DE1625327A1

DE1625327A1 - Schraubbare Befestigungsmittel,die zu mehreren angeordnet sind

Info

Publication number: DE1625327A1
Application number: DE19671625327
Authority: DE
Inventors: Van Deventer Ralph Edward
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1966-07-28
Filing date: 1967-07-07
Publication date: 1970-07-16
Also published as: GB1166907A

Description

Pate-irta-nwaft . ■ . ,„_„

Dip!, Ing. KartWessel ^{8 München}· ^den ° ^λ ^{Jüil 1967}

. 8 München 13
Hehenstaufenst;. 2, TeL 33 8111

1625327 Mein Zeichen: FK-I997

ο r d - W e r k e - Aktiengesellschaft

K ■ ö 1 η - N i e h 1
Henry-Ford-Strasse

ⁿSchraubbare Befestigungsmittel, die zu mehreren angeordnet sind"

Für diese Anmeldung werden die Prioritäten der Anmeldungen Se.No. 568 542 vom 28. Juli I966 und Se,Mo. 631 813 vom 18. April I967 in den Vereinigten Staaten von Mordamerika in Anspruch genommen,

Die Erfindung betrifft geschraubte Befestigungsmittel zur Verbindung von wenigstens zwei Teilen durch eine Klemnkraft zwischen dem Kopf eines geschraubten Befestigungsmittels und dem an ihm anliegenden Teil. Jede Reihe der Schraubmittel besteht aus einer Anzahl geschraubter Befestigungsmittel, die unterschiedliche Klemmkräfte erzeugen, wenn sie auf die bezügliche Versuchsbelastung des Befestigungsmittels angezogen werden= Jedes Befestigungsmittel ist so ausgebildet, dass die Auflagefläche zwischen dem Kopf des Befestigungsmittels und dem anliegenden Teil proportional der Klemmkraft des Befestigungsmittels in einer Weise ist_s dass die Auflage-Beanspruchung an der Auflagefläche im Wesentliehen gleich der Auflage-Beanspruchung istg die von den

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anderen Befestigungsmitteln in der -Seihe hervorgerufen wird, wenn jedes Befestigungsmittel bis zur Versuchsbelastiung angezogen ist. Auf diese Weise besteht jede zusammengehörige Reihe von Befestigungsmitteln aus solchen, die eine gleichmassige Auflage-Beanspruchung erzeugen. Die auf die schraubbaren Befestigungsmittel aufgeschraubten Muttern sind so ausgebildet, dass die Auflage-Beanspruchung zwischen der Mutter und dem an ihr anliegenden Teil gleich der Auflage-Beanspruchung zwischen dem dazu gehörigen Kopf des Befestigungsmittels und dem an ihm anliegenden Teil ist.

Die derzeitigen amerikanischen Standard-Schraubenköpfe und -muttern sind in regelmässigen Serien für eine allgemeine Benutzung vorhanden und in schweren Serien, bei denen eine grössere Auflagefläche erforderlich ist. Bei den regulären Serien ist die Breite der Anflächung der Schraubenköpfe 1 bis 1/2 mal so gross, wie der Schraubendurchmesser, gegebenenfäläs auf das nächste Sechzehntel, augerundet, indem in manchen Fällen zugegeben und In anderen Fällen abgezogen wird, plus eines zusätzlichen Sechzehntel Zoll in einigen Fällen, während die Breite für die schweren Serien sich aus der gleichen Formel ergibt, plus zusätzlich ein Zechzehntel Zoll, Die Muttern einzelner Schraubengrossen entsprechen

dieser Formel nicht. Eine kurze mathematische Analyse ergibt, ο

° dass die Auflagefläche_s das heisst die Fläche des Schrauben-/ co

® kopfes oder der Mutter, welche den festzulegenden Teil be- -

co "\ ■"."■■'?■-■ " - ~^Λ

«>, rührt, absolut keine Beziehung zur Versuchs-Belastung der

en Schraube hat«, Die Versuchsbelastunrä eines Befestigungsmittels

"** ist die ßlemmbelastung, wenn die maximale Beanspruchung in dem Befestigungsmittel unter der Elastizitätsgrenze umeinen

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Betrag liegt, der gerade ausreicht, die Elastizitätsgrenze infolge von Herstellungstoleranzen zu überschreiten. Eine Anzahl bis zu ihrer Versuchsbelastung angezogene Befestigungtemittel rufen einen maximalen mittleren Wert an Wirkung des Befestigungsmittels hervor.

Es besteht daher ein grosser Unterschied zwischen der Auflage-Beanspruchung durch die' amerikanischen schraubbaren Standard-Befestigungsmittel unterschiedlicher GrÖssen,wenn g das Befestigungsmittel auf Versuchs-Belastung angezogen wird. Dieser Unterschied erhöht sich infolge des Nichtvorhandenseins einer ausgleichenden Änderung in der Auflagefläche für die Materialien des Befestigungsmittels oder die befestigten Teile von unterschiedlicher Beanspruchungsfähigkeit.

Infolge hiervon war es unmöglich, schraubbare Befestigungsmittel unterschiedlicher Grossen mit irgendeinem vertretbaren Grad an mittlerer Wirksamkeit zu benutzen. Bei Versuchs-Belastung des Befestigungsmittels war die Auflagebeanspruchüng ( einiger Grossen so hoch, dass sich ernsthafte Deformationen der festzulegenden Teile ergaben, während andere Grossen Auflage-Beanspruchungen hervorriefen, die zu niedrig waren, um ausreichende Reibungskräfte zu erzeugettj damit ein Lösen der Teile verhindert wurde. Zusätzlich trat an den Auflageo flächen der Befestigungsmittel mit verhältnismässig kleinen α» Auflageflächen eine gewisse Versehweisgüng, eine Reibkorru- <° sion oder eine andere Reibsteigerurig äuf_t so dass sich eine ° falsche Anzeige der Klemmkraft des Befestlgungämitteis bei

„ι dem vorgeschriebenen Anzugs*Drehmöment ergab* Derartige* 3efestiftunfrsnittel hatten e'Ine ^erintere Befestiffun~s--;ir:-:unr-,

BAD ORIGINAL

Die Benutzung von Unterlegscheiben löste diese Schwierigkeit nicht, weil die Auflage£lächen der Unterlegscheiben ebenfalls keine Beziehung zur Versuchsbelastung des Befestigungsmittels haben, Ausserdem erhöhten die Unterlegscheiben die Materialkosten und die Zeit des Zusammensetzens,

Die vorliegende Erfindung ergibt eine Zusammenstellung von geschraubten Befestigungsmitteln für Verbindungen, bei denen jeder Teil der zusammengestellten Befestigungsmittel eine konstante Auflagefläche-Beanspruchung hervorruft, wenn sie bis zur Versuchsbelastung angezogen sind. Die Auflage-Beanspruchung ist so gewählt, dass keine Tendenz zu einer Verbindung oder Reibungskorrusion der Auflageflächen- zwischer dem Schraubenkopf, gegebenenfalls der Schraubenmutter und den zu verbindenden Teilen besteht, bei denen die Schraubzusammenstellung benutzt wird. Jede Schraubenzusammenstellung besteht aus einer Anzahl geschraubter Befestigungsmittel, die unterschiedliche Klemmkräfte erzeugen können, wenn sie auf die bezügliche Versuchsbelastung angezogen werden. Diese Möglichkeit kann dadurch geschaffen werden, dass Befestigungsmittel von unterschiedlichen Abmessungen oder Festigkeiten verwendet werden. Die Auflagefläche zwischen dem Kopf eines jeden Befestigungsmittels und dem anliegenden Teil ist so gewählt, dass sie proportional zu der Klemmkraft ° ist, die durch das Befestigungsmittel in einer V/eise erzielt

^ wird, dass die Auflagebeanspruchung an der Auflagefläche im

cd Wesentlichen gleich der Auflagebeanspruchung ist, weftfthe ο durch die anderen Befestigungsmittel in der Zusammenstellung cn ~

^ ausgeübt ^T>rird, wenn jedes Befestigungsmittel auf Versuchs-

frelastunsr eier einen konstanten Teil hiervon angezogen iet.

BAD ORIGINAL

Eine Stahlschraube und Stahlmutter von einer Reihe Befestigungsmittel, die dazu benutzt wird, gegen kalte Deformation weniger xiiderstands fähige Teile zu verbinden, ergeben eine hochwirksame Schraubverbindung, wenn der Schraubbolzenkörper unter Zugbeanspruchung steht, das heisst einem wesentliehen Teil der Versuchsbelastung. Die Teile des Schraubenkopfes , und der Mutter, die an den Verbindungsteilen anliegen,sind so gestaltet, dass sie auf die zu verbindenden Teile eine im wesentlichen gleichförmige Auflagebeanspruchung ausüben, die geringer ist, als es zur Deformierung der zu verbindenden Teile erforderlich ist. Einer der zu verbindenden Teile besteht vorzugsweise aus weichem Stahl. Die Zugbeanspruchung des Schraubenkörpers in einer solchen Verbindung ist verhältnismässig beständig und dient als einziges Mittel zur Verhinderung einer Lösung der geschraubten Verbindung.

Die Zeichnung zeigt einen Schnitt durch eine Verbindung mittels eines geschraubten Befestigungsmittels einer Schraub Zusammenstellung gemäss der Erfindung. Eine ausreichende Auflagefläche zur Erfüllung der Forderung nach gleichmässiger Auflagebeanspruchung bei Versuchsbelastung ohne Rücksicht auf die Abmessung und Festigkeit des Befestigungsmittels wird durch den Flansch an den Schraubenkopf und der Mutter erreicht, wie är in der Zeichnung dargestellt ist.

^ In der Zeichnung stellt die Schraube 10 mit einem Kopf 12, to einem Schaft l'f und Gewinde gangen 16 das schraubbare Be-

<=> festigungsmittel dar. Der Schraubenkopf 12 besitzt einen cn

^. " Flansch 18 an der Schaftseite und eine Auflagefläche 20

befindet sich an der Schaftseite des Kopfes 12 und des

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— ο —

Flansches 18. Der Schaft 14 und die Gewindegänge 16 treten durch geeignete Öffnungen in den zu verbindenden Teilen 22 und 24 hindurch, derart, dass die Auflagefläche 20 den anstossenden Teil 22 berührt, Eine Schraubenmutter 26 besitzt einen gleichen Flansch 28 und eine Auflagefläche 30 und ist über die Gewindegänge 16 geschraubt. Die ist so angezogen, dass sie die Auflagefläche 30 an dem anstossenden Teil 24 berührt.

Der Übergang des Schaftes 14 in den Schraubenkopf 12 ist bei 32 so hinterschnitten, dass der Abstand grosser ist, als der Durchmesser der Öffnung in dem Teil 22. Die MÄtter 26 besitzt eine Gegenbohrung 34, die minimaletwa ein Drittel des nominalen Durchmessers der Schraube 10 von der Auflagefläche 30 aus in die Mutter hineinreicht und die an der Auflagefläche auf einen Durchmesser aufgeweitet ist, der etwas grosser ist, als der Durchmesser der Öffnung in dem Teil 24. Ein Führungsteil 33 an dem verschraubbaren Ende der Schraube wirkt mit der Gegenbohrung 34 zusammen, um die Selbstausrichtung der Schraube und der Mutter zu verbessern und um hierdurch eine zuwiderlaufende Verschraubung zu vermeiden. Die Hinterdrehung 32 und die Abschrägung an der Gegenbohrung 3^ der Mutter 26 verhindern es, dass der ι Schraubenkopf 12 und die Mutter 26 einen Grat von Metall

° am Umfang der Öffnungen in den Teilen 22 und 24 berühren ο

^ und dass sie Abweichungen in dem Öffnungsdurchmesser gestatco ten, ohne die Auflagefläche zwischen dem Teil 22 und der ο Auflagefläche 20 sowie zwischen dem Teil 24 und der Auflage- ** fläche 3O^vie4inträchtigen.

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Herstellungstoleranzen in der Plächenhaftigkeit der Flächen 20 und 30 sind so eingerichtet, dass jede Veränderung in der Flächenhaftlgkeit sich im Ausseren Umfang der Flächen 20 und 30, die die Teile 22 und 2Ί zunächst berühren, auswirkt, um eine gleichmässigere Kraftverteilung über die Auflageflächen zu erreichen. Die Flächen 20 und 30 sind vorzugsweise für nicht mehr als 1° Abweichung aus der senkrechten Ebene zur Achse des Schaftes lH ausgebildet. Die Flanschen 18 und 28 sind ausreichend dick, um Steifigkeit für die Lastverteilung sowie Festigkeit zu besitzen.

Der Ausdruck "Auflage-Beanspruchung" bezeichnet den Druck, der durch die Auflageflächen 20 und 30 auf die Teile 22 und 2*4 ausgeübt wird. Das Multiplizieren der Auflage-Beanspruchung mit der Auflagefläche ergibt die Klemmkraft, die durch das Befestigungsmittel ausgeübt wird.

Die Auflageflächen 20 und 30 können dadurch berechnet werden, dass der radiale Abstand 36 und 38 gemessen wird und dass ( geeignete mathematisch© Formeln benutzt werden _r um den Bereich der bezüglichen Fläche zu berechnen. Es werden übliche Schlüssel an dem Schraubenkopf 12 und der Mutter 2& benutzt, um die Schraube auf ein bestimmtes festgelegtes Drehmoment anzuziehen. Zwecks grösster Wirksamkeit des Befestigungs-

o mittels wird das bestimmte Drehmoment so ausgewählt, dass ο

*£ die Beanspruchung in dem Schaft 1Ί etwa gleich der Bßnspru«

^ chung bei Versuchsbelastung der Versahraubung ist und die

ο maximale Höhe des Anzugsdrehmoment wird in Klemmbelastung

*° umgewandelt,

- BAD ORIQtMAL

Das Ausmass der Auflageflächen 20 und 30 ist so bemessen, dass jede Schraube und .Mutter in einer Zusammenstellung eine gleichmässige Auflage-Beanspruchung erreicht, wenn die Schraube auf Versuühsbelastung angezogen ist« Die Auswahl der Zusammenstellung hängt ab von dem Material der Teile 22 und 2¹J, Die Auflagebeanspruchung für diese Zusammenstellung ist so ausgewählt, dass die DrehmomentbeanspruDftung der Befestigungsmittel auf die Versuchsbelastung h an den Auflagebereichen keine Verbindung, Reibungskorrosion, oder andere Steigung der Reibung erzeugt, durch die das Drehmoment gesteigert würde, ohne dass die Klemmkraft erhöht würde.

Eine Schraubenzusammenstellung wurde z.B. für die Anwendung an einem Kraftfahrzeug bei Verwendung von weichen Stahlteilen der Maschine, des Antriebes, der Aufhängung, des Rahmens, des Lenkgetriebes, des Kraftlenkungsaggregates usw. ausgebildet, wobei Jedes Teil der Schraubverbindung

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eine Auflagebeanspruchung von etwa 1750 kg/cm erzeugt. Wie in der folgenden Tabelle gezeigt, weichen die Auflagebeanspruchungen bei amerikanischen Standard-Schrauben und Muttern verschiedener Grossen sehr weit voneinander ab, während die Zusammenstellung verschraubter Befestigungsmittel nach der Erfindung eine gleichmässige Auflagebeanspruchung ohne Rücksicht auf die Abmessung des Befestigungsmittels hervorruft.

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SAE-Qualltät 5 Schrauben (Beanspruchung bei Versuchsbelastung:

6000 kg/cm²)

ρ Auflagebeanspruchung kg/cm

Durch messer	Prufbe- lastung kg	Std. Muster schrauben	Std. Muster muttern	Gleichmäßg. beanspruchte Schrauben u. Huttern
1/4	1 200	2 550	■ 2 550	1 750
5/16	2 000	3 610	3 610	1 750
3/8	3 000	4 720	4 720	1 750
7/16	4 080	5 700	2 850	1 750
1/2	5 500	4 350	4 350	1 750
9/16	7 000	5 050	3 670	1 750
5/8	8 650	4 180	4 ISO	1 750
3/4	12 850	4 150	4 170	1 750

Die Erfindung schafft also eine Anzahl zusammengestellter Schrauben, wobei Jede einzelne Schraube in der Zusammenstellung eine gleichmässige Auflagebeanspruchung an den zu verbindenden Teilen ausübt, wenn die Schrauben auf die Versuchsbelastung angezogen sind. Für Jede Anwendungsart wird eine besondere Zusammenstellung ausgebildet. Eine jede Zusammenstellung kann aus Schrauben und geeigneten Muttern, Zapfen und geeigneten Muttern, aus Kappenschrauben, die in einen der zu befestigenden Teile eingeschraubt werden, bestehen und daher keine besonderen Mutfeern erfordern,

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oder auch aus Maschinenschrauben. Eine Jede Zusammenstellung umfasst vorzugsweise mehrere Befestigungsmittel, wobei sich die Wirkung direkt mit der Anzahl der Einzelteile der Zusammenstellung steigert. Wenigstens drei bis fünf Teile machen eine Zusammenstellung aus j die einen vertretbaren Grad an mittlerer Wirksamkeit besitzen.

Einzelne Schrauben und Muttern der Zusammenstellung ergeben hoch— wirksame Schraubverbindungen und zwar wegen der Beziehung der Auflagebeanspruchung sowohl der Schraube als auch der Mutter zur Deformation der verbundenen Teile. Wie oben angegeben, ist die Auflagebeanspruchung des Schraubenkopfes und der Mutter Im wesentlichen gleich und geringer, als es erforderlich ist, um die zu verbindenden Teile beständig zu deformieren. Das Nlchtvorhandensein einer beständigen Deformation an den zu verbindenden Teilen macht es möglich, die elastische Deformation zu benutzen, die dem Schraubenkörper beim Anziehen erteilt wird", so dass die Unversehrtheit der Verbindung bleibt, ohne dass Zusatzeinrichtungen, wie z.B. Sicherungs-Unterlegscheiben verwendet werden müssen.

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Claims

Ansprüche

1. Schraubverbindung, bestehend aus einer Stahlschraube, einer Stahlmutter und mindestens zwei zu verbindenden Teilen, wobei die Stahlschraube unter Zugspannung steht, die einen wesentlichen Teil der Prüfbelastung ausmacht, indessen nicht grosser ist, als diese und wobei das Material des Schraubenkopfes und der Mutter gegen kalte Verformung widerstandsfähiger ist, als das Material von wenistens einem der zu verbindenden Teile, dadurch gekehnzeichnet, dass der Teil des Schraubenkopfes (12) und der Mutter (26) der an die zu verbindenden Teile (22,2*0 anstösst, im Umfang so ausgebildet ist, dass die Teile (12,26) auf die zu verbindenden Teile (22,2¹O eine gleichmSssige Auflagebeanspruchung ausüben, wobei diese Verbindung (22,21) unter einem Schraubendrehmoment steht, welches ausreicht, um auf die Schraube die Zugspannung auszuüben und wobei der Schraubenkopf (12) undoie Mutter (26) ausreichend Kontaktfläche mit den Flächen (20,30) { der anstossenden zu verbindenden Teile (22,2¹I) haben, derart, dass die dArch'die Zugspannung in dem Sehraubenschaft (I¹O erzeugte gleichmässige Auflagebeanspruchung geringer ist, als die Beanspruchung, durch die die zu verbindenden Teile deformiert werden könnten»

2. Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gleiehmässige Auflagebeanspruchung 1 750 kg/cm² nicht wesentlich überschreitet und dass mindestens einer der zu verbindenden Teile aus weichem Stahl besteht.

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3. Schraubverbindung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet dass das einzige Mittel zur Verhinderung der Lösung der Verbindung die in dem Schraubenschaft (14) vorhandene Zugspannung ist.

Η» Zusammenstellung mehrerer Schraubverbindungen, bei der Jede Verbindung mindestens aus zwei Teilen besteht, die durch eine Schraube aus der Zusammenstellung verbunden werden, dadurch gekennzeichnet s> dass die Zusammenstellung aus einer Anzahl Schrauben (10) mit unterschiedlichen Klemmkräften bei Anzug auf Prüflast bestehta wobei die Auflagefläche (20) zwischen dem Schraubenkopf (12) und dem anstossenden Teil (22) proportional der Klemmist

kraft der Schraube (10),γΐη der Weise, dass die Auflagebeanspruchung in der Auflagefläche etwa gleich der Auflagebeanspruchung der anderen Schrauben in der Zusammenstellung ist, wenn alle 'Sehrauben auf Prüflast angesogen sind,

5 ο Zusammenstellung mehrerer Schraubverbindungen nach Anspruch H_t dadurch gekennzeichnet_s dass Jede Schraube (10) eine aufgesehraubt© Mutter (26) besitzt^ wobei die Kontaktfläche (30) der Mutter (26) mit dem angbossenden Teil (2*1) so ausgebildet ist, dass die Auflagebeanspruchung zwischen Mutter (26) und anstossendsm Tell (2H) etwa gleich der Auflagebeanspruchung zwischen Schraubenkopf (12) und dem anstossenden Teil (22) ist«

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