DE1652858A1 - Drehsteife Schraubenmutter und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Patentanwalt.

Karl·-A. Bros«

8023 München-Pullach 1652858

WienerSfr^-Tel. München 790570 ..-"-■."-'-."'

Dou/Fe . MünGhen-'Pullaoh, 3« .Januar Ί968

G*X.fl» Screws & lasteners limited j B.-Ö. Box Io. 61, Heath Street, Smethwick,, Warle^, Worcester_f Eagland

Drehsteife Schraubenmutter und Verfahren zu ihrer

Herstellung.

Die Erfindung bezieht sich auf drehsteife Schraubenmuttern^ deren Bohrung zur Erhöhung der zwischen den ineinandergreifenden Gewindegängen der Schraubenmutter und eines Außen-■ gewindeteils oder Gewindebolzens auftretenden Reibungskräfte Terforrat ist.

Bei einer aus einem mit einem Außengewinde versehenen-IeIl und einer gewöhnlichen Mutter bestehenden G-ewindeanordnmlg kann die Mutter nur dann in einer gegebenen Stellung auf dem Außengewindeteil aufrechterhalten werden, wenn sie gegen eine Auflagerfläche festgezogen ist, so daß das Außengewindeteil gespannt und eine Stirnfläche der Mutter gegen die Auflager*- fläche angedrückt ist» Zwischen den ineinandergreifenden Gfewindegängen der Mutter und des Außengewindeteils sind zwar Reibungskräfte vorhanden, die sich Jedoch zusammen mit der' aufgrund der Betriebsbedingungen — wie z.B. Vibration —-erfolgenden Verringerung der Reibungskräfte zwischen der Auflagerfläche und der Mutternstirnfläche auch verringern und eine Verdrehung der Mutter auf dem Außengwindeteil und

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folglich ein Lockerwerden derselben nicht mehr verhindern können. Sobald aber die Bohrung einer derartigen Mutter verformt wird, wird dank der dadurch erzielten Erhöhung der Reibungskräfte zwischen den ineinandergreifenden Gewindegangen dee Außen- bzw» des Innengewindes verhindert, daß diese Muttsr locker wird, d.h. sie bleibt drehfest.

Einige allgemein geltende Anforderungen sind für drehsteife Schraubenmuttern maßgebend, obwohl sie bisher noch nicht in einer allgemein bindenden ITorm aufgeführt sind. Es sind deren

^ drei. Erstens muß bei der erstmaligen Anbringung der Mutter auf dem Außengewindeteil diese aufgrund der Anlegung eines einen vorbestimmten Maximalwert nicht übersteigenden Drehmoments auf die freien Gewindegäiige des Außengewinde teils aufdrehbar sein. Zweitens muß das zur Wegnahme der Mutter vom Außengewindeteil nach mehreren aufeinanderfolgenden Anbringungen der Mutter unter einer normalerweise 75$igen in den Gewindebolzen induzierten Normalbelastung erforderliche Drehmoment nach der Zerstreuung der in den Gewindebolzen induzierten Zugbelastung einen vorbestimmten Minimalwert übersteigen. Die Maximal- und Minimalwerte für das Drehmoment sind je nach Größe der Muttern verschieden, jedoch in allgemein gültigen Zahlen ausgedrückt.

Drittens muß das Außengewindeteil nach einer bestimmten Anzahl — gewöhnlich fünf — derartiger Anbringungen der Schraubenmutter auf demselben einem Normalmaß entsprechen und durch die Anbringungen nicht dermaßen beschädigt sein, daß es diese Bedingung nicht erfüllt.

Eine beträchtliche Anzahl Vorschläge für solche drehsteife . . Muttern sind gemacht worden, wovon die zur Zeit gültigen zwar den ersten beiden Anforderungen betreffs des maximalen bzw. minimalen Drehmoments Genüge tun, aber der dritten An-

f orderung

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förderung — daß der Außengewindebolzen nicht ungebührlich beschädigt sein darf — nicht entsprechen.

Es gibt viele Arten drehsteifer Muttern. Die drehsteifen Muttern der obigen Art sind jedoch normalerweise plattiert und dann mit einem Schmiermittel — häufig auf Waohsbasis — bedeckt. Die ungünstigsten Bedingungen zur Erfüllung der dritten Anforderung bestehen bei den üblich verwendeten zinkplattierten Muttern und Bolzen darin, daß die dabei· auftretenden Reibungskräfte zwischen den ineinandergreifenden Gewindegängen das Scheuern und Abnutzen begünstigen und dadurch die Plattierung der Mutter und/oder des Bolzens beschädigt wird. In extremen lallen kann unter solchen Bedingungen das Pestfressen dermaßen arg sein, daß die Mutter unter der Wirkung des zwecks ihrer Bewegung angelegten Dreh moments brechen kann, was insbesondere der Pail ist, wenn der Bolzen mit einem mechanisch angetriebenen Schraubenzieher oder -eintreiber behandelt wird, der mit hoher Geschwindigkeit arbeitet, so daß übermäßig große Hitze zwischen den Gewindegängen der Mutter und des Bolzens erzeugt wird.

Es gibt zv/ei Merkmale bei "der Mehrzahl der zur Zeit handels üblichen drehsteifen Muttern, die der Erfüllung der dritten Anforderung entgegentreten. Erstens ist die Verformung des Gewindes derart, daß der TJmschlie3ungsbogen, mit welchem die Mutter den Bolzen umgreift, klein ist; dies bedeutet, daß für die zweite Anforderung — daß das zum Entfernen der Mutter vom Bolzen erforderliche, überhandnehmende Drehmoment einen Minimalwert übersteigen muß -— hohe örtliche Drücke zwisehen den ineinandergreifenden Gewindegangsoberflächeh der Mutter und des Bolzens vorhanden sein müssen. Unter "überhandnehmendem" Drehmoment versteht man das zum Aufdrehen der Mutter auf die freien Gewindegänge des Bolzens erforderliche Drehmoment gegenüber dem zum Drehen der

Mutter 10 9818/0396 . '

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Mutter erforderlichen Drehmoment, wenn die Mutter mit einem Anschlag in Anlage kommt. Bei den erfindungsgemäßen drehsteifen Muttern erstreckt sich die G-ewindeverformung haußtsächlich nach innen in die Bohrung der Mutter, so daß die Bohrung eine Formänderung ihrer kreisrunden Form erfährt, obwohl in manchen Fällen eine gewisse Axialverformung des Gewindes stattfindet, welche die Drehsteif eigenschaften der Mutter fördert. Daher stellt der TJmschließungsbogen der drehsteifen Mutter die Summe der einzelnen IJmschließüngsbögen der Muttergewindegänge dar, wenn ein Bolzen geeigneter Größe in die Mutter eingesetzt wird. Es leuchtet ein, daß, je größer dieser Umschließüngsbogen, desto niedrigerer Druck zwischen den ineinandergreifenden Oberflächen der Gewindegänge entlang dieses Bogens zum Erhalt des erforderlichen, einen minimalen Wert übersteigenden Drehmoments und ein desto kleineres Risiko besteht, daß sich die ineinandergreifenden Gewindegänge festfressen oder beschädigt werden.

Das zweite Merkmal bezieht sich auf die Winkeldivergenz zwischen dem Außen- bzw. Kreisumfang eines Gewindebolzens . und den Flanken der ausgenommenen Bereiche der Bohrung, um die Bohrung herum sind eine Reihe von Eingriffsbögen an den Eingriffsstellen der ineinandergreifenden Gewindegänge vorhanden, während sich zwischen je zwei der benachbarten Bögen ein ausgenommener Bereich befindet, in welchem die Gewinde- = gänge in vermindertem Kontakt stehen. Die Flanken dieser ausgenommenen Bereiche schließen sich an die Eingriffsbögen und divergieren vom Außenumfang des Bolzens. Je größer der Divergenzwinkel ist, desto größer ist die-Wahrscheinlichkeit des Auftretens hoher örtlicher Drücke zwischen den ineinandergreifenden Gewindegängen und einer Zunahme der Gefahr, daß die Plattierung abgescheuert wird und abblättert. Da 'die Herstellung der Außengewinde meistens mit Flachgewirtdewalzbaclcen erfolgt und naturgemäß zum Erhalt einer Oval form

führt

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führt, ist es wesentlich, daß der oben erwähnte Divergenzwinkel auf ein Minimum herabgesetzt- ist.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer drehsteifen Schraubenmutter bzw, eines einfachen Verfahrens -zur Herstellung einer gegenüber den heute handelsüblich erhältlichen Schraubenmuttern verbesserten drehsteifen Schraubenmutter.

Das erfindungsgemäße Terfahren zur Herstellung einer drehsteifen Schraubenmutter aus einem vorgearbeiteten Werkstück '" als Mutternrohling mit einem vom Mutternschlüssel zu urngrei- ™ fenden Teilabschnitt des Mutternkörpers, einem sich von einem Ende des Mutternkörpers aus erstreckenden röhrenförmigen Halsabschnitt mit einem Querschnitt, der kleiner ist als jener des eigentlichen Mutternkörpers, und mit einer durchgehenden, sich sowohl durch den vom Mutternschlüssel zu umgreifenden Abschnitt als auch durch den Mutternhals erstrekkenden Gewindebohrung besteht darin, daß der Rohling mit seinem Hals zwischen entgegengesetzt liegende druckausübende Preßbacken eines Preßwerkzeuges gebracht wird, worauf die Preßbacken unter Ausführung einer Relativbewegung zueinander vorgeschoben werden, so daß der Mutternhals mit vier flachen Stirnflächen der Preßbaöken an vier, jeweils zu zweien an | jeder Seite des zur Richtung der Relativbewegung der Preßbacken parallel verlaufenden Bohrungsdurchmessers symmetrisch liegenden Stellen in Anlage kommt und verformt wird, wobei der Winkel zwischen den Schnittlinien einer zur Längsachse der Bohrung senkrecht verlaufenden Ebene und den die nebeneinanderliegenden Oberflächen der in Bezug auf den Bohrungsdurchmesser auf entgegengesetzten Seiten liegenden Preßbacken enthaltenden Ebenen zwischen 110° und 130° beträgt und die Preßbacken den Mutternhals derart verformen, daß sich zwischen je zwei sich anschließenden Preßbaokenoberflächen befindliche Halsabschnitte in Richtung auf die

Bohrungsachse

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Bohrungsachse "bewegen, so daß der im Halsabschnitt des Mutternrohlings befindliche Bohrungsabschnitt unrund wird und eine annähernd elliptische Form annimmt und keine scharfe Unterbr0chungen in den die Bohrungsachse enthaltenden oder zu dieser Achse senkrecht verlaufenden Abschnitten aufweist.

Es wurde erfindungsgemäß gefunden, daß die Anwendung einer Kraft zur Verformung der Bohrung im Mutternhals an vier auf die oben beschriebene Weise in Abstand voneinander vorgesehenen Stellen den Erhalt einer zur Erzielung der gewünschten Drehsteifigkeit genügend aus der Rundform heraus vergfc formten, jedoch zur Vermeidung größerer Beschädigung, eines Gewindebolzens beim Aufschrauben einer Schraubenmutter auf ' denselben eine geeignete Form aufweisenden Bohrung ermöglicht. Es wurde ferner gefunden., daß ein zwischen je zwei nebeneinanderliegenden Preßbackenoberflächen· an entgegengesetzten Seiten des Bohrungsdurchmessers befindlicher Wandabschnitt des Mutternhalses nach, innen eingedrückt und sein Erümmungskalbdurchmesser größer gemacht ist. Im Ge- · brauchszustand der Mutter kommen diese Abschnitte mit den passenden Gewindegängen des Außengewindeteils oder -bolzens in Anlage und führen somit zum Erhalt der Drehsteifigkeit der Mutter. Da jedoch der auf den Hals ausgeübte Einwärts- _ druck nicht ausgesprochen radial nach innen ausgeübt wird " — obwohl selbstverständlich eine Eihwärtsradialkomponente

vorhanden ist — , wurde erfindungsgemäß gefunden, \ daß keine scharfe Unterbrechung in der zwischen den nach innen eingedrückten Halsbohrungsabschnitten und den anderen, infolge der Einwärtsbewegung der erstgenannten Abschnitte nach, außen bewegten ausgenommenen Abschnitten befindlichen Bohrung des Mutternhalses vorhanden ist. Infolgedessen ist der zwischen dem Bolzen und den oben erwähnten ausgenommenen Bereichen ■ · eingeschlossene Divergenzwinkel verhältnismäßig klein, wodurch vermieden wird, daß im Gebrauchszustand der Mutter hohe örtliche Drüoke entstehen, da die ineinandergreifenden Gewindegänge

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windegänge der Schraubenmutter bzw· des Gewindebolzens in erster- Linie entlang der nach innen versetzten· Halsabschnitte miteinander in Eingriff kommen.

Es wurde ferner erfindungsgemäß gefunden, daß aufgrund der oben beschriebenen Arbeitsweise zur Verformung des Mutternhalses ein verhältnismäßig großer Gesamtumsehließungsbogen zwischen den Gewindegängen des Mutternhalses und einem in diesen eingesetzten Gewindebolzen erhalten wird, der annähernd 180° beträgt, so daß die Einwärtsverformung der M Hälsabschnitte derart erfolgt, daß der Druck zwischen den ineinandergreifenden Oberflächen der Gewindegänge der Mutter und des Bolzens niedrig ist und somit eine Beschädigung des Bolzens vermieden wird, während gleichzeitig das einen vorbestimmten Minimalwert übersteigende Drehmoment nach der eingangs erwähnten zweiten Anforderung erreicht werden kann.

Wie nachstehend eingehend erörtert, wurde erfindungsgemäß gefunden, daß die oben beschriebene Verformung des Mutternhalses an vier in Abstand voneinander liegenden Stellen den Erhalt einer im Vergleich mit den drehsteifen Muttern mit einem an weniger als vier oder an mehr als vier Stellen ein- ^ gedrückten Hals verbesserten drehsteifen Mutter ermöglicht. ™

Es wurde weiterhin erfindungsgemäß gefunden, daß beim Eindrücken des Halses an drei Stellen ein verhältnismäßig kleiner Gesamtumgreifungsbogen zwischen den eingedrückten Abschnitten des Halses und des Bolzens erhalten wird, so daß. hohe Drücke zwischen den ineinandergreifenden Gewindegängen entlang dieses Umgreifungsbogens zur Erzielung einen vorbestimmten Miniraalwert übersteigenden Drehmoments erforderlich sind, was wiederum zur Beschädigung der BoIζengewindegange führt.

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Es wurde ferner erfindungsgemäß gefunden, daß beim Eindrücken des Mutternhalses an sechs Stellen und ungeachtet der Tatsache, daß der Gesamtumsenließtragsbogen im Vergleich mit dem Bogen einer nur an drei Stellen eingedrückten Mutter vergrößert ist, der Gesamtumschließungsbogen immer noch kleiner ist als jener "einer an Tier erfindungsgemäß in Abstand'voneinander liegenden Stellen eingedrückten Mutter, wobei darüber hinaus die Divergenzwinkel zwischen den Flanken der jeweiligen ausgenommenen Abschnitte und dem Außenumfang des Bolzens groß sind und zu hohen örtlichen Drücken führen, W wenn die ineinandergreifenden Gewindegänge mit den Gewindegängen des Halsabschnittes entlang der Umgreifungsbögen miteinander in Anlage kommen.

Nach einerbsvoKäögten. Ausführungsform der erfindungsgemäß gegenüber den handelsüblichen Muttern verbesserten drehsteifen Mutter weist diese einen von einem Mutternschlüssel zu ergreifenden Abschnitt des Gesamtkörpers der Mutter auf, sowie einen sich von einem Ende des Gesamtkörpers der Mutter aus erstreckenden röhrenförmigen Halsabschnitt mit einem Querschnitt, der kleiner ist als jener des Hauptkörpers der Mutter, ferner eine durchgehende, mit einem Schraubengewinde fc versehene Bohrung, die sieh durch den mit einem Mutternschlüssel in Eingriff kommenden Abschnitt der Mutter sowie durch den röhrenförmigen Mutternhals erstreckt, und vier Niederungen auf der Äußenoberflache des Halses und zwar je zwei, symmetrisch zum Bohrungsdurchmesser an jeder Seite des letzteren angeordnete Niederungen, wobei der Bohrungsdurchmesser derart bemessen ist, daß der Winkel zwischen den Schnittlinien einer zur iängsachse der Bohrung senkrechten Ebene und den die Oberflächen zweier nebeneinanderliegender Fiederungen •an entgegengesetzten Seiten des Bohrungsdurchmessers enthaltenden Ebenen zwischen 110° und 130° beträgt, während erste Bogenabschnitte des Halsabschnittes zwischen je zwei -neben-.'

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einanderliegenden Niederungen in Bezug auf zweite Bogenabschnitte des Halsabschnittes zwischen je zwei nebeneinanderliegenden Niederungen auf derselben Seite des.Bohrungsdurchmessers hinsichtlich der Bohrungsachse nach innen versetzt sindj so daß der im Halsabschnitt befindliche Bohrungsab-' schnitt annähernd' elliptisch ist und keine scharfe Ünterbreöhungen in den die Bohrungsachse enthaltenden oder zu ihr parallel verlaufenden Abschnitten aufweist, wobei die Stellen der maximalen EinwärtsverSchiebung des Halses zwischen zwei nebeneinanderliegenden Niederungen an entgegengesetzten Seiten des Bohrungsdurchmessers liegen. _

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Die sich auf die Drehs teifigkeit der Mutter beziehenden Eigenschaften können weiter verbessert werden, indem die Gewindegänge axial leicht zusiammengedrüokt werden, so daß die. Preßbackenoberflächen und die dabei erzeugten Niederungen zur Mutternachse geneigt sind. Somit kann jede flache Preßbackens tirnf lache bzw. jede damit gebildete Niederung in einem Winkel von nicht mehr als 10° zu einer zur Längsachse der Mutter parallelen und die Preßbackenstirnfläche bzw. die Niederung senkrecht zur Mutternachse überschneidenden Ebene geneigt sein. Dieser Winkel ist vorzugsweise 5° für größere Muttern und 10° für kleinere Muttern»

Der erfindungsgemäß bevorzugte Winkel zwischen den Schnittlinien beträgt etwa 120°.

Die Erfindung wird nun beispielsweise und anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben; darin zeigen:

Fig. 1 eine Stirnansicht eines zur Herstellung der erfin- . dungsgemäßen Mutter geeigneten Mutternrohlings;

Pig. 2 eine Seitenansicht der in Mg. 1 dargestellten Mutter;

Fig. 5

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Pig» 5 eine Draufsicht der in Pig. 2 dargestellten Mutter;

KLg. 4 eine Draufsicht der zur Herstellung der in Pig· 2 und 3 dargestellten Muttern erforderlichen Preßbacken;

Pig, 5 eine perspektivische Ansicht der in Pig. 4 dargestellten Preßbacken, sowie der Winkelstellungen ihrer Stirnflächen;

Pig, 6 eine der in Pig. 3 gezeigten ähnliche Ansicht der Stellen, an welchen verschiedene, in der nachfolgenden Beschreibung erwähnte Bemessungen vorgenommen werden;

Pig, 7 ein Diagramm bzw. eine Ansichtszeichnung der Porm der verformten Bohrung des Halses einer erfindungs— gemäßen Mutter;

pig, 8 ein dem in Pig. 7 dargestellten ähnliches Diagramm bzw. eine Ansichtszeichnung·der Porm der Bohrung eines Mutternhalses, der an drei in Abstand voneinander liegenden Stellen einem Druck ausgesetzt .' worden ist; und

Pig, 9 ein dem in Üg· 8 dargestellten ähnliches Diagramm, in welchem der Mutternhals an sechs in Abstand voneinander liegenden Stellen einem Druck ausgesetzt worden ist.

Pig, 1-7 zeigen eine erfindungsgemäße drehsteife Mutter, die aus einem Mutternrohling 10 (Pig. 1) gebildet ist und einen Abschnitt 11 aufweist, der von einem Muttern- bzw. Seohskantschlüssel erfaßt werden kann und die herkömmliche Sechseck- oder Sechskantfoim hat und seiner Größe nach den

Anforderungen

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Anforderungen hinsichtlich der verschiedenen Nonamaße für Muttern entspricht. Ein'sich von einem Ende des für den Sechskant schlüssel^ bestimmten Abschnittes 11 erstreckender Halsabschnitt 12 weist einen Durchmesser, der etwas kleiner ist als jener des Abschnittes 11 entlang der Miederungen, sowie eine Axiallänge auf,.die durch die Linie 15 angedeutet ist und etwa 2-2 1/2 Ganghöhen oder Gewindesteigungen der Mutter entspricht. Der Hals weist ein abgerundetes Ende 14 auf und seine Seitenwand ist zur Achse 15 des Rohlings abgeschrägt, so daß der halbgipfeiständige Winkel des Kegels, wovon ein Teil durch die Seitenwand. 16 gebildet ist, 5° beträgt. Der Anzugswinkel hängt von der Größe der lutter ab und beträgt Vorzug
kleinere Muttern.

und beträgt vorzugsweise 5° für größere Muttern und 10° für

Der Mutternrohling wird in eine drehsteife Mutter verformt, indem er zwischen zwei Preßbacken gebracht wird_s die eine Relativbewegung zueinander ausführen können und den Hals auf die nachfolgend beschriebene Weise verformen.

Fig. 4- zeigt zv/ei eine Relativbewegung zueinander ausführende Preßbacken 17, die zueinander und voneinander in Richtungen entlang einer Linie 18 verschiebbar sind, die eine Portsetzung des Durchmessers 19 der Rohlingbohrung darstellt. f Die Preßbacken sind in pührungsbahnen oder Gleitführungen 20 gleitbar angeordnet und können zueinander und voneinander vermittels nicht gezeigter Mittel bewegt werden. Zwischen den beiden Seitengliedern 21 ist ein Förderer 22 angeordnet, der die Mutternrohlinge in Richtung des Pfeils 23 zwischen den Preßbacken 17 fortbewegen kann, wobei der Abstand zwischen den Seitengliedern 21 derart bemessen ist, daß die Mutternrohlinge dicht nebeneinander und ohne Umdrehen geführt werden. Ein Mutternrohling 24 ist in der Stellung gezeigt, in-welcher er wartet, zwischen die Preßbacken 17 zu kommen, während ein Mutternrohling 25 in der -Stellung gezeigt

• ist

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ist, in welcher er durch die Preßbacken 17 bearbeitet wird, und eine drehsteife Mutter 26 ist als durch die Preßbacken 17 fertiggestelltes Endprodukt gezeigt.

Die Preßbacken sind so angeordnet, daß sie die Außenwand 16 des Halses 12 des Rohlings ergreifen können. Jede Preßbacke hat zwei flache Arbeitsflächen 27 (Pig, 5), die in einem Winkel 28 von 5° zu den senkrechten Ebenen 29 geneigt sind, die wiederum parallel zur Achse 15 des Mutternrohlings verlaufen und eine Ebene überschneiden, die zu dieser Achse senkrecht ist, wie durch die oberen Oberflächen 30 der Preßbacken in den Linien 31 veranschaulicht ist.

Die Achse 15 jedes Mutternrohlings ist erfindungsgemäß derart senkrecht angeordnet, daß die Oberfläche 30 eine Horizontalebene darstellt, wobei die Oberflächen 27 in einem Winkel von 5° zu den senkrechten Ebenen geneigt sind, welche die Linien 31 enthalten, obwohl die Achse 15 offensichtlich während der Verformung der drehsteifen Mutter nicht senkrecht sein muß. Bei kleineren Muttern betragen die Winkel 28 zehn G-rad.

Der Winkel 32 zwischen den Linien 31 beträgt 120°. Dies ist der bevorzugte Winkel, wogegen der Winkel 32 zwischen 110° und 130° betragen kann. Eine Ausnehmung 33 ist in jeder Preßbacke zur Erleichterung der Herstellung der Stirnflächen 27 vorgesehen. Diese Stirnflächen 27 sind flach und können daher auf der Halswand 16 gleiten, wenn die Preßbacken 17 zueinander bewegt werden, obwohl die Preßbackenstirnflächen gegebenenfalls in ihren oberen Bereichen derart ausgebildet sein können, daß sie das abgerundete Ende 14 des Halses umgreifen, obschon die mit der Halswand 16 in Anlage kommenden Abschnitte der Preßbackenstirnflächen nach wie vor flach

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- 13 sind, wie aus der nachstehenden Beschreibung erhellt.

Es ist ersichtlich, daß der Winkel zwischen den Linien 31 an und für sich den Winkel zwischen Linien darstellt, in welchen die die flachen Stirnflächen 27 enthaltenden Ebenen eine Ebene überschneiden, die ■— wie z.B. die obere Oberfläche 30 der Preßbacke — senkrecht zur Achse 15 des Rohlings verkauf t.:..

Der Hals wird verformt, indem die Preßbacken 17 entlang der Linie 18 zum Erhalt des gewünschten Yerformungsgrades zueinander bewegt werden, wobei die dabei erhaltene Form der ™ Bohrung des Halses im allgemeinen elliptisch ist, wie nachstehend in Bezug auf KLg. 7 beschrieben wird. Nachdem der Hals verformt ist, werden die Preßbacken 17 auseinander ge-, bracht, während der Förderer 22 einen weiteren Mutternrohling 24- in eine Stellung zwischen den Preßbacken bringt, die dann zueinander bewegt werden, um den Hals des Mutternrohlings 24 zu verformen.

Fig. 3 zeigt, daß sich der mit einem Sechskantschlüssel in -Eingriff kommende Abschnitt 11 der fertigen Mutter von jenem des Rohlings nicht unterscheidet, während die Außenobjerflache des Halses vier Niederungen 24, 35, 36 und 37 aufweist, die {| symmetrisch' zum Durchmesser 19 der Mütternbohrung liegen. Die Niederungen 34 und 35, die an entgegengesetzten Seiten des Durchmessers 19 nebeneinander liegen, befinden sich·in Ebenen, welche — wenn in eine zur Achse 15.senkrechte Ebene projiziert — die Linien in der letzteren Ebene ergeben, die sich in einem Winkel von 120° überschneiden, d.h. die Niederungen oder Vertiefungen entsprechen den Oberflächen der Preßbacken, durch welche sie eigentlich gebildet.wurden. Ähnliches gilt für die Niederungen 36 und 37. Infolge der Halsverformung werden erste Bogenabschnitte 38 und 39 der

Halswand

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Halswand zwischen den Niederungen.34 bzw. 35 bzw. 36bzw. 37nach innen in Bezug auf die Bohrungsachse 15 bewegt, während, zweite Bogenabschnitte 40 und 41 des Halses nach außen in Bezug auf dieselbe Achse bewegt werden.

Fig. 7 zeigt ein Diagramm, das durch Projizieren der "Form der verformten Halsbohrung erhalten wurde, nachdem ein Messingdorn in die verformte Bohrung eines gewindelosen Mutternrohlings eingesetzt und dann der Hals und der Dorn in einer zur Bohrungsachse senkrechten Ebene geschnitten wurde, worauf der Schnitt poliert und oberflächenbeleuchtet und dann das Ergebnis auf eine leinwand bzw. einen leuchtschirm projiziert wurde, aus welchem dann das Diagramm durchgepaust wurde. Das Diagramm in ELg. 7 zeigt einen 3/8 Zoll großen Mutternrohling in fünfzehnfacher Vergrößerung. Die Dornaußenoberfläche ist durch den Kreis 42 angedeutet, während seine lorm durch die linie 43 gezeigt ist. Der Dorn war nicht in satter Anlage in der Bohrung, zeigt aber — wie nachfolgend beschrieben — die Größe des Umgreifungsbogens zwischen der Halsbohrung einer aus dem Rohling hergestellten Mutter und einem Bolzen, auf welchen sie aufgeschraubt ist.

Die Pfeile 44 und 45 zeigen die Punkte, an welchen der Hals von den Backenstirnflächen 27 erfaßt wurde. Es leuchtet ein, daß der erste Kontakt zwischen der Außenwand 16 des Halses und jeder Preßbackenstirnfläche 27 einen Punkt darstellt, der während der weiteren Verformung des Halses in Form einer Niederung zunimmt.

Die geschätzten Eingriffsbögen zwischen den Gewindegängen des Halses und den Gewindegängen eines innerhalb des Halses befindlichen Bolzens sind zwischen den linien 47 und 48 und zwischen den linien 49 und 50 gebildet bzw. von diesen begrenzt.

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grenzt. Der zwischen den linien 47 "and 48 an der Achse 15

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gebildete Winkel/beträgt ca, 90 , während der zwischen den Linien 49 und 50 an dieser Achse gebildete Winke]/ca. 80° beträgt. Es ist daraus ersichtlich, daß .der .die "Summe zweier Eingriffsbögen 53, 54 darstellende Gesanrtmmgriffsbogen ca, 170° beträgt. Der Bogen 55 stellt den Teil der linie 43 zwischen den linien 47 und 48 und der Bogen 54 stellt den Seil der linie 43 zwischen den linien 49 und 50 dar. Die Bögen 53 und 54 bilden erste Bogenabschnitte des Halses, die in Richtung auf die Achse 15 nach innen bewegt werden, während zweite Bogenabschnitte 55 und 56 des Halses nach der Halsverformung nach außen und weg von der Achse 15 bewegt werden, Jeder der Bögen 55 und 56 bildet einen ausgenommenen Abschnitt, in welchem die Gewindegänge in der Halsbohrung in vermindertem Eontakt mit den Gewindegängen des Bolzens stehen, während jeder der ausgenommenen Abschnitte Planken aufweist, an welchen er sich an die Eingriffsbögen 53 und 54 anschließt. Der ausgenommene Abschnitt 55 weist.also Planken

57 und 58 auf, wobei an den Übergangsstellen des ausgenommenen Abschnittes 55 mit dem Eingriffsbögen 53 (Fig. 7) eine linie 59 ersichtlich ist, welche die linie 42 am Ende der ; linie 47 berührt, während eine weitere linie 60 die Flanke

58 des ausgenommenen Abschnittes 55 berührt. Es ist ersichtlich, daß der Winkel zwischen den linien 59 und 60 so klein ist, daß keine krasse Änderung der Form zwischen dem ausgenommenen Abschnitt 55 und dem Eingriffsbögen 53 stattfindet, die sonst einen hohen Ortsdruck hervorrufen würde, der sich beim Aufschrauben der Schraubenmutter auf den Gev/indebolzen aufbauen würde. Ähnliches gilt für die Flanke 57 des ausgenommenen Abschnittes 55 und für die Flanken 59 und 59a des ausgenommenen Abschnittes 56.

Es leuchtet ein, daß die Halsbohrung derart verformt wird, daß ein verhältnismäßig großer Umgreifungswinkel zwischen der

verformten

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verformten Halsbohrung und den Bolzengewindegängen vorhanden ist und daß .die Divergenzwinkel zwischen den Flanken der ausgenommenen Abschnitte und dem Außenumfang des Bolzens — wie durch den YiFinkel zwischen den linien 59" und 60 veranschaulicht — klein sind und somit das Entstehen hoher Ortsdrücke verhindern,

. Pig. 6 zeigt die Stelle, an welcher die Bemessungen der wirksamen Gewindedurchmesser zweier Probestücke einer erfindungsgemäßen 5/16-Mutter (unified National fine) vorgenommen wurden:

Probestück A-A B-B C-C D-D Zoll Zoll Zoll Zoll

1 0.28576 0.29470 0.29221 0.29368

2 0.28122 0.29752 0.29435 0.29420

Es ist ersichtlich, daß die Punkte maximaler Einwärtsverschiebung im wesentlichen am Bohrungsdurchmesser 19 liegen, d.h. am Durchmesser, entlang dem die Preßbacken zueinander bewegt werden. Es ist offensichtlich, daß die Punkte maximaler Einwärtsverschiebung nicht verformt sind, da sie in Abstand von den Niederungen 34, 35, 36 und 37 und daher in glatten Kurven (Fig. 7) liegen; da sie nicht mit den Niederungen fluchten, ist die Gefahr einer Entstehung der sonst bei manchen drehsteifen Muttern nach dem vorbekannten Stand der Technik vorkommenden hohen Ortsdrücke gebannt.

Wie schon erwähnt, wurde erfindungsgemäß gefunden, daß die Abflachung des Mutternhalses an vier in Abstand voneinander liegenden Stellen zur Erzielung besserer Resultate führt, als die unter Verwendung einer kleineren oder größeren Anzahl eingedrückter Stellen bzw. entsprechender Abflachungen oder Niederungen erzielten.

Fig. 8

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Pig. 8 zeigt ein Diagramm, das wie das Diagramm nach Fig. 7 erhalten wurde, aber einen Mutternhals zeigt, der an drei in gleichem Abstand voneinander liegenden Stellen an seinem 'Kreisumfang eingedrückt ist. Der Dornumriß ist bei 61 und der Bohrungsumriß bei 62 gezeigt. Der.Hals ist an drei Stellen verformt, die durch die Pfeile 63 angedeutet und in gleichem Abstand voneinander um die Halsbohrungsachse angeordnet sind. Dadurch werden drei Eingriffsbögen erhalten, wovon jeder dem jeweiligen Pfeil 63 gegenüberliegt und" bei 64, 65 und 66 entsprechend angedeutet ist. Der Eingriffsbogen 64 liegt einem Winkel 67 von ca. 30° an der Halsachse 68 gegenüber, der Eingriffsbogen 65 liegt einem Winkel 69 von ca, 20° ge- £ genüber, und der Eingriffsbogen 66 liegt einem Winkel 70 von ca. 35° an der besagten Achse gegenüber. Der Gesamtumgreifungsbogen entspricht also ungefähr der Hälfte des Gesamtumgreifungsbogens einer erfindungsgemäßen Mutter nach Fig. 7.

Die Divergenzwinkel zwischen den Flanken der ausgenommenen Abschnitte zwischen den Bögen 64, 65 und 66 und dem Kreisumfang des Domes — wie mit der Linie 61 angedeutet — sind ferner größer als die in Fig. 7 dargestellten. Somit ist beispielsweise der Winkel zwischen der Flanke 72 des ausgenommenen Abschnittes 71 zwischen den Bögen 64 und 65 und dem sich daran anschließenden Abschnitt 73 des Dornkreisumfanges * wesentlich größer als der entsprechende Winkel in Fig. 7. Daher weist der Erfindungsgegenstand gegenüber einem an drei Stellen eingedrückten Hals einer drehsteifen Mutter den Yorteil auf, daß der Umgreifungsbogen im wesentlichen verdoppelt ist und daß die Divergenzwinkel kleiner sind, wodurch die Gefahr, daß die Gewindegänge der auf einem Bolzen aufgeschraubten Mutter abgescheuert werden oder abblättern, auf ein Minimum herabgesetzt ist.

Fig. 9 zeigt ein dem in Fig. 7 und 8 dargestellten ähnliches

Diagramm

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Diagramm eines an sechs am Kreisumfang des Halses in gleichem Abstand voneinander angeordneten Stellen eingedrückten Mutternhalses, De*¹ Dornkreisumfang ist "bei 74 und jener des Halses "bei 75 gezeigt. Die sechs Eindrückungen sind durch die Pfeile 76 und die Eingriffsbögen bei 77, 78, 79, 80, und 82 gezeigt. Was den Eingriffsbogen 82 anbetrifft, war der Dorn nicht in satter Anlage innerhalb dar Halsbohrung, so daß der gegenüber diesem Bogen liegende Winkel geschätzt wurde.

Der dem Bogen 77 an der Achse 84 gegenüberliegende Winkel φ 83 beträgt ca. 19°, während der dem Bogen 78 gegenüberliegende Winkel 85' ca. 23° beträgt. Der dem Bogen 79 gegenüberliegende Winkel 86 beträgt ca» 26°, der dem Bogen 80 gegenüberliegende Winkel 87 beträgt ca. '24 °, der_#gegenüber dem Bogen 81 liegende Winkel 88 beträgt ca. 15° und der dem Bogen 82 gegenüberliegende Winkel 89 beträgt ca, 17°·

Es leuchtet ein, daß der G-esamtumgreifungsbogen ca. 124° beträgt und somit iamer noch wesentlich kleiner ist als der erfindungsgemäße. Die Divergenzwinkel zwischen den Hanken der ausgenommenen Abschnitte und dem Kreisumfang des Domes sind ferner größer als jene bei der in I¹Ig. 8 gezeigten Dreipunktanordnung sowie als jene bei der in Fig. 7 gezeigten erfindungsgemäßen Anordnung. Die Flanke 91 des ausgenäimmenen Abschnittes 90 zwischen den Bögen 78 und 79 bildet z.B. mit dem benachbarten Anschnitt 92 des Dornkreisumfanges einen Winkel, der wesentlich größer ist als die entsprechenden Winkel nach lig. 7 oder 8, so daß die Gefahr besteht, daß hohe Iiokaldrücke beim Anziehen der Mutter hervorgerufen werden.

'Abschließend wird also festgestellt, daß bei der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten drehsteifen Mutter

verhältni smäßig

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verhältnismäßig große ümgreifungswinkel und folglich niedrige Lokaldrücke entlang des Eingriffsbogens zwischen den ineinandergreif enden G-ewindegängen unter gleichzeitiger Erzielung des einen Minimalwerir übersteigenden Drehmoments erhalten werden. Darüber hinaus sind die oben erwähnten Divergenzwinkel klein, was wiederum die Tendenz zur Bildung örtlicher Punkte hoher Drücke herabsetzt. Der Erfindungsgegenstand weist Vorteile gegenüber drehsteifen Mutternmit einem an drei oder auch sechs Stellen eingedrückten Hals auf", wobei das Eindrücken des Halses an den hier beschriebenen und beanspruchten vier in Abstand voneinander liegenden Stellen zum Erhalt einer besonders'.vorteilhaften Ausbildung einer drehsteifen"Mutter führen dürfte. Verschiedene Abwandlungen können innerhalb des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden. Wie oben besehrieben, führen die Preßbacken 17 eine horizontale hin- und hergehende Bewegung — d.h. in einer zur Mutternrohlingsachse senkrechten Ebene — aus, wobei die Oberflächen bzw. die Preßbackenstirnflächen 2? in einem Winkel von 5° zu einer senkrechten Ebene geneigt sind, welche diese Flächen 27 in einer Linie überschneidet. Der Fachmann ersieht also daraus, daß ein gewisses geringes axiales Zusammendrücken der Grewindegänge im Halsbereich zur Drehsteifigkeit der Mutter beiträgt und daß nichtsdestoweniger die Drehsteif igkeit der Mutter hauptsächlich dank der Einwärtsverformung des Halsabschnittes erzielt wird. Der besagte Winkel kann — wie oben beschrieben — 10° für kleine Muttern betragen.

Die Preßwerkzeugschlitten selbst können sich in Ebenen in Winkeln bis 10° zur Horizontalen bewegen, wobei sich die Preßbackenstirnflächen selbst senkrecht zu den Ebenen erstrecken können, in welchen sieh die Preßbacken bewegen, so daß der Mutternhals immer noch eine geringe Axialverformung durch die Stirnflächen der Preßbacken erfährt. Allgemeiner betrachtet,

können

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tonnen sich die Preßbaaken in Ebenen bewegen, die zu einer zur Achse des Mutternrohlings senkrecht verlaufenden Ebene geneigt sind, wobei jedoch der Neigungswinkel 10° nicht übersteigt.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1» Verfahren zur Herstellung einer drehsteifen Schraubenmutter aus einem vorgearbeiteten Werkstück als Mutternrohling mit einem vom Mutternschlüssel zu umgreifenden Teilabschnitt des Mutternkörpers, einem sich von einem Ende des Mutternkörpers aus erstreckenden röhrenförmigen Halsabschnitt mit einem Querschnitt, der kleiner ist als jener des eigentlichen Mutternkörpers, und mit einer durchgehenden, sich sowohl durch den vom Mutternschlüssel zu umgreifenden Abschnitt als m auch durch den Mutternhals erstreckenden Gewindebohrung, wobei der Rohling mit seinem Hals zwischen entgegengesetzt liegende druckausübende Preßbacken eines Preßwerkzeuges gebracht wird, worauf die Preßbacken unter Ausführung einer Relativbewegung zueinander vorgeschoben werden, so daß der im Halsabschnitt des Mutternrohlings befindliche Bohrungsabschnitt unrund wird und eine annähernd elliptische Form annimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Mutternhals mit vier flachen Stirnflächen der Preßbacken an vier, jeweils zu zweien an jeder Seite des zur Richtung der Relativbewegung der Preßbacken parallel verlaufenden Bohrungsdurchmessers symmetrisch liegenden {| Stellen in Anlage kommt und verformt wird, wobei der Winkel zwischen den Schnittlinien einer zur !Längsachse der Bohrung senkrecht verlaufenden Ebene und den die nebeneinanderliegenden Oberflächen der in Bezug auf den Bohrungsdurßhmesser auf entgegengesetzten Seiten liegenden Preßbacken enthaltenden Ebenen zwischen 110° und 130° beträgt und die Preßbacken den Mutternhals derart verformen, daß sich zwischen je zwei sich anschließenden Preßbackenoberflächen bzw, Preßbackenoberflächenpaaren befindliche Bogenabschnitte des Mutternhalses in Richtung auf die Bohrungsachse bewegen, so daß der Bohrungsabschnitt keine scharfe Unterbrechungen in den die Bohrungsachse enthaltenden oder zu dieser Achse senkrecht verlaufenden Abschnitten aufweist,

   109818/0396 2. Verfahren

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   2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer bestimmten Richtung stattfindende Relativbewegung der Preßbacken in einer zur Bohrungsachse senkrecht liegenden Ebene erfolgt.

   3a Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß " die in einer bestimmten Richtung stattfindende Relativbewegung der Preßbacken in einer Ebene erfolgt, die zu einer zur Bohrungsachse senkrecht liegenden Ebene in einem Winkel geneigt ist, der nicht mehr als 10° beträgt.

   4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede flache Preßbackenstirnfläche in einem Winkel von nicht mehr als 10° zu einer zur Längsachse der Mutternbohrung parallelen und die Preßbackenstirnfläche senkrecht zur Längsachse der Mutternbohrung überschneidenden Ebene geneigt ist.

   5· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den besagten Schnittlinien 120° beträgt.

   6, Drehsteife Schraubenmutter mit einem von einem Mutternschlüssel zu ergreifenden Abschnitt des Mutternkörpers, einem sich van einem Ende des Mutternkörpers aus erstreckenden röhrenförmigen Halsabschnitt mit einem Querschnitt, der kleiner ist als jener des eigentlichen Mutternkörpers und mit einer durchgehenden, mit einem Schraubengewinde versehenen Bohrung, die sich sowohl durch den mit einem Mutternschlüssel in Engriff kommenden Mutternabschnitt als

   . . auch durch den röhrenförmigen Mutternhals erstreckt, wobei der im Halsabsohnitt der Mutter befindliche Bohrungsabschnitt eine annähernd elliptische Form aufweist,

   dadurch

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   dadurch gekennzeichnet, daß die Außenoberfläche (16) des Mutternhalses (12) vier Niederungen oder Eindrückungen (54-, 35, 56, 57) aufweist, wovon je zwei symmetrisch zum Bohrungsdurchmesser (19) an .jeder Seite des letzteren angeordnet sind, wobei der Bohrungsdurchmesser (19) derart bemessen ist, daß der Winkel (.52) zwischen den Schnittlinien einer zur Längsachse (15) der Bohrung senkrechten Ebene (50) und den die Oberflächen zweier nebeneinanderliegender Niederungen (54 und 55 oder 36 und 57) an entgegengesetzten Seiten des Bohrungsdurchmessers enthaltenden Ebenen zwischen 110° und 130° beträgt, währen erste Bogenabschnitte (58, 39) des Halsabschnittes zwischen je zwei nebeneinanderliegenden Niederungen in Bezug auf zweite Bogenabschnitte (40, 41) des Halsabschnittes zwischen je zwei nebeneinanderliegenden Niederungen (55 ubö. 36 oder 34 und 37) auf derselben Seite des Bohrungsdurchmessers hinsichtlich der Bohrungsachse nach innen versetzt sind, so daß der im Halsabschnitt befindliche Bohrungsabschnitt keine scharfe Unterbrechungen in den die Bohrungsachse enthaltenden oder zu ihr part'-llel verlaufenden Abschnitten aufweist, wobei die Stellen der maximalen Einwärtsverschiebung des Halses zwischen zwei nebeneinanderliegenden Niederungen (54 und 35 oder 36 und 37) an entgegengesetzten Seiten des Bohrungsdurchmessers liegen.

   7· Drehsteife Mutter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche jeder Niederung in einem Winkel von nicht mehr als 10 zu einer zur Längsachse der Mutternbohrung parallelen und diese Oberfläche senkrecht zur Längsachse der Mutternbohrung überschneidenden Ebene geneigt ist.

   8. Drehsteife Mutter nach-Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn- . zeichnet, daß der Winkel (32) zv/ischen den besagten Schnittlinien 120° beträgt.

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