DE1500981C3 - Sicherungsschraube zum Einschrauben in ein genormtes SpHzgewlnde - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherungsschraube zum Einschrauben in ein genormtes Spitzgewinde mit einem Gewinde gleich bleibender Steigung über seine gesamte axiale Erstreckung und einem Sicherungsabschnitt mit trapezförmigem Gewinde mit vergrößertem Kern- und verringertem Außendurchmesser gegenüber einem in Einschraubrichtung vor dem Sicherungsabschnitt befindlichen, dem Innengewinde entsprechenden Spitzgewinde.

Eine derartige Sicherungsschraube (USA-Patentschrift 2 352 540) wird zur Befestigung von Einzelteilen verwendet, die Schwingungen ausgesetzt sind, wie z.B. Auto-, Flugzeug- oder Schiffsantriebsmotoren.

Die bekannte Sicherungsschraube weist in ihrem Gewindeteil außer einem normal geschnittenen Bereich einen Bereich mit vergrößertem Kerndurchmesser und verkleinertem Außendurchmesser des Gewindes auf. Hierdurch entsteht zwischen Außengewindeteil und Innengewindeteil eine Klemmwirkung, welche zu einer Materialverdrängung führt und dadurch eine Sicherungswirkung hervorruft. Diese Art der Sicherung jedoch benötigt ein beträchtliches Drehmoment, das Außengewinde in das Innengewinde einzuschrauben, und zwar auf Grund des Übermaßes zwischen Außen- und Innengewinde und der Verdrängung des Materials. Wenn die Toleranzen dieser Teile nicht innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden, kann so viel Übermaß auftreten, dass das Gewinde eines der Teile oder beider Teile überdreht wird, oder dass die Teile abreißen. Es kann aber auch so wenige Übermaß zustande kommen, dass überhaupt kein Widerstand gegen das Herausdrehen geschaffen wird. Darüber hinaus muss eine erhebliche Beschädigung des Innengewindes in Kauf genommen werden, wodurch eine mehrmalige Verwendung der Gewindeteile unmöglich wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sicherungsschraube zu schaffen, die gegen Erschütterungen gesichert ist und bei der eine wiederholte Benützung in demselben Innengewinde ohne wesentlichen Rückgang der Sicherungswirkung möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Übergang des Kerndurchmessers des Spitzgewindes im Bereich vor dem Sicherungsabschnitt zu dem des trapezförmigen Gewindes im Sicherungsabschnitt stetig erfolgt und der Gewindeaußendurchmesser im Sicherungsabschnitt sich über dessen axiale Länge periodisch und stetig von einem Höchstwert bis zu einem Mindestwert ändert, wobei der Höchstwert dem Außendurchmesser des Spitzgewindes im Bereich vor dem Sicherungsabschnitt und der Mindestwert dem Teilkreisdurchmesser dieses Spitzgewindes entspricht.

Durch diese Gewindeform ist gewährleistet, dass die dem Herausdrehen entgegenwirkende Kraft proportional zu den darauf angelegten Erschütterungsbeanspruchungen zunimmt. Diese Gewindeform ermöglicht ein Einschrauben in ein genormtes Innengewinde mit einem minimalen Drehmoment.

Zudem kann diese Gewindeform durch herkömmliches Gewindewalzen und Gewindeschneiden ohne weiteres zu niedrigen Kosten hergestellt werden. Überdies besitzt sie einen hohen Sicherungseffekt, wobei sie einen großen Verwendungsbereich ermöglicht. Darüber hinaus findet keine merkliche Beschädigung des Innengewindes statt, so dass dessen wiederholte Benutzung möglich ist.

Da genaue Toleranzen des Außengewindeteils ebenso wie des Innengewindeteils nicht erforderlich sind und genormtes Spitzgewinde als Innengewinde verwendet wird, tritt im Vergleich mit anderen selbst sichernden Gewinden eine weitere Kostensenkung ein.

Nachstehend ist die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht einer Sicherungsschraube mit der erfindungsgemäßen Gewindeform,

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht des in Fig. 1 dargestellten Außengewindes,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein Innengewinde mit eingesetzter Sicherungsschraube nach Fig. 1 unmittelbar nach dem Einschrauben, und

Fig. 4 einen ähnlichen Schnitt durch das Innengewinde mit eingeschraubter Sicherungsschraube nach Fig. 2, jedoch nach erfolgter Schwingungsbeanspruchung.

In der Zeichnung ist eine Sicherungsschraube 10 darstellt, deren Außengewinde eine gleichmäßige Steigung aufweist. Am Einschraubende 16 ist ein dem genormten Innengewinde 40 entsprechendes Spitzgewinde 12, 14 vorgesehen. Dieses Gewinde erstreckt sich wenigstens über einen vollständigen Gewindegang, so dass die Sicherungsschraube leicht in das Innengewinde eingeführt werden kann.

In dem folgenden Abschnitt 18 nimmt der Kerndurchmesser des Spitzgewindes allmählich stetig zu. Es ist verständlich, dass zur Aufrechterhaltung des Normdurchmessers und des Flankenwinkels des Spitzgewindes in dieser Zone die Gewindefüße 20 mit zunehmendem Durchmesser flacher werden. Die Durchmesserzunahme der Gewindefüße 20 ist derart, dass am Ende des Abschnitts 18 der Gewindefuß 20 Übermaß gegenüber den Gewindespitzen des Innengewindes hat, wenn das Außengewinde 10 eingeschraubt wird. Der Betrag dieses Übermaßes ist sehr gering, damit die Sicherungsschraube leicht eingeschraubt werden kann. Die im zweiten Abschnitt 18 benötigte Zahl der Gewindegänge ist abhängig vom Betrag des Übermaßes gegenüber den am Ende der Gewindegänge vorgesehenen Innengewindespitzen. Im Allgemeinen genügen ein bis drei Gewindegänge.

Der daran anschließende Gewindeabschnitt 22 weist den nach Vollendung des Abschnitts 18 vorhandenen vergrößerten Kerndurchmesser auf. In diesem Gewindeabschnitt verringert sich in axialer Richtung der Außendurchmesser des Gewindes periodisch auf einen Mindestdurchmesser und erhöht sich anschließend wie der stetig auf den Außendurchmesser des Spitzgewindes in den Bereichen 16, 18, wie dies im Einzelnen in Fig. 2 dargestellt ist. Die Gewindespitze 24 des Gewindeganges 22a weist den vorgeschriebenen Normdurchmesser auf und ähnelt den Gewindespitzen 14 im Bereich 18. Die Gewindespitze 26 des darauf folgenden Gewindeganges 22b liegt durch Entfernung eines Teils des Scheitels des Gewindes auf einem etwas verringertem Durchmesser. Die Gewindespitze 28 des nächsten Gewindeganges 22c liegt auf einem noch geringeren Durchmesser als die Gewindespitze 26. Die Gewindespitze 30 des Gewindeganges 22d liegt auf dem kleinsten oder Mindestdurchmesser.

In den nächsten drei Gewindegängen 22e, 22f und 22g der Gewindeform nimmt der Außendurchmesser des Gewindes laufend zu und zwar um dieselben Beträge um die er vorher abgenommen hat, bis der Gewindegang 22g wiederum eine Gewindespitze 24 mit Normaldurchmesser aufweist.

Der Abschnitt 22 enthält somit ein Sicherungsgewinde mit gegenüber dem genormten Spitzgewinde 12, 14 vergrößertem Kerndurchmesser, dessen Außendurchmesser von dem Normdurchmesser über eine Anzahl von Gewindegängen auf einen wesentlich verringerten Durchmesser ab und über eine weitere Anzahl von Gewindegängen wieder auf den Normdurchmesser zunimmt. Die Gewindespitzen des Gewindes im Bereich 22 werden auf einer "Sinuskurve" liegen. Die Anzahl der Gewindegänge, die zu einer derartigen Durchmesserabnahme und einer Zunahme auf Normdurchmesser benötigt wird, ist abhängig von der Größe der Teilung des Außengewindes und dem Betrag der erwünschten Normungswirkung. Es sollten jedoch mindestens vier Sinuswellen pro 25,4 mm axialer Länge des Gewindes verwendet werden. Wie dargestellt enthält die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung seine Wellen pro 25,4 mm. Die Gesamtzahl der Gewindegänge im Sicherungsbereich 22 hängt von der Anwendung der Schraube 10 ab.

Bei der periodischen Anwendung
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10 in ein als genormtes Spitzgewinde ausgebildetes Innengewinde 40, wie in Fig. 3 dargestellt, eingeschraubt, wobei das Spitzgewinde 12, 14 des Bereichs 16, das dem des Innengewindes entspricht, leicht in das Innengewinde eingedreht werden kann. Bei weiterem Drehen der Sicherungsschraube 10 kommt der Gewindefuß 20 mit vergrößertem Durchmesser der Gewindegänge im Bereich 18 immer mehr mit den Gewindespitzen 36 des Innengewindes in Überdeckung und die dadurch erzeugte leichte Reibung sichert somit die Schraube 10 im Innengewinde 40 und verhindert reibungsschlüssig ein Herausschrauben aus letzterem. Das Übermaß zwischen den Gewindefüßen 21 mit vergrößertem Durchmesser und den Gewindespitzen 36 nimmt weiter zu, sobald die Gewindegänge des Bereichs 22 in das Innengewinde 40 eintreten und das Außengewinde vollständig in das Innengewinde eingeschraubt ist.

Wenn die Schraube 10 vollständig in das Innengewinde 40 eingeschraubt ist, wie in Fig. 3 dargestellt, entstehen auf Grund der Entfernung der Scheitel der Gewindegänge 22b bis 22f gegenüber den Gewindefüßen 34 des Innengewindes 40 Leerräume 38. Diese Leerräume schwanken zwischen kleinen Abmessungen, wie beim Gewindefuß 34 und der Gewindespitze 26 und großen Abmessungen, wie beim Gewindefuß 34 und der Gewindespitze 30.

Wenn anschließend die Schraube 10 Schwingungen ausgesetzt wird, wird es auf Grund der Reibung zwischen den Gewindefüßen 21 mit vergrößertem Durchmesser und den Gewindespitzen 36 des Innengewindes 40 in letzterem festgehalten. Bei Fortsetzung der Schwingungen jedoch fließt das Material des Innengewindes 40 in die von den Gewindespitzen 26, 28 und 30 gebildeten Leeräume 38, so dass sich das Innengewinde 40 ungefähr, wie in Fig. 4 dargestellt, der Form des Außengewindeteils 10 anpasst.

Dadurch wird die Schraube 10 wirkungsvoll am Innengewinde 40 festgehalten, und zwar auf Grund des Eingriffes zwischen den ausgefüllten Leerräumen und den Gewindespitzen 24 und 14 mit Normdurchmesser. Je mehr Vibration auf die Teile ausgeübt wird, desto vollständiger ist der Kaltfluss des Materials des Innengewindes 40 in das Außengewinde und desto größer ist der Widerstand gegen eine Entfernung der Schraube 10.

Als allgemeine Regel gilt, dass bei einer Zunahme des Übermaßes zwischen dem Durchmesser des Gewindefußes 20, 21 und den Gewindespitzen 36 des Innengewindes 40 eine größere Durchmesserabnahme einer jeden Gewindespitze 26, 28 und 30 zulässig ist, da die zusätzliche Reibung zwischen den Gewindefüßen 20, 21 und den Gewindespitzen 36 des Außengewindes 10 sicherer am Innengewinde festhält und somit einen stärkeren Kaltfluss des Innengewindes 40 ermöglicht. Aus dem gleichen Grund kann bei Erhöhung des Übermaßes zwischen dem Gewindefuß 20, 21 mit erweitertem Durchmesser und den Gewindespitzen 36 die Anzahl der Sinuskurven pro axialer Längeneinheit erhöht werden. Obwohl durch eine Erhöhung der Anzahl der Sinuskurven pro axialer Längeneinheit zusätzliche Leerräume erzeugt werden, gestattet die zusätzliche Reibung zwischen dem Gewindefuß 20, 21 mit verringertem Durchmesser und den Gewindespitzen 36 zur Füllung dieser Leerräume durch Kaltfluss des Innengewindes 40 ohne dass sich die Schraube 10 in der Zusammensetzung lösen könnte.

Eine Zunahme sowohl der Anzahl als auch der Größe der Leerräume 38 erhöht den Abschraubwiderstand des Gewindes, da der Eingriff zwischen den ausgefüllten Leerräumen 38 und den Gewindespitzen 14 und 24 mit Normdurchmesser bei einer versuchten Entfernung erhöht wird.

Bei der Verwendung des Ausdrucks "Teilkreisdurchmesser" als den Durchmesser des imaginären koaxialen Zylinders, dessen Oberfläche an den Punkten durch die Gewindeprofile verlaufen würde, um die Breite der Nut gleich ½ der Grundteilung zu machen. Sollte der Außendurchmesser des Außengewindes, welches die Sinuskurvenform darstellt, sich zwischen einem maximalen Durchmesser bei 24 und einem minimalen Durchmesser bei 30, jedoch nicht unter dem Teilkreisdurchmesser bewegen.

Claims (4)

1. Sicherungsschraube zum Einschrauben in ein genormtes Spitzgewinde mit einem Gewinde gleich bleibender Steigung über seine gesamte axiale Erstreckung und einem Sicherungsabschnitt mit trapezförmigem Gewinde mit vergrößertem Kern und verringertem Außendurchmesser gegenüber einem in Einschraubrichtung vor dem Sicherungsabschnitt befindlichem, dem Innengewinde entsprechendem Spitzgewinde, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang des Kerndurchmessers des Spritzgewindes im Bereich (16) vor dem Sicherungsabschnitt (22) zu dem des trapezförmigen Gewindes im Sicherungsabschnitt stetig erfolgt und der Gewindeaußendurchmesser im Sicherungsabschnitt sich über dessen axiale Länge periodisch und stetig von einem Höchstwert (24) bis zu einem Mindestwert (30) ändert, wobei der Höchstwert dem Außendurchmesser des Spitzgewindes im Bereich vor dem Sicherungsabschnitt und der Mindestwert dem Teilkreisdurchmesser dieses Spitzgewindes entspricht.

2. Sicherungsschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf 25,4 mm axialer Länge des Gewindes wenigstens vier periodische Durchmesserab- und -zunahmen der Gewindeaußendurchmesser treffen.

3. Sicherungsschraube nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Zunahme des Kerndurchmessers direkt proportional zum Betrag der periodischen Abnahme des Gewindeaußendurchmessers ist.

4. Sicherungsschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zunahme des Kerndurchmessers proportional zur Anzahl der periodischen Abnahme des Gewindeaußendurchmessers für eine gegebene Länge ist.