DE202020101633U1

DE202020101633U1 - Korrosionsbeständige Schraubensicherungsscheibe

Info

Publication number: DE202020101633U1
Application number: DE202020101633.4U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Teckentrup GmbH and Co KG
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2020-04-21
Anticipated expiration: 2030-03-27

Abstract

Korrosionsbeständige Schraubensicherungsscheibe mit einem ringförmigen Edelstahl-Scheibenkörper zur Anordnung zwischen einem Schraubenkopf und einer ebenen Unterlage (5), mit einer Scheibenoberseite (6) und einer der Unterlage zugewandten Scheibenunterseite (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Scheibenoberseite (6) und der Scheibenunterseite (1) des Scheibenkörpers durch einen Prägeprozess verdichtet sind, wobei der Scheibenkörper eine Materialdicke von wenigstens 1,5 mm aufweist und konvex ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine korrosionsbeständige Schraubensicherungsscheibe mit einem ringförmigen Edelstahl-Scheibenkörper zur Anordnung zwischen einem Schraubenkopf und einer ebenen Unterlage.
Schraubensicherungsscheiben haben die Aufgabe, Lockerungsvorgängen bei Schraubenverbindungen entgegenzuwirken. Solche Lockerungsvorgänge ergeben sich aus Vorspannkraftverlusten in den Schraubenverbindungen, welche als Folge von Setz- und/oder Kriechvorgängen bei den miteinander verschraubten Teilen auftreten.
Um derartigen Lockerungsvorgängen entgegenzutreten, weisen Schraubensicherungsscheiben eine federnde Wirkung auf, deren Federkraft derart zu bemessen ist, dass sie einen durch die Setz- und/oder Kriechvorgänge hervorgerufenen Vorspannkraftverlust soweit ausgleichen können, dass die für die Betriebssicherheit der Schraubverbindung erforderliche Klemmkraft erhalten bleibt.
Bei hohen Anforderungen an den Korrosionsschutz, insbesondere auch im Lebensmittelbereich, kommen Schraubenverbindungen aus Edelstahl zum Einsatz. Die Schraubensicherungselemente sind bei Verbindungen mit Edelstahlschrauben ebenfalls aus Edelstahl hergestellt. Neben den guten Korrosionsschutzeigenschaften von Edelstahl wird durch das gleiche galvanische Potenzial der Schraubensicherungselemente Kontaktkorrosion vermieden.
Edelstahl hat grundsätzlich nur sehr geringe Federwirkungen. Bei speziellen Edelstahllegierungen kann eine erhöhte Federwirkung durch ein Wärmebehandlungsverfahren realisiert werden. Diese speziellen Edelstahllegierungen sowie auch das Wärmebehandlungsverfahren sind zum einen sehr teuer, zum anderen werden durch das Wärmebehandlungsverfahren die Korrosionseigenschaften negativ beeinflusst. Nicht zuletzt sind die im Ergebnis erzielbaren Federeigenschaften regelmäßig nicht ausreichend, um die gestellten Anforderungen zu erfüllen. Vor diesem Hintergrund werden wärmebehandelte Edelstahlwerkstoffe für Schraubensicherungselemente in der Praxis nur selten eingesetzt.
Edelstahl mit der Werkstoffnummer 1.4301 oder 1.4401 gemäß DIN EN 10027-2:2015-07 (X5CrNi18-10 bzw. X5CrNiMo17-12-2) wird häufig als federnder Edelstahl mit guten bzw. sehr guten Korrosionseigenschaften verwendet. Bei diesem Edelstahl wird durch Kaltverfestigung beim Walzen des Bandes eine Verfestigung der Oberfläche bewirkt. Diese Verfestigung führt zu einer begrenzten Federwirkung bei dünnen Blechstärken bis 1 mm, wobei die Federwirkung mit abnehmender Blechstärke zunimmt. Auffällig an diesem Werkstoff ist, dass dieser kalt verfestigt bei größeren Dicken nur eine sehr eingeschränkte Federwirkung aufweist, die zum Sitzausgleich bei Schraubenverbindungen nicht ausreichend ist. Nach der Kaltverfestigung ist dieser Werkstoff nur noch in begrenztem Umfang weiterverarbeitbar bzw. umformbar.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine korrosionsbeständige Schraubensicherungsscheibe mit einem Edelstahl-Scheibenkörper bereitzustellen, die auch bei hohen Anforderungen an den Korrosionsschutz, beispielsweise im Lebensmittelbereich einsetzbar ist, eine hohe Federwirkung aufweist und kostengünstig herstellbar ist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Schraubensicherungsscheibe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Schutzanspruchs 1 gelöst.
Mit der Erfindung ist eine korrosionsbeständige, einteilige Schraubensicherungsscheibe mit einem Edelstahl-Scheibenkörper bereitgestellt, die auch bei hohen Anforderungen an den Korrosionsschutz, beispielsweise im Lebensmittelbereich einsetzbar ist, eine hohe Federwirkung aufweist und kostengünstig herstellbar ist. Dadurch, dass die Oberflächen der Scheibenoberseite und der Scheibenunterseite des Scheibenkörpers durch einen Prägeprozess verdichtet sind, wobei der Scheibenkörper eine Materialdicke von wenigstens 1,5 mm aufweist und wobei der Scheibenkörper konvex ausgebildet ist, ist eine hohe federnde Wirkung zur Kompensierung von Setzwirkungen zum Erhalt der Vorspannkraft einer Schraubenverbindung erzielt. Die Materialdicke, die ausreichend groß zu dimensionieren ist, führt in Kombination mit der Verfestigung der Randschicht im umgeformten Zustand und der bei der Verspannung entstehenden Oberflächenspannung zu der gewünschten Federwirkung. Dabei wurde überraschend gefunden, dass die Federwirkung mit zunehmender Materialdicke zunimmt. Vorzugsweise ist die Schraubensicherungsscheibe einteilig ausgebildet. Bevorzugt weist der Scheibenkörper eine Materialdicke von wenigstens 2 mm, besonders bevorzugt von wenigstens 2,5 mm, insbesondere von wenigstens 3,0 mm auf.
In Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens eine der Oberflächen von Ober- und Unterseite des Scheibenkörpers mit einer Kordierung versehen. Hierbei werden in die Oberfläche Linienkonturen eingeprägt, wodurch eine punktuelle Zusatzverdichtung der Oberfläche erzielt ist. Hierdurch ist die Oberflächenspannung der Schraubensicherungsscheibe und damit die sich einstellende Federwirkung einstellbar. Bevorzugt sind beide Oberflächen der Ober- und Unterseite des Scheibenkörpers der Schraubensicherungsscheibe mit einer Kordierung versehen. Dabei können die beiden Oberflächen mit einer zueinander unterschiedlichen Kordierung in Bezug auf Kordierungstiefe und/oder Koordinierungsmuster versehen sein, wodurch die Federwirkung maximierbar ist.
In Ausgestaltung der Erfindung ist der Edelstahlscheibenkörper aus Edelstahl der Werkstoffnummer 1.4401 oder 1.4301 gemäß DIN EN 10027-2:2015-7 hergestellt. Hierbei handelt es sich um kostengünstige Werkstoffe, die hervorragende Korrosionseigenschaften aufweisen. Durch die Verwendung eines solchen handelsüblichen und umformbaren Ausgangswerkstoffs ist das Einprägen der Kordierung einfach möglich und es wird eine gute Verfestigung der Oberflächen der Schraubensicherungsscheibe erzielt. Die Verfestigung des weichen Ausgangsmaterials wird im Prozess kombiniert mit der Formgebung durch eine Verdichtung der Oberfläche und einer punktuellen Zusatzverdichtung in Form einer Kordierung auf einer oder beider Seiten der Schraubensicherungsscheibe durch einen Prägeprozess.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind an der der Unterlage zugewandten Unterseite der Schraubensicherungsscheibe eine äußere und eine innere Ringabschnittsfläche winkelig zueinander angeordnet, wobei die Außenkante der äußeren Ringabschnittsfläche im unverspannten Zustand der Scheibe auf der Unterlage aufliegt und wobei beide Ringabschnittsflächen mit der Unterlage jeweils einen spitzen Winkel einschließen und wobei der zwischen der äußeren Ringabschnittsfläche mit der Unterlage gebildete Winkel α größer ist, als der zwischen der inneren Ringabschnittsfläche und der Unterlage gebildete Winkel β. Hierdurch wirkt die Anstellkraft in einem steileren Winkel zur ebenen Unterlage, d. h. die Kraftkomponente in senkrechter Richtung ist höher, als die Kraftkomponente in horizontaler Richtung. Dadurch wird die Außenkante der Fläche des äußeren Ringabschnitts beim Anziehen der Schraube stärker in die ebene Unterlage gepresst, wodurch eine verbesserte Sicherungswirkung erzielt ist. Darüber hinaus kann der Außendurchmesser der Scheibe bei hoher Sicherungswirkung relativ klein gehalten werden.
In Weiterbildung der Erfindung beträgt der spitze Winkel zwischen der äußeren Ringabschnittsfläche und der Unterlage im unverspannten Zustand zwischen 10° und 20°, vorzugsweise zwischen 12° und 15°. Diese Werte liefern gute Feder- und Sicherungseigenschaften der Scheibe. Bevorzugt beträgt der spitze Winkel zwischen der inneren Ringabschnittsfläche und der Unterlage im unverspannten Zustand zwischen 3° und 15°, vorzugsweise zwischen 5° und 10°.
Vorteilhaft ist der der ebenen Unterlage zugwandte Winkel γ zwischen den beiden Ringabschnittsflächen ein stumpfer Winkel. Bevorzugt ist der spitze Winkel β zwischen der inneren Ringabschnittsfläche und der ebenen Unterlage im unverspannten Zustand etwa halb so groß, wie der spitze Winkel α zwischen der äußeren Ringabschnittsfläche und der ebenen Unterlage.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Oberfläche wenigstens einer Anlagefläche, bevorzugt beider Anlageflächen poliert ausgeführt. Hierdurch ist die ohnehin sehr gute Korrosionsbeständigkeit des Edelstahlwerkstoffs der Schraubensicherungsscheibe zusätzlich erhöht.
Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:

1 die schematische Darstellung einer Edelstahl-Schraubensicherungsscheibe;
2 die schematische hälftige Schnittdarstellung der Schraubensicherungsscheibe aus 1 und
3 die schematische Darstellung einer Edelstahlverschraubung mit einer Sicherungsscheibe nach 1 wobei die linke Seite der Figur die Sicherungsscheibe im unverspannten Zustand und die rechte Seite der Figur die Sicherungsscheibe in verspanntem Zustand zeigt.

Die als Ausführungsbeispiel gewählte Schraubensicherungsscheibe ist aus V4A Edelstahl der Werkstoffnummer 1.4401 (X5CrNiMo17-12-2) hergestellt und umfasst einen ringförmig ausgebildeten, konvexen Scheibenkörper, mit einer Materialdicke von 2,5 mm. Die Schraubensicherungsscheibe hat eine Scheibenoberseite 6 und eine Scheibenunterseite 1, deren Oberflächen jeweils durch einen Prägeprozess verdichtet sind.
Die Scheibenunterseite 1 ist konvex ausgebildet und in zwei Ringabschnittsflächen 2, 3 unterteilt, einer äußeren Ringabschnittsfläche 2 und einer inneren Ringabschnittsfläche 3, die winklig zueinander angestellt sind.
Die Sicherungsscheibe ist derart gestaltet, dass sie im unverspannten Zustand mit der Außenkante 4 ihrer äußeren Ringabschnittsfläche 2 auf einer ebenen Unterlage 5 aufliegt. Dabei schließt die äußere Ringabschnittsfläche 2 mit einer ebenen Unterlage 5 im unverspannten Zustand einen Winkel α und die innere Ringabschnittsfläche 3 mit der ebenen Unterlage 5 einen Winkel β ein (vgl. 3). Die Winkel α, β sind dabei als spitze Winkel ausgeführt, wobei der Winkel β stets einen kleineren Wert aufweist, als der Winkel α. Im Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel α 14° und der Winkel β 6°.
Auf ihrer der Unterlage 5 abgewandten Oberseite 6 ist die Schraubensicherungsscheibe gewölbt ausgebildet. In die Oberfläche der Oberseite 6 ist im Rahmen des Prägeprozesses umlaufend eine Kordierung 7 eingebracht, wodurch eine zusätzliche Verfestigung erzielt ist. Die Kordierung 7 ist im Ausführungsbeispiel durch eine Anordnung von Linienzügen ausgeführt (vgl. 1). Je nach gewünschter partieller Verfestigung der Oberfläche können auch andere Kordierungsmuster eingebracht sein. Im Ausführungsbeispiel ist sowohl die Oberseite 6, als auch die Unterseite 1 mit einer Kodierung 7 versehen. Zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit sind die Oberflächen der Oberseite 6 und der Unterseite 1 poliert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 10027-2:2015-07 [0006]
DIN EN 10027-2:2015-7 [0010]

Claims

Korrosionsbeständige Schraubensicherungsscheibe mit einem ringförmigen Edelstahl-Scheibenkörper zur Anordnung zwischen einem Schraubenkopf und einer ebenen Unterlage (5), mit einer Scheibenoberseite (6) und einer der Unterlage zugewandten Scheibenunterseite (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Scheibenoberseite (6) und der Scheibenunterseite (1) des Scheibenkörpers durch einen Prägeprozess verdichtet sind, wobei der Scheibenkörper eine Materialdicke von wenigstens 1,5 mm aufweist und konvex ausgebildet ist.
Schraubensicherungsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheibenkörper eine Materialdicke von wenigstens 2,0 mm, bevorzugt wenigstens 2,5 mm aufweist.
Schraubensicherungsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Oberflächen, bevorzugt beide Oberflächen von Ober- und Unterseite (6, 1) des Scheibenkörpers mit einer Kordierung (7) versehen ist.
Schraubensicherungsscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Oberflächen von Ober- und Unterseite (6, 1) des Scheibenkörpers mit einer zueinander unterschiedlichen Kordierung (7) in Bezug auf Kordierungstiefe und/oder Kordierungsmuster versehen sind.
Schraubensicherungsscheibe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Edelstahl-Scheibenkörper aus Edelstahl der Werkstoffnummer 1.4401 oder 1.4301 gemäß DIN EN 10027-2:2015-7 hergestellt ist.
Schraubensicherungsscheibe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dessen der Unterlage (5) zugewandten Unterseite (6) eine äußere und eine innere Ringabschnittsfläche (2, 3) winklig zueinander angeordnet sind, wobei die Außenkante der äußeren Ringabschnittsfläche (2) in unverspanntem Zustand der Scheibe auf der Unterlage (5) aufliegt und wobei beide Ringabschnittsflächen (2, 3) mit der Unterlage (5) jeweils einen spitzen Winkel einschließen, wobei der zwischen der äußeren Ringabschnittsfläche (2) mit der Unterlage (5) gebildete Winkel α bevorzugt größer ist, als der zwischen der inneren Ringabschnittsfläche (3) und der Unterlage (5) gebildete Winkel β.
Schraubensicherungsscheibe nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der beiden Oberflächen von Ober- und Unterseite (6, 1) des Scheibenkörpers poliert ist.
Schraubensicherungsscheibe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der spitze Winkel α zwischen der äußeren Ringabschnittsfläche (2) und der Unterlage (5) im unverspannten Zustand zwischen 10° und 20°, vorzugsweise zwischen 12° und 15° beträgt, wobei der spitze Winkel β zwischen der inneren Ringabschnittsfläche (3) und der Unterlage (5) im unverspannten Zustand zwischen 3° und 15°, vorzugsweise zwischen 5° und 10° beträgt.
Schraubensicherungsscheibe nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der der ebenen Unterlage (5) zugewandte Winkel γ zwischen den beiden Ringabschnittsflächen (2, 3) ein stumpfer Winkel ist.
Schraubensicherungsscheibe nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der spitze Winkel β zwischen der inneren Ringabschnittsfläche (3) und der ebenen Unterlage (5) im unverspannten Zustand etwa halb so groß ist, wie der spitze Winkel α zwischen der äußeren Ringabschnittsfläche (2) und der ebenen Unterlage (5).