DE1962186C3

DE1962186C3 - Lösbare Sicherung für eine Schraubverbindung

Info

Publication number: DE1962186C3
Application number: DE1962186A
Authority: DE
Inventors: Eugene C. Newport Beach Calif. Greenwood
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-12-12
Filing date: 1969-12-11
Publication date: 1981-09-03
Also published as: US3581609A; DE1962186A1; GB1254149A; DE1962186B2; JPS4825701B1; FR2025950A1

Description

Die Erfindung betrifft eine lösbare Sicherung für eine Schraubverbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine: derartige Sicherung ist bereits aus der US-PS 13 WO bekannt. Der Sicherungsring ist dabei mit einigem Spiel innerhalb der Ausnehmung der Mutter lose um den Gewindeschaft der Schraube herum angeo rdnel. Er weist nur über einen geringen Teil seines Umfangs hinweg eine Verzahnung auf und diametral gegenüberliegend der Verzahnung eine radial wirkende, den losen Sicherungsring mit seiner Verzahnung in die Innenverzahnung der Ausnehmung der Mutter vorspannende Feder auf. Die Ausnehmung der Mutter ist durch einen den Sicherungsring gegen Herausgleiten sichernden Deckel abgeschlossen, wobei sich ein axialer Vorsprung des Sicherungsrings durch eine Ausnehmung im Deckel nach außen erstreckt, so daß der Sicherungsring durch manuellen Eingriff oder durch Ansetzen eines Werkzeugs entgegen der Vorspannung der Feder radial außer Eingriff mit der Innenverzahnung der Mutter bewegt werden kann. Nachteilig ist hierbei einerseits, daß wegen der sich nur über einen kurzen Teil des Umfangs erstreckenden Verzahnung des Sicherungsrings eine nur geringe Festigkeit der Sicherung gegen Verdrehen erzielbar ist und daß beim Verstellen der Mutter zuerst mit umständlicher Manipulation der nach außen ragende Vorsprung des Sicherungsrings in geeigneter Weise betätigt werden muß. Eine Sicherung dieser Art eignet sich daher kaum zur Betätigung mittels eines automatischen Werkzeugs wie eines Druckluftwerkzeugs.

Eine weitere bekannte Schraubensicherung ist in der DE-PS 5 53 123 beschrieben. Der Sicherungsring ist dabei mit einer durchgehenden Außenverzahnung versehen, die in eine entsprechende Innenverzahnung am Grund einer Ausnehmung der Mutter eingreift Zur Halterung des Sicherungsrings ist dabei am freien Ende des Gewindeschaftes der Schraube ein gewindeloser Profilzapfen angeformt, auf dem der Sicherungsring aufgeklemmt ist. In der Nähe des offenen Endes der Ausnehmung der Mutter ist in der Wand der Ausnehmung eine Ringnut geformt, in welcher ein Federring sitzt, der ein Herausfallen des Sicherungsrings verhindert. Nachteilig ist auch bei dieser Schraubensicherung, daß zum Freigeben der Drehung der Schraube zuerst der Ferderring und danach der Sicherungsring mittels eines Werkzeugs aus der Ausnehmung der Mutter herausgenommen werden müssen.

Die in der US-PS 21 52 977 beschriebene Mutternsicherung weist einen in einer Ausnehmung der Mutter aufgenommenen Sicherungsring auf, der mit axialen Vorsprüngen in entsprechende Vertiefungen am Grund der Ausnehmung der Mutter eingreift und axial mittels eines Federelementes gegen den Grund der Ausnehmung vorgespannt ist. Diese Art der Sicherung bewirkt keine absolut drehfeste Verbindung der Mutter mit der Schraube, sondern ermöglicht ein Verdrehen der Mutter durch Aufbringen eines vorbestimmten Drehmomentes, das die Vorsprünge des Sicherungsrings aus den Vertiefungen der Mutter herausschnappen läßt.

In der US-PS 8 59 063 ist auch bereits eine Mutternsicherung beschrieben, bei der in einer axialen Ausnehmung am freien Stirnende des Schraubenschaftes ein nach außen axial federvorgespannter Vierkantzapfen verschiebbar aufgenommen ist. Die auf das freie Ende des Gewindeschaftes aufgeschraubte Mutter ist kappenförmig und weist eine vierkantige Öffnung auf, in welche der Vierkantzapfen unter Federvorspannung eingreift und damit eine Drehung der Mutter verhindert. Zum Lösen der Mutter ist ein spezieller Schlüssel vorgesehen, der einen zum formschlüssigen Eingriff an der Außenseite der Mutter ausgebildeten Schlüsselkopf und einen zentrisch angebrachten Vorsprung aufweist, wobei nach Aufsetzen des Schlüsselkopfes dieser Vorsprung den Vierkantzapfen entgegen seiner Federvorspannung aus der vierkantigen Ausnehmung der Mutter herausrückt, so daß die Mutter an dem G vindeschaft gedreht werden kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine lösbare Sicherung für eine Schraubverbin-

dung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung zu schaffen, die schnell lösbar und anbringbar ist und eine hohe Belastbarkeit gegen statische und schwingende Belastungen aufweist

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst

Bei dieser Ausgestaltung kann die Sicherung der Mutter ganz einfach dadurch gelöst werden, daß der Sicherungsring aus seinem Eingriff mit der Innenverzahnung der Mutter axial gegen den Boden der Ausnehmung, also entgegen der Vorspannung des Federelementes gedrückt wird, so daß er in den ohne Innenverzahnung geformten Bereich der Ausnehmung der Mutter gelangt und damit die Mutter frei drehbar wird. Da im gesperrten Zustand der Sicherungsring in enger Passung am Gewindeschaft anliegt und außerdem seine Außenverzahnung praktisch ohne Spie· in die Innenverzahnung der Mutter eingreift, ist die Belastbarkeit sehr hoch. Die Lösung der Sicherunf und die Verdrehung der Mutter kann bei dieser Ausbildung ohne weiteres durch ein automatisches, beispielsweise druckluftbetriebenes Drehwerkzeug erfolgen, da zum Lösen der Sicherung keine Teile weggenommen werden müssen und. der Sicherungsring zum Ausrücken engegen der Federvorspannung frei zugänglich ist

Eine besonders bevorzugte Ausführung eines Schraubenschlüssels zum Betätigen der erfindungsgemäßen Sicherung ist in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht der Sicherung mit Mutter und Schraube;

F i g. 2 eine Ansicht der in F i g. 1 dargestellten Sicherung im Schnitt nach der Linie 2-2 in F i g. 1;

Fig.3 eine schaubildliche Ansicht eines Federelements der Sicherung;

F ί g. 4 eine schaubildliche Ansicht eines Sicherungsringes;

F i g. 5 eine Draufsicht eines Schraubenschlüssels zur Betätigung der Sicherung, und

F i g. 6 eine Ansicht des in F i g. 5 dargestellten Schraubenschlüssels im Schnitt nach der Linie 6-6 in Fig. 5.

Die in Fig. 1-4 dargestellte und allgemein mit 1 bezeichnete Sicherung, die eine Mutter 2 mit einer herkömmlichen sechseckigen Außenfläche aufweist, ist zur Verwendung mit einer Schraube 3 geeignet, die einen Kopf 4 und einen Gewindeschaft 5 besitzt. Erfindungsgemäß ist der Gewindeschaft 5 so abgeändert, daß er eine Längsnut 6 längs seiner Außenkante aufweist, die sich im wesentlichen über die volle Länge des Gewindes am Gewindeschaft 5 erstreckt.

Für die Zwecke der Erläuterung kann die Mutter 2 als aus einem oberen Teil 7 und einem unteren Teil 8 bestehend betrachtet werden, welch letzterer eine Gewindebohrung aufweist, die mit dem Gewinde am Gewindeschaft 5 in Eingriff steht. Der obere Teil 7 ist mit einer zylindrischen Ausnehmung 9 ausgebildet, die sich mit der Mittellinie der Mutter 2 in Ausfluchtung befindet und sich über die volle Länge des oberen Teils 7 erstreckt. Eine Innenverzahnung 10 aus einer Anzahl von sich nach innen erstreckenden Kerbzähnen ist an der Fläche 11 der Ausnehmung 9 um deren ganzen Umfang herum vorgesehen. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Tiefe des verzahnten Teils der Ausnehmung 9 annähernd gleich der Hälfte der Gesamttiefe derselben, und zwar aus Gründen, die sich aus dem Nachfolgenden ergeben.

Die erfindungsgemäße Sicherung 1 besitzt ferner einen Sicherungsring 12 mit einer Außenverzahnung 12 aus einer Anzahl Kerbzähnen, die sich von seiner Außenfläche nach außen erstrecken und die gleichen Hauptabmessungen sowie die gleichen Winkelabstände wie die Kerbzähne der Innenverzahnung 10 an der Fläche 11 der Mutter 2 haben. Ferner ist es für den Fachmann naheliegend, daß, obwohl die K«rbzähne mit einer im wesentlichen dreieckigen Form dargestellt

ίο sind, die Kerbzähne auch eine beliebige andere Form haben können.

Der Innendurchmesser des Sicherungsringes 12 ist geringfügig größer als der Außendurchmesser des Gewindes am Gewindeschaft 5 der Schraube 3, so daß der Sicherungsring 12 über den Gewindeschaft 5 in die Ausnehmung 9 der Mutter 2 geschoben werden kann. Für eine maximale Festigkeit soll die axiale Dicke des Sicherungsringes 12 annähernd gleich der Tiefe des verzahnten Teils der Ausnehmung 9 sein. In der in F i g. 2 gezeigten Stellung, welches die Sicherungsstellung ist, steht die Außenverzahnung 13 am Sicherungsring 12 mit der innenverzahnung 10 an der Mutter 2 im Eingriff, so daß eine relative Drehung des Sicherungsringes 12 und der Mutter 2 verhindert wird. Ferner ist, obwohl zwischen den Verzahnungen 10 und 13 in F i g. 1 und 2 ein Abstand gezeigt ist, diese Darstellung lediglich für die Zwecke der Erläuterung gegeben. In der Praxis ist ein Paßsitz zwischen der Mutter 2 und dem Sicherungsring 12 wünschenswert und die Verzahnungen 10 und 13 stehen in Berührung miteinander.

Der Sicherungsring 12 ist mit einer sich nach innen erstreckenden Zunge 14 ausgebildet, deren Breite und Tiefe im wesentlichen gleich ist jedoch etwas geringer als die Breite und Tiefe der Längsnut 6 im Gewindeschaft 5 der Schraube 3. Aus diesem Grunde und wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, erstreckt sich die Zunge 14 des Sicherungsringes 12 in die Nut 6 im Gewindeschaft 5, so daß der Sicherungsring 12 mit Bezug auf den Gewindeschaft 5 axial beweglich, jedoch gegenüber diesem nicht drehbar ist.

Der einzige weitere Teil der Sicherung 1 ist ein Federelement 15, durch welches der Sicherungsring 12 in Richtung zu dem verzahnten Teil der Mutter 2 vorgespannt wird. Dieses Federelement 15 kann eines der vielen im Handel erhältlichen zusammendrückbaren Federelemente 15 sein. Ein Beispiel ist in Fig.2 und 3 dargestellt und wird durch eine Ringscheibe gebildet, dessen äußere Hälfte zur Bildung einer Anzahl blattfederartiger Arme 16 geteilt ist Obwohl nicht maßstäblich in F i g. 3 dargestellt, ist der Innendurchmesser des Federelementes 15 etwas größer als der Außendurchmesser des Gewindes am Gewindeschaft 5 und sein Außendurchmesser etwas kleiner als der Innendurchmesser der Innenverzahnung 10, so daß das Federelement 15 leicht über den Gewindeschaft 5 der Schraube 3 und über die Innenverzahnung 10 in die Ausnehmung 9 bewegt werden kann, auf deren Boden es aufgesetzt wird. Außerdem berühren die blattfederartigen Arme 16 die Unterseite des Sicherungsringes 12, wenn sich dieser in der Ausnehmung 9 der Mutter 2 befindet. Das Hauptmerkmal des Ferelements 15 besteht darin, daß es eine ausreichende Kraft liefert, um den Sicherungsring 12 in seiner Stellung in Berührung mit der Verzahnung 9 an der Mutter 2 zu halten.

Im Betrieb wird das Federelement 15 zuerst in die Ausnehmung 9 in der Mutter 2 eingesetzt, worauf der Sicherungsring 12 eingesetzt wird, wobei die blattfederartigen Arme 16 etwas niedergedrückt werden, um eine

Baugruppeneinheit zu erhalten. Das Federelement 15, der Sicherungsring 12 und die Mutter 2 können dadurch zusammengehalten werden, daß das Metall der Mutter 2 oberhalb des Sicherungsringes 12 verformt wird, wie beispielsweise bei 17 gezeigt, nachdem der Sicherungsring 12 in die Ausnehmung 9 gebracht worden ist. Das Federelement 1 ϊ belastet dann den Sicherungsring 12 in Richtung zum offenen Ende der Mutter 2. Daher hält im Ruhezustand und in der Sicherungsstellung das Federelement 15 den Sicherungsring 12 in einer Stellung, in welcher die Außenverzahnung 13 mit der Innenverzahnung 10 an der Mutter 2 in Eingriff steht. In dieser Stellung wird eine relative Drehung zwischen der Mutter 2 und dem Sicherungsring 12 verhindert. Ferner sind, da eine relative Drehung zwischen dem Sicherungsring 12 und der Schraube 3 ständig durch die Zunge 14 verhindert wird, die sich in die Längsnut 6 erstreckt, die Mutter 2 und die Schraube 3 sicher miteinander verriegelt.

Wenn die Mutter 2 bewegt werden soll, wird durch einen nachstehend näher beschriebenen speziellen Schraubenschlüssel der Sicherungsring 12 entgegen der Wirkung des Federelements 15 niedergedrückt, so daß die Verzahnung 13 am Sicherungsring 12 außer Eingriff mit der Verzahnung 10 an der Mutter 2 kommt, so daß die letztere frei in eine neue Stellung auf der Schraube 3 gedreht werden kann. Wenn die Mutter 2 annähernd die gewünschte Stellung erreicht, wird der Sicherungsring 12 freigegeben, so daß die blattfederartigen Arme des Federelements 15 den Sicherungsring 12 nach oben gegen die Unterseite der Innenverzahnung 10 der Mutter 2 schieben können. Wenn die Verzahnungen 10 und 13 nicht sofort in Eingriff kommen, was gewöhnlich der Fall ist. ist es lediglich erforderlich, die Mutter 2 entweder etwas zu lockern oder etwas fester anzuziehen, damit die Verzahnungen 10 und 13 der Mutter 2 und des Sicherungsringes 12 miteinander in Eingriff treten können. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform mit 24 Kerbzähnen an der Mutter 2 und am Sicherungsring 12 hat eine Drehung der Mutter 2 um maximal 15° in der einen oder anderen Richtung zur Folge, daß die Verzahnungen 10 und 13 in Eingriff kommen. Es kann eine beliebige Zahl von Kerbzähnen vorgesehen werden. Natürlich kann die Mutter 2 mit Bezug zur Schraube 3 umso mehr Stellungen einnehmen, je mehr Zähne vorhanden sind.

Bei in Eingriff befindlichen Verzahnungen 10 und 13 hält die Wirkung des Federelements 15 den Sicherungsring 12 in Anlage, bis er absichtlich niedergedrückt wird. So lange der Eingriff besteht, kann die Mutter 2 nicht auf der Schraube 3 gedreht werden, ohne daß entweder die Verzahnungen 10 oder 13 oder die Zunge 14 in der Längsnut 6 abgeschert werden. Hierbei kann der Sicherungsring 12 eine, zwei oder mehrere Zungen 14 haben, denen eine gleiche Anzahl von Längsnuten 6 in der Schraube 3 entspricht, um der Sicherung 1 zusätzliche Festigkeit zu verleihen.

In F i g. 5 und 6 ist ein Schraubenschlüssel dargestellt, der allgemein mit 20 bezeichnet ist und zur Verwendung mit der Sicherung 1 bestimmt ist. Der Schraubenschlüssel 20 ist ein Ringschlüssel mit einem Handgriff 21 und einem ringförmigen Kopf 22 mit der üblichen Sechskantinnenfläche 23, so daß sich der Kopf 22 um die Außenfläche der Mutter 2 herum erstreckt und an dieser anliegt. Bei der bevorzugten Ausführungsform trägt der Kopf 22 mittels einer Anzahl Arme 24 einen zylindrischen Ring 25, dessen Innendurchmesser etwas größer als der Außendurchmesser des Schaftes 5 der Schraube 3 ist und dessen Außendurchmesser so begrenzt ist, daß der Ring 25 nur denjenigen Teil des Sicherungsringes 12 berührt, der von der Verzahnung 13 nach innen liegt.

Im Betrieb hat das Aufsetzen des Schraubenschlüssels 20 auf die Mutter 2 automatisch zur Folge, daß der Ring 25 den Sicherungsring 12 entgegen dem Druck des Federelements 15 niederdrückt Daher kann bei aufgesetztem Schraubenschlüssel 20, wie in F i g. 6 gezeigt, die Mutter 2 in eine neue Stellung gedreht werden. Wenn die gewünschte Stellung für die Mutter 2 erreicht ist, wird der Schraubenschlüssel 20 leicht angehoben, damit die Außenverzahnung 13 am Sicherungsring 12 an der Unterseite der Innenverzahnung 10 der Mutter 2 zur Anlage kommen können. Nachdem der Schraubenschlüssel 20 um einen zusätzlichen Betrag angehoben worden ist, der ausreicht, das Abheben der Unterseite des Ringes 25 von der Oberseite des Sicherungsringes 12 sicherzustellen, kann der Schraubenschlüssel 20 in jeder Richtung um einen geringen Betrag gedreht werden, bis die Verzahnungen 10 und 13 ineinander einrasten. Der Schraubenschlüssel 20 kann dann völlig abgenommen werden, worauf die Mutter 2 und die Schraube 3 sicher miteinander verriegelt sind.

Hieraus ergibt sich, daß durch die Erfindung ein völlig neues Konzept für eine Muttern- und Schraubensicherung geschaffen wurde, bei welcher ein unbehindertes Drehen der Mutter und der Schraube in jeder Richtung möglich ist und bei welcher die Mutter ihre Stellung durch eine zwangsläufige mechanische Verriegelung in einer von vielen möglichen Stellungen hält. Die Mutter 2 kann mit Bezug auf die Schraube 3 beliebig oft in ihrer Stellung verlagert werden, ohne ihren Sicherungswirkungsgrad zu beeinträchtigen und ohne auch nur im geringsten den hohen Drehmomentswert herabzusetzen, der zum unbeabsichtigten Drehen der Mutter bzw. der Schraube erforderlich ist Ferner läßt sich aus dem Vorangehenden erkennen, daß die erfindungsgemäße Mutter und Schraube durch Schwingungskräfte oder eine relative Drehung der durch sie befestigten Teile völlig unbeeinflußt bleiben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lösbare Sicherung für eine Schraubverbindung, mit einer am Gewindeschaft eine Längsnut aufweisenden Schraube und einer Mutter mit einer sich über einen Teil der axialen Länge konzentrisch zum Innengewinde erstreckenden Ausnehmung, in deren Umfangsfläche eine Innenverzahnung vorgesehen ist, sowie mit einem in die Ausnehmung eingesetzten Sicherungsring, der auf seiner Außenumfangsfläche eine Außenverzahnung und an seiner Innenfläche eine in der Längsnut des Gewindeschaftes axial verschiebbare, jedoch unverdrehbar geführte Zunge aufweist, und mit einem die Außenverzahnung des Sicherungsrings in Eingriff mit der Innenverzahnung der Mutter vorspannenden Federelement, dadurch gekennzeichnet,

— daß sich die Innenverzahnung (10) der Mutter (2) anschließend an deren eine Stirnfläche nur über einen Teil der axialen Tiefe der Ausnehmung (9) erstreckt,

— daß die axiale Tiefe des ohne Innenverzahnung (10) ausgebildeten Teils der Ausnehmung (9) größer als die Dicke des Sicherungsrings (12) ist und sein Innendurchmesser mindestens dem Außendurchinesser des Sicherungsrings (12) entspricht,

— daß die Außenverzahnung (13) am gesamten Außenumfang des Sicherungsrings (12) vorgesehen ist,

— daß die axiale Dicke des Sicherungsrings (12) etwa gleich der axialen Abmessung der Innenverzahnung (10) ist, und

— daß das Federelement (15) zwischen dem Sicherungsring (12) und dem Boden der Ausnehmung (9) der Mutter (2) angeordnet ist.

2. Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (15) <?us einer Ringscheibe besteht, an deren Umfang mehrere blattfederartige Arme (16) geformt sind.

3. Schraubenschlüssel zum Betätigen der Sicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zentrisch in einem die Mutter (2) außen formschlüssig umgreifenden Schraubenschlüsselkopf (22) ein zylindrischer Ring (25) angebracht ist, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der Innenverzahnung (10) der Mutter (2) und dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Gewindeschafts (5).