmutter auch auf längere Zeit. Die Mutter kann wiederholt aufgebracht und abgenommen wer-

Jede zweite Seitenfläche 12° der Mutter hat bei 15 50 den, ohne die Fähigkeit zu elastischem Reibungsschluß zwischen den Endflächen 13 und 14 eine Einprägung im Bereich der beiden Enden des Muttergewindes zu 15, derart, daß sich die Gewindegänge im Querschnitts- beeinträchtigen, die lose passend auf das Gewinde der bereich der Einprägung nach innen durch die Schrauben aufschraubbar sind. Ein Fressen zwischen Stauchung der Zone 17 des Mutterkörpers etwas vor- den sich berührenden Gewindegängen der Mutter und wölben, wie bei 16 angedeutet. Das Ausmaß der Vor- 55 den Gewindegängen der Schrauben ist ausgeschlossen, wölbung und die Höhe der sich daraus ergebenden Ge- Dies läßt sich an Hand von Fig. 9 erklären, wo die windevorsprünge werden im nachfolgenden ausführ- elastische Verformung der Seitenflächen der Mutter licher dargelegt. bei Verspannung der inneren Vorwölbungeti mit den

In Fig. 11 ist die Wirkung der Gewindevorwölbung Gewindegängen der Schrauben angedeutet ist. Die durch die Einprägung von außen näher ersichtlich. 60 punktierten Linien 12^C und 12^Ä stellen die Seitenflächen Mit 18 sind die tragenden Flanken der Gewindegänge der Mutter dar, bevor sie sich durch den Druck der bezeichnet. Die gestrichelten Linien 18^a geben den Vorwölbungen des Muttergewindes auf das Gewinde Verlauf der Gewindegänge vor der Vorwölbung bzw. der Schrauben verformen.

dem Stauchvorgang wieder. Die schraffierte Zone 17 Zur Erklärung der Vorgänge beim Aufschrauben

stellt den gestauchten Teil dar. Den Verlauf der Flan- 65 einer Mutter auf die Schraube kann gesagt werden, ken der Gewindegänge nach der Vorwölbung geben daß durch die von den inneren Vorwölbungen des Gedie Linien 19 wieder. Durch den Stauchvorgang wird windes ausgehenden Druckkräfte die Seitenflächen 12" eine Verkleinerung des inneren Durchmessers der vor- (s. Fig. 4) eine Ausbiegung erfahren, während die dagewölbten Gewindeteile 20° um das MaBD₁ bewirkt. zwischenliegenden Seitenflächen der Mutter einwärts Die Stauchung zur Bildung der Vorwölbungen 16 70 gebogen werden. Diese Anordnung bewirkt einen

dichten Schluß entlang der Schraubenlinie des Gewindes, ohne Verschleiß oder Fressen im Gewinde zu verursachen. Durch die an beiden Seiten der Vorwölbungen sich befindenden, locker passenden Gewindegängen werden Endzonen gebildet, in denen ein elastischer Reibungsschluß entsteht. Diese Wirkung kann — wie der Erfinder annimmt — dadurch erklärt werden, daß sich die elastische Verformung nicht auf den Teil des Mutterkörpers beiderseits bzw. ober- und unterhalb der inneren Vorwölbungen erstreckt.

Indem die Mutter auf diese Art mit leicht passenden Gewindegängen an jeder Seite versehen ist, wird die gewünschte Korabination von Gewindeschluß und Selbstklemmung erreicht. Sie sichert Wirksamkeit innerhalb der Grenzen des meist üblichen Drehmoments von Schnellschraubenschlüsseln ohne Gefahr des Fressens oder Verschleiß des Schraubengewindes.

Auf der Zeichnung ist eine sechseckige Mutter, versehen mit einer Vorwölbung an jeder zweiten Seitenfläche, dargestellt. Jedoch können sich auch die Seitenflächen einer quadratischen Mutter in ähnlicher Weise verformen. Ferner können, während die Zeichnung eine Vielzahl von Einprägungen wiedergibt, die in der Mitte zwischen den Außenflächen der Mutter liegen, um elastisch verformbare Zonen beiderseits der Zone der Vorwölbungen zu schaffen, in einem gewissen Ausmaß einige der Vorteile der Kombination von Gewindeschluß und Selbstklemmung auch durch Anwendung einer einzigen Vorwölbung erreicht werden, die zwischen den Außenflächen der Mutter vorgesehen wird, um eine elastisch verformbare Gewindezone beiderseits zu belassen. Ebenso brauchen die einzelnen Vorwölbungen nicht unbedingt in der Mitte zwischen den beiden Mutternendflächen zu liegen.

Anstatt die äußere Einprägung zur Bildung der inneren Vorwölbung des Muttergewindes an Stellen vorzusehen, die die volle Wandstärke der Mutter haben, kann man auch ·— wie Fig. 16 und 17 zeigen —■ die Mutter in bezug auf ein vorher festgelegtes Drehmoment dadurch sichern, daß die Wandstärke der Mutter vor dem Einprägen, Stauchen oder Stanzen der Vorwölbungen vermindert wird. Zu diesem Zwecke kann man die Mutter — gemäß Fig. 16 und 17 — mit einer etwa mittigen ringförmigen Nut 23 versehen, die die Wandstärke dort herabsetzt, wo die Mutterwand von außen eingepreßt wird, um die inneren Vorwölbungen zu bilden.

Ebenso kann man eine Verminderung der Wandstärke erreichen, indem man die für die Stauchung vorgesehene Stelle vorbohrt bis auf eine Wanddicke, welche eine zur Sicherung gegen das vorher festgesetzte Drehmoment ausreichende Vorwölbung ergibt, ohne die elastische Verformbarkeit des Gewindes beiderseits solcher Stellen zu vermindern. Dieser verschließende und erwünschte Reibungsschluß kann ohne Überbeanspruchung bzw. ohne die Gefahr bleibender Verformung der Mutter erreicht werden.

Zur Herstellung der Vorwölbungen kann man sich vorteilhaft der Vorrichtung oder des Werkzeugs gemäß Fig. 12 und 13 bedienen. Das Werkzeug besteht aus einem massiven Körper 24, in dessen mittlere öffnung 25 die zu bearbeitende Mutter eingesetzt und gehalten wird. Radial und senkrecht zur Achse der öffnung 25 sind eine oder mehrere Führungen oder Kanäle 26 vorgesehen, in welchen je ein Prägestempel 27 verschiebbar angeordnet ist. Der Stempel hat einen vergrößerten Kopf 28, der die Druckfeder 29 übergreift, die den Stempel radial nach außen drückt. Die Stempelstirnwand 30 hat einen Vorsprung 31 von einer Höhe, die durch die Höhe der gewünschten inneren Vorwölbung bestimmt ist. Die Prägestempelstirnfläche rings um den Vorsprung dient hierbei zur Begrenzung der Einpressung.

In Fig. 2 ist eine runde Einpressung gezeigt und entsprechend ist in Fig. 14 Form und Durchmesser des Vorsprungs des Präge- oder Druckstempels ausgeführt. Es versteht sich, daß die Vorwölbung —■ wie in Fig. 3 gezeigt — auch oval oder in sonst geeigneter Weise geformt sein kann. Zu diesem Zwecke zeigt Fig. 15 einen ovalen Stempel vorsprung 31".

Demnach können verschiedene Formen des Prägestempelvorsprungs gewählt werden in Übereinstimmung mit der gewünschten selbstklemmenden Verformung, der Art des Metalls, der Härte des Muttermetalls und der Art des benutzten Schraubenschlüssels.

Die Erfindung kann auch für die Schaffung eines trocken dichtenden Gewindeverschlusses bei Rohren für verschiedenartige Rohrkupplungen benutzt werden, wobei die vorher beschriebenen Vorteile durch die inneren Vorwölbungen gesichert sind. Wenn man die Erfindung bei Rohrkupplungen anwendet, ergibt sich eine trockene Dichtung ohne Verschleiß der Gewindegänge. Die Rohrkupplung kann dabei auch von derjenigen Art sein, bei welcher zwei Reihen kreisbogenförmiger Vorsprünge, wie beschrieben, vorgesehen sind, gleichgültig, ob die Kupplung zur Verbindung der gleichen oder ungleichen Rohrgrößen benutzt wird.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Selbstsichernde Schraubenmutter, deren aus einem Stück bestehender Körper am Umfang in der axialen Mittelzone radiale Einprägungen hat, die eine einwärts gerichtete bleibende Vorwölbung des Gewindes hervorrufen, so daß sich die Mutter beim Aufschrauben auf die zugehörige Schraube federnd verformt, während die beiden Enden des Gewindes unverformt bleiben, dadurch gekennzeichnet, daß die nach innen vorragenden Vorwölbungen des Gewindes der axialen Mittelzone linsenförmig ausgebildet sind, außerhalb deren Bereiches das Gewinde zylindrisch ist.

2. Schraubenmutter nach Anspruch 1 mit polygonalem Körper, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (12) der Mutter außerhalb des Bereiches der Einprägungen (15) eben sind.

3. Schraubenmutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einprägungen (15) als scharfkantig in die ebene Seitenflächen übergehende Vertiefungen ausgeführt sind.

4. Verfahren zur Herstellung von Schraubenmuttern nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mutterkörper während des Einprägens der Vertiefungen allseitig am Umfang abgestützt wird, wodurch eine Verformung des Mutterkörpers außerhalb des Bereiches der Prägestempel verhindert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 817 062;
schweizerische Patentschrift Nr. 215 727;
USA.-Patentschrift Nr. 2 686 546.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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