DE19516129A1 - Selbstsichernde Mutter - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine selbstsichernde Mutter gemäß Oberbe­ griff von Anspruch 1. Eine maßgebliche Größe zur Selbstsicherung der Mutter ist das Losdrehmoment, d. h. das Drehmoment, welches zum Ab­ schrauben der auf einem Gewindebolzen aufgeschraubten Mutter aufzuwenden ist.

Eine weitere wichtige Eigenschaft selbstsichernder Muttern ergibt sich aus dynamischen Versuchen. Es kommt darauf an fest zustellen, wie sich die Vorspannkraft der aufgeschraubten Mutter in Abhängigkeit von den Lastwechseln verändert. Bedeutsam ist schließlich das Losdrehverhalten der Schrauben-Mutter-Verbindung bei einwirkenden Querbelastungen, d. h. die Änderung der Vorspannkraft der aufgeschraubten Mutter in Abhängig­ keit von der Größe der sogenannten "Grenzverschiebung". Die Grenzverschie­ bung ist die Wegstrecke, bei der sich die von der Mutter auf den Gewinde­ bolzen gesicherten Bauteile bei der wechselnden Belastung bewegen.

Die Erfindung strebt an, all diese Werte zu optimieren im Vergleich zum Stand der Technik. Dieser umfaßt folgende Ausführungsformen der Mutter.

Es gibt selbstsichernde Muttern (DE-PS 34 41 318) der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art, bei denen der rotationssymmetrisch ausgebildete Rohrabschnitt des Mutternkörpers, an dessen Rohrende sich eine radial erweiternde Rippe befindet. Über den Rohrabschnitt ist eine Schraubenfeder gelegt, die als Anpreßelement wirksam ist. Die Anpressung zwischen der Schraubenfeder und der Umfangsfläche des Rohrabschnitts erfolgt linienförmig entlang der Schraubenfeder. Es gibt keinen formstabilen Zusammenhalt bei diesem Anpreßelement.

Es sind auch Anpreßelemente (US-PS 3 417 801) mit einer einzigen Wendel­ steigung bekannt, die in einer wendelförmigen Nut im Rohrabschnitt des entsprechenden Mutternkörpers eingelassen sind. Auch hier erfolgt nur ein linienförmiger Andruck entlang der Wendel.

Bei selbstsichernden Muttern anderer Art (DE-PS 4 80 132) liegt ein zweitei­ liger, ineinandergeschachtelter Mutternkörper vor, bestehend aus einem kegelförmigen Kernteil und einem eine komplementäre kegelförmige Aufnah­ me aufweisenden Mantelteil. Beide Teile werden durch einen Kupplungsstift unverdrehbar miteinander verbunden. Der Kernteil wird beim Verschrauben in den Mutternteil hineingezogen, wobei der Mutternteil auf den geschlitzten Kernteil eine Anpreßkraft ausübt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache, kostensparend herzustellende Mutter der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zu entwickeln, bei welcher die eingangs erwähnten Eigenschaften der bekannten selbstsichernden Muttern wesentlich verbessert sind. Dies wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Maßnahmen erreicht, denen folgende besondere Bedeutung zukommt.

Wenn die zylindrische Hülse auf den sich zum Rohrende hin erweiternden Konus aufgebracht ist, paßt sie sich dem Konusverlauf weitgehend an und sorgt für eine vollflächige radiale Anpressung der biegsamen Rohrseg­ mente gegen den Gewindebolzen. Man erreicht damit, im Vergleich zum Stand der Technik, sehr hohe Losdrehmomente, und zwar auch dann, wenn man die Mutter nach der Erfindung wiederholt verwendet, z. B. fünffach aufschraubt. Dies gilt sowohl für den beim Aufschrauben erwärmten Zustand als auch für den abgekühlten Zustand. Entscheidend ist das Losdrehverhalten bei der Grenzverschiebung verbessert. Selbst bei hohen Grenzverschiebungen ist kein Losdrehen feststellbar. Bei dynamischen Versuchen stellt man fest, daß die Mutter nach der Erfindung selbst über hunderte von Lastwech­ seln keine nennenswerte Minderung ihrer Vorspannkraft erfährt.

Weitere Maßnahmen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 in Seitenansicht und, teilweise im Ausbruch, einen zwei Bauteile halternden Gewindebolzen vor dem Aufschrauben einer in Seiten­ sicht erkennbaren selbstsichernden, aus zwei Bestandteilen beste­ henden Mutter nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den ersten Bestandteil der Mutter nach der Erfindung, nämlich einen Mutternkörper,

Fig. 3 eine endseitige Ansicht auf den Mutternkörper von Fig. 2,

Fig. 4 eine Schnittansicht durch den zweiten Bestandteil der selbstsi­ chernden Mutter, nämlich ein als zylindrische Hülse ausgebildetes Anpreßelement, und

Fig. 5 eine endseitige Draufsicht auf die Hülse von Fig. 4.

Ein Gewindebolzen 30 ist mit seinem ein Schraubgewinde 33 aufweisenden Bolzenschaft 32 durch Löcher 28, 29 von zwei Bauteilen 18, 19 hindurchge­ führt, die mittels einer selbstsichernden Mutter 10, 20 gegenüber einem Bolzenkopf 31 zuverlässig eingespannt werden sollen. Die Mutter ist zwei­ teilig ausgebildet und besteht aus einem Mutternkörper 10 und einer als Anpreßelement dienenden Hülse 20.

Die Hülse 20 besitzt eine zylindrische Hülsenwand 25, die einendig oder, wie gezeigt, beidendig mit einer trichterförmigen Erweiterung 23 versehen ist. An einer Mantelstelle besitzt die Hülse 20 einen Spalt 24, der achspa­ rallel verläuft. Die Hülse 20 besteht aus zwar formfestem, aber doch hart­ elastischem Material, wie Stahl. Durch den Spalt 24 wird die radiale Elasti­ zität der Hülse 20 erhöht. Anstelle einer mit einem Spalt 24 erzeugten Hülse 20 könnte diese als voller Ringkörper ausgebildet sein, sofern man einen Werkstoff größerer Elastizität verwendet, z. B. Kunststoff.

Der andere Bestandteil der Muttern ist ein Mutternkörper 10, der in zwei Axialabschnitte 11, 12 gegliedert ist. Der eine Abschnitt 11 ist formsteif gestaltet und besitzt einen Sechskant-Umriß für den Angriff eines Drehwerk­ zeugs. Der andere Abschnitt ist demgegenüber radial abgesetzt und besteht aus einem Rohrabschnitt 12, der mit zahlreichen Längsschlitzen 14, nämlich im vorliegenden Fall vier, versehen ist. Dadurch wird der Rohrabschnitt 12 in vier radial biegsame Rohrelemente 17 gemäß Fig. 3 gegliedert. Die Umrißfläche des Rohrabschnitts 12 ist aber in besonderer Weise ausge­ bildet. Durch beide Axialabschnitte 11, 12 des Mutternkörpers 10 geht ein Mutterngewinde 13 gleichförmig durch, welches konform mit dem vorbe­ schriebenen Schraubgewinde 33 gestaltet ist.

Die Umfangsfläche besteht aus einem Konus 21, der sich zum freien Rohrende 27 hin stetig erweitert. Der Konus 21 besitzt im Ausgangszustand einen über seine ganze axiale Länge konstanten Neigungswinkel 26. Der Neigungswinkel 26 liegt zwischen 4 bis 10°, vorzugsweise aber, bei einer M 16 Schraube, vorzugsweise bei 6,5°. In der Zeichnung ist der Konus 21 übertrieben stark dargestellt.

Der Neigungswinkel 26 ist vom anzuwendenden Schraubendurchmesser 34 abhängig. Im allgemeinen gilt, daß für Muttern 10, 20 mit wachsender lichter Weite ihrer Gewindebohrung 14 auch der Neigungswinkel 26 größer wird. Bewährt haben sich dabei folgende Neigungswinkel 26: Für eine Schraube M 8 ein Winkel von 4°, für eine Schraube M 12 ebenfalls von 4°, aber bei Schrauben von mehr als M 16 Winkel zwischen 6,5° bis maxi­ mal 7° bei noch größeren Durchmessern. Die obere Grenze dürfte aber bei 10° liegen.

Für die einfache Vormontage der selbstsichernden Mutter ist der Rohrab­ schnitt 12 in seinem Endbereich mit einer zum Rohrende 27 abfallenden Fase 22 versehen, die als Auflaufschräge für die beschriebene trichterför­ mige Erweiterung 23 der Hülse 20 dient. Im aufgeschobenen Zustand von Fig. 1 deformieren sich die Hülse einerseits und die Rohrsegmente 17 andererseits wechselseitig, wodurch es zu einer weitgehenden konformen Flächenanlage über den ganzen Konus 21 kommt.

Bezugszeichenliste

10 Mutternkörper
11 erster Axialabschnitt, Betätigungsabschnitt
12 zweiter Axialabschnitt, Rohrabschnitt
13 Mutterngewinde von 10
14 Gewindebohrung von 10
15 Sechskant-Umriß von 11
16 Längsschlitz in 12
17 Rohrsegment von 12
18 erster Bauteil
19 zweiter Bauteil
20 Anpreßelement, Hülse
21 Konus von 12
22 Fase an 12
23 endseitige trichterförmige Erweiterung von 20
24 Spalt in 20
25 Hülsenwand
26 Neigungswinkel von 21
27 Rohrende von 12
28 Loch in 18
29 Loch in 19
30 Gewindebolzen
31 Bolzenkopf von 30
32 Bolzenschaft von 30
33 Schraubengewinde von 30
34 Schraubendurchmesser von 32

Claims (12)

1. Selbstsichernde Mutter mit einem zwar einstückigen, aber in zwei zueinander form- und funktionsunterschiedliche Axialabschnitte (11, 12) gegliederten Mutternkörper (10),
der eine Gewindebohrung (14) mit durchgehend gleichförmigem Muttern­ gewinde (13) aufweist für das konforme Schraubengewinde (33) eines zugeordneten Gewindebolzens (30),
wobei der Mutternkörper einerseits einen formsteifen Betätigungsab­ schnitt (11) besitzt mit vorzugsweise unrundem Umriß (15) zum Angriff eines Drehwerkzeugs,
und andererseits einen demgegenüber radial abgesetzten, elastischen Rohrabschnitt (12) mit einem im wesentlichen rotationssymmetrischen Umfang aufweist,
der Rohrabschnitt (12) Längsschlitze (16) aufweist, die ihn in radial biegsame Rohrsegmente (17) gliedern,
und auf dem Umfang des Rohrabschnitts (12) ein radial elastisches Anpreßelement (20) sitzt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Umfangsfläche des Rohrabschnitts (12) ein zum freien Rohren­ de (27) hin sich erweiternder Konus (21) ist
und daß das Preßelement aus einer zylindrischen Hülse besteht, die den Konus (21) abdeckt.

2. Mutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Hülsenwand (25) einen Spalt (24) aufweist.

3. Mutter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (24) achsparallel verläuft.

4. Mutter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Konus (21) im entspannten Zustand, vor der Montage der Hülse (20), über seine ganze axiale Länge einen konstanten Neigungswinkel (26) aufweist.

5. Mutter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß - im Aufschraubfall der Mutter auf den Gewinde­ bolzen (30) - die montierte Hülse (20) der konischen Form des Rohr­ abschnitts (12) elastisch folgt.

6. Mutter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (26) des Konus (21) zwischen 4 bis 10° liegt.

7. Mutter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswin­ kel (26) kleiner/gleich 7° ausgebildet ist.

8. Mutter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für Muttern mit wachsender lichter Weite ihrer Gewindebohrung (14) auch der Neigungswinkel (26) vom Konus (21) größer wird.

9. Mutter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsschlitze (16) den Rohrabschnitt (12) in zueinander formgleiche Rohrsegmente (17) teilen.

10. Mutter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß vier Längsschlitze (16) im Rohrabschnitt (12) vorgesehen sind, welche vier Rohrsegmente (17) mit konischem (21) Längsprofil erzeugen.

11. Mutter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (12) am freien Rohrende (27) eine Fase (22) aufweist, die bei der axialen Montage der Hülse (20) auf dem Rohrabschnitt (12) als Auflaufschräge dient.

12. Mutter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (20) eine sich trichterförmig erweiternde Gegenschräge (23) wenigstens an ihrem einen Hülsenende besitzt, welches im Montagefall dem Betätigungsabschnitt (11) des Mutternkör­ pers (10) zugekehrt ist.