DE2457143C3 - Sicherungsschraube - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherungsschraube gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der US-PS 34 81 380 bekannte Schrauben sind selbstschneidende Schrauben, bei deren Eindrehen die verschobenen Segmente der Gewindegänge nach Art eines Gewindeschneiders wirken und verhindern sollen, daß sich diese Schraube festfrißt und abreißt. Auf diese Weise werden Schraubverbindungen angestrebt, die auch bei Wechselbelastungen oder Schwingungen sich nicht lockern können. An jeweils einem Gewindegang ist ein Klemmbereich dadurch ausgebildet, daß ein Gewindegangsegment S-förmig deformiert wird. Infolge dieser Deformation wird ein erster Bogenbereich des Gewindeganges in Richtung auf den Schraubenkopf hin verschoben, an den sich dann ein zweiter bogenförmiger Gewindebereich in umgekehrter und gegen die Spitze des Schaftes hin gerichteter Verschiebung anschließt. Die Klemmbereiche zwängen die Flanken des Gegengewindes auseinander, wodurch das Metall des Gegengewindes bleibend verformt wird, in die Mulden zwischen den beiden bogenförmigen Abschnitten des Klemmbereiches einfließt und sich dort formschlüssig mit dem Klemmbereich verzahnt. Vorwiegend in den Klemmbereichen findet somit eine Verzahnung des Innengewindes mit dem Außengewinde statt. Durch das bis Herausdrehen einer einmal angezogenen Schraube wird das in die Mulden geflossene Metall abgeschert. Beim neuerlichen Eindrehen dieser Schraube wird dann bei weitem kein so fester Sitz mehr erzielt wie beim ersten Mal. Da im Klemmbereich der Gewindegang im Fuß- und Scheitelbereich gleich weit verschoben ist, wird diese an sich lastfreie Flanke im Klemmbereich, die mit der Flanke des Gegengewindes zusammenarbeiten wird, an dieser mit einer gleichmäßigen Flächenpressung anliegen. Die stärksten Verformungen im Gegengewinde werden deshalb nahe den Fußbereichen erfolgen, und nicht wie es wünschenswert wäre, innerhalb des Kerndurchmessers, wo geringfügige Deformationen eine vernachlässigbare Nebenwirkung im Hinblick auf einen schlechteren Sitz des Schraubengewindes bei wiederholtem Eindrehen haben.

Aus der US-PS 23 01 181 ist eine Sicherungsschraube bekannt, bei der die nichttragende Gewindeflanke radial ausgerichtete Doppelvorsprünge trägt, deren Spitzen sich in die Gegenflanke eines Gegengewindes eingraben. Die Spitzen klemmen die Gegenflanke im Scheitelbereich und nahe dem Fußbereich fest. Das dabei verdrängte Material des Gegengewindes fließt in die zwischen den Vorsprüngen ausgebildete Vertiefung. Es entsteht eine Verzahnung im Bereich der lastfreien Flanken des Schraubengewindes und des Gegengewindes. Damit diese Verzahnung jedoch für einen festen Sitz der Schraube ausreicht, müssen die Vorsprünge ii ιϊγ den ganzen Umfangsbereich des Schraubengewindes angeordnet sein. Es liegt auf der Hand, daß eine derartige Schraube nur einmal mit dem Gegengewinde

zusammenwirken kann, und daß das Gegengewinde beim Herausdrehen der Schraube so weit zerstört wird, daß dieselbe Schraube nicht noch ein zweites Mal ausreichend fest eingeschraubt werden hann. Beim Herausdrehen wird nämlich das in die Vertiefungen zwischen den Vorsprüngen eingeflossene Material abgeschert, gleichzeitig graben die Vorsprünge Nuten in die Gegenflanke ein. Abgesehen von dem lockeren Sitz, den die Schraube beim zweiten Mal in dem beschädigten Gegengewinde einnehmen muß, wird das Gegengewinde beim Herausdrehen einer Schraube stark beschädigt

Aus der US-PS 36 61 194 ist schließlich eine Sicherungsschraube bekannt, bei der die Klemmbereiche durch axiales Verschieben der Gewindescheitel in Richtung auf die Schaftspitze zu gebildet sind. Diese Verschiebung hat eine Breitenabnahme des Scheitels im Klerambereich zur Folge, so daß die Klemmbereiche wesentlich elastischer und nachgiebiger shd als die benachbarten Gewindegangabschnitte. Beim Einschrauben dieser Sicherungsschraube in ein Gegengewinde verformen die Scheitelkanten der Klemmbereiche das Gegengewinde speziell in dessen Fußbereich. Da das Gegengewinde im Fußbereich wesentlich widerstandsfähiger ist als der Scheitelbereich des Schraubengewindes im Klemmbereich, wird beim ersten Anziehen der Schraube das Maß der axialen Versetzung in den Klemmbereichen verringert, so daß bei wiederholtem Einschrauben dieser Sicherungsschraube in den Klemmbereichen keine feste und kraftschlüssige Verbindung mehr zwischen den beiden miteinander kämmenden Gewinden eintritt Die Sicherungswirkung dieser Schraube nimmt bei mehrfacher Verwendung stark ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherungsschraube der eingangs genannten Art zu schaffen, die ohne wesentliche Beschädigung des Gegengewindes auch bei mehrmaligem Eindrehen eine gute Sicherungswirkung gewährleistet und nach dem Anziehen in jedem Falle mit einer großen Haltekraft im Gegengewinde sitzt

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei einer derart ausgebildeten Sicherungsschraube ist der Klemmbereich, insbesondere im Scheitelbereich, sehr widerstandsfähig. Er erzwingt eine Verformung des Gegengewindes, die sich zum größten Teil nahe dessen Innendurchmesser bzw. kleinstem Durchmesser abspielt. Im Fußbereich des Gegengewindes und in dessen Kernbereich treten hingegen nur geringe oder gar keine Deformationen auf, was besonders zur Wiederverwendbarkeit des Gegengewindes beiträgt. Beim Herausdrehen der Sicherungsschraube aus dem Gegengewinde werden von diesem keine Materialanteile abgeschert, so daß sowohl das Gegengewinde als auch das Gewinde der Sicherungsschraube geschont bleibt. Als wichtiger Effekt zeigt sich ferner, daß die Sicherungsschraube an der dem Klemmbereich diametral gegenüberliegenden Umfangserstreckung verstärkt gegen das Gegengewinde gepreßt wird und sich das Halte- oder Sicherungsmoment spürbar vergrößert. Der feste Sitz der Sicherungsschraube bzw. Halt der Schraubenverbindung basiert somit nicht nur auf der Klemmung im Klemmbereich, sondern auch auf einer verstärkten Flächenpressung über einen großen Umfangsteil des Schraubengewindes. Die Richtung der gegen den Innendurchmesser erfolgenden Verformung des Gegengewindes ist darauf zurückzuführen, daß das Gegengewinde im Fußbereich und auch noch in Höhe des Teilkreisdurchmessers zwischen den Flanken des Schraubengewindes zusammengepreßt wird, dabei jedoch gegen den Fußbereich des Schraubengewindes hin Spiel besitzt und deshalb dorthin fließen kann. Es lassen sich Schraubverbindungen mit einer spürbar größeren Haltekraft erzeugen, wobei sowohl die Sicherungsschraube als auch das Gegengewinde ohne weiteres mehrfach verwendbar sind. Die Sicherungsschraube ist mit technisch geringem

ι ο Aufwand schnell und preiswert herstellbar.

Vorteilhafte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen 2 bis 8 entnehmbar.
Anhand der Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Sicherungsschraube, F i g. 2 einen Schnitt durch eine Werkslückverbindung mit der in F i g. 1 dargestellten Sicherungsschraube,

-Ό F i g. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus F i g. 2. und F i g. 4 einen Gegengewindegang vor und nach dem Eingriff der in der F i g. 1 dargestellten Sicherungsschraube.
Gemäß Fig. 1 besitzt eine Sicherungsschraube 10 einen Kopf 12 und einen Schaft 14. Der Kopf 12 ist zum Angriff eines Innensechskant-Schlüssels mit einer (nicht dargestellten) inneren Aussparung versehen. Es könnte die Schraube auch andere, übliche Werkzeugsangriffsflächen besitzen oder als Feststellschraube ohne Kopf mit Angriffsflächen im Ende des Schaftes 14 ausgebildet sein.

Der Schaft 14 trägt ein Außengewinde 16 mit einem Kerndurchmesser 18 (Fußbereich) und einem Außendurchmesser 20 (Scheitel), die von lasttragenden Flanken 22 und lastfreien Flanken 24 verbunden sind. Die lasttragenden Flanken sind die Flanken, die beim Aufziehen gegen die Gegenflanken des Gegengewindes anliegen und die Anzugskraft übertragen. Die lastfreien Flanken werden beim Einschrauben nur einer kleinen oder gar keinen Belastung ausgesetzt. Die Fußbereiche 18 verbinden die Flanken am Kerndurchmesser; die Scheitel 20 verbinden die Flanken am Außendurchmesser. Der Fußbereich 18 und der Scheitel 20 definieren den Gewindesteigungswinkel.

Im Gewinde 16 sind an einer Seite jeweils zwei nebeneinanderliegende Klemmbereiche 26 angeordnet. Die Klemmbereiche 26 sind untereinander gleich. Jeder Klemmbereich 26 besteht aus einem versetzten Segment des Gewindes und einem versetzten Fußbereich 18/4, d. h. einem Fußbereich, der axial gegenüber dem normal verlaufenden Fußteil 18 versetzt ist oder von diesem abweicht. Radial außerhalb dem versetzten Fußbereich 18/4 ist jeweils auch der Scheitel 2OA versetzt, und zwar in der gleichen Richtung wie der versetzte Fußbereich 18A Bei diesem Ausführungsbeispiel ist sowohl der Fußbereich ISA als auch der Scheitel 20Λ zur Spitze der Schraube hin versetzt, wobei der Scheitel 20-4 geringer versetzt ist, als der Fußbereich 18Λ Die Versetzung beginnt an jedem Umfangsende des Klemmbereichei. 26 und nimmt bis zu einem in der Mitte zwischen den beiden Enden liegenden Maximum zu. Außerdem ist der Scheitel 20/4 radial gegenüber dem Scheitel 20 versetzt, so daß er einen etwas größeren Außendurchmesser als der Scheitel 20 besitzt. Außerdem ist der versetzte Scheitel 20/4 in Axialrichtung breiter als der nicht versetzte Scheitel 20.
Die den Fußbereich 18/4 und den Scheitel 20Λ

verbindende Flanke 224 ist ebenfalls gegenüber der lasttragenden Flanke 22 versetzt, wie auch die Flanke 24,4 im Klemmbereich gegenüber der Flanke 24. Wie Fig.3 zeigt, wird die Flanke 22/4 von einer im wesentlichen ebenen Fläche gebildet oder kann etwas konkav sein. Die Flanke 24,4 weist hingegen einen Vorsprung auf. der von einem ersten Flächenabschnitt 30, der unter einem großen Winkel zum Scheitel 2OA geneigt ist (größer als der Winkel zwischen den Flanken 22 und 24) und einem zweiten Flächenabschnitt 32 begrenzt wird, der bei diesem Ausführungsbeispiel annähernd radial zum Schaft 14 verläuft. Die Gewindegänge im Klemmbereich besitzen also ebenso wie der versetzte Scheitel 2OA eine vergrößerte axiale Stärke. Vom zweiten Flächenabschnitt 32 verläuft ab dem Teilkreisdurchmesser des Gewindes ein dritter Flächenabschnitt 33 bis zum Fußbereich 18A, d. h. bis zu einer kleinen Erhöhung 28 aus überstehendem Material, welche vom Fußbereich aus unter einem kleinen Winkel zum Schaft 14 hin verläuft. Die Erhöhung 28 kann so klein ausgebildet sein, daß sie gerade sichtbar ist. Sie ist ein Teil des ursprünglichen Fußbereiches, der vor der Herstellung des Klemmbereiches vorlag.

Die Versetzung im Klemmbereich 26 könnte auch in Richtung auf den Schraubenkopf 12 zu vorgenommen werden. Bei einfacheren Ausführungsformen kann der dritte Flächenabschnitt 33 auch entfallen und dafür der zweite Flächenabschnitt 32 bis zum Fußbereich geführt sein. Der als im wesentlichen radial verlaufend definierte zweite Flächenabschnitt 32 kann nach beiden Seiten von einer tatsächlich radialen Lage abweichen. Er braucht nur einen kleineren Winkel mit einer Radialebene einzuschließen, als der erste Flächenabschniu 30.

Auf jedem der vier deformierten Gewindegänge befinden sich zwei Klemmbereiche 26. Es könnte jeder Gewindegang auch nur mit einem Klemmbereich ausgestattet sein. Zwei Klemmbereiche verteilen jedoch die Kräfte besser. Die Klemmbereiche 26 müssen nicht auf nebeneinanderliegenden Gewindegängen liegen, sondern können auf jedem zweiten Gewindegang oder jedem dritten Gewindegang usw. angeordnet sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist wenigstens ein an dem freien Ende der Schraube liegender Gewindegang ohne Klemmteil ausgeführt, damit das Ansetzen der Schraube erleichtert wird. Die Umfangserstreckung jedes Klemmbereichs ist vorzugsweise kleiner als 180°.

Gemäß Fig. 2 verbindet die Sicherungsschraube 10 mit Durchgangsbohrungen 38 versehene Werkstücke 34 und 36, und zwar mit Hilfe einer Mutter 40, die mit einem Innengewinde 42 ausgestattet ist. Das Innengewinde kennte such ur,rr,itte!bur in eir,ein der V^erk^c*"^ ke angeordnet sein. Das Innengewinde 42 besitzt einen Innendurchmesser 44. einen Kerndurchmesser 46 und Flanken 48. Außerdem weist das Innengewinde 42 einen vom Innendurchmesser begrenzten Scheitel 44Λ und einen vom Kerndurchmesser begrenzten Fußbereich 46/4 auf. Aus F i g. 3 ist der Teilkreisdurchmesser P.D. des Innengewindes 42 erkennbar, der zwischen dem Innendurchmesser 44 und dem Kerndurchmesser 46 liegt.

Beim Anziehen wird die Sicherungsschraube 10 in die Mutter 40 eingeschraubt. Sobald die Klemmbereiche 26 im Innengewinde 42 in Eingriff kommen, unterliegen sie einer geringfügigen elastischen Verformung und bewir- , ken gleichzeitig eine Verformung des Innengewindes 42. Die Verformung der Klemmbereiche 26 ist elastisch und plastisch, d h. hauptsächlich elastisch mit einem kleinen Prozentsatz plastischer Verformung. Die Verformung des Innengewindes 42 erfolgt entlang den Flanken 48 im Bereich des Innendurchmessers 44. Wie Fig.4 zeigt, fließt das Material von einem innerhalb des Teilkreisdurchmessers P.D. liegenden Punkt zum Schaft 14 der Schraube 10 nach innen, wobei der den Scheitel 44/4 begrenzende Innendurchmesser 44 und die axiale Stärke des Scheitels 44A kleiner werden. In F i g. 4 ist die ursprüngliche Form des Innengewindes 42 in ausgezogenen Linien dargestellt, während die Form, die das Innengewinde nach einem Eingriff der Klemmbereiche 26 aufweist, in gestrichelten Linien eingezeichnet ist. In dem Bereich der Flanken 48, der sich vom Teilkreisdurchmesser P.D. bis zum Kerndurchmesser 46 erstreckt, ist nur eine kleine oder überhaupt keine Verformung des Innengewindes 42 gegeben. Da das Innengewinde in dem Bereich nicht wesentlich verformt wird, in dem es mit dem Außengewinde der Sicherungsschraube im Eingriff steht, läßt es sich mehrfach verwenden.

Obwohl der Grund, warum im Bereich zwischen dem Teilkreisdurchmesser P.D. und dem größeren Kerndurchmesser 46 nur eine kleine oder überhaupt keine Verformung des Innengewindes 42 erfolgt, bisher nicht ermittelbar war, wird angenommen, daß das Fließen des Materials in diesem Bereich dadurch verhindert wird, daß die Flanken 22/4 und 24/4 an den Flanken 48 des Innengewindes anliegen. Gleichzeitig findet in dem innerhalb des Teilkreisdurchmessers P.D. gelegenen Bereich zwischen den Flanken 22/4 und 24A und den Flanken 48 nur eine leichte oder gar keine Berührung statt, so daß das Material des Innengewindes 42 an dieser Stelle nach innen fließen kann und der den Scheitel 44 begrenzende Innendurchmesser 44 und die axiale Stärke des Scheitels 44/4 verkleinert werden.

Es wurde außerdem festgestellt, daß beim Eingriff der Klemmteile 26 in das Innengewinde 42 eine Kraft erzeugt wird, die die Mutter von ihrer Achse weg (in F i g. 2) nach rechts zu versetzen sucht, so daß ein der um 180° gegenüber den Klemmbereichen versetzten Stelle ein stärkerer Eingriff zwischen dem Schraubengewinde 16 und dem Innengewinde 42 und dadurch eine zusätzliche Verankerung der Sicherungsschraube erzielt wird. Aus diesem Grund ist auch die Umfangserstreckung der Klemmbereiche 26 vorzugsweise kleiner als 180°. Wenn diese zusätzliche Klemmwirkung erwünscht ist, sollten natürlich die auf benachbarten Gewindegängen angeordneten Klemmteile 26 axial zueinander ausgerichtet sein.

Die Sicherungsschraube 10 kann im wesentlichen in konventionellen Herstellungsverfahren wirtschaftlich hergestellt werden. Ein Unterschied besieht r.ür im Gewinderollvorgang, für welchen ein Gewinderollwcrkzeug erforderlich ist. das mehrere zueinander versetzte Rippen besitzt, die an die Klemmbereiche 26 angepaßt sind. Der Schraubenrohling wird zunächst zwischen einem Werkzeugpaar gerollt, bis das Schraubengewinde 16 entsteht. Dann kommen die Rippen der Werkzeuge zum Eingriff, bis das Gewinde 16 verschoben wird und die Klemmbereiche 26 gebildet werden. Bei der Versetzung des Gewindes 16 fließt ein Teil des sich im Fußbereich 18 befindlichen Materials weg und bildet den versetzten Fußbereich 18Λ während ein kleiner Anteil in Richtung zum Kopf 12 der Schraube fließt und die normalerweise lastfreie Ranke des Gewindes überdeckt, so daß sich die Erhöhung 28 bildet. Diese Erhöhung bildet sich in den meisten Anwendungsfällen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Sicherungsschraube mit einem ein Gewinde tragenden Schaft, mit bei angezogener Schraube normalerweise lasttragenden und nichttragenden Flanken, wobei je eine lasttragende und eine nichttragende Flanke über einen Scheitel und einen Fußbereich miteinander verbunden sind und mit mindestens einem Klemmbereich in einem Segment mindestens eines Gewindegangs, in dem der Fußbereich, der Scheitel und die mit diesen verbundenen Flanken gegenüber dem normalen Verlauf des Gewindeganges in Richtung der Schaftlängsachse verschoben sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindescheitel (20A) im KJemmbereich (26) breiter ist, als der Scheitel (20) des zugehörigen, nicht verschobenen Gewindegangs, daß eine Flanke (22) oder (24) im Klemmbereich (26) einen ersten, sich vom Scheitel (2OA) unter einem Winkel gegen die Schaftachse erstreckenden Flächenabschnitt (30) aufweist, gegen den eine Gegenflanke (48) eines die angezogene Schraube aufnehmenden Gegengewindes preßbar ist, und daß sich vom ersten Flächenabschnitt (30) ein zweiter Flächenabschnitt (32) in etwa radial zur Schaftachse gegen den verschobenen Fußbereich (i&A) hin einwärts erstreckt

2. Sicherungsschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die normalerweise lasttragendes^/ Flanke (22) zwischen dem verschobenen Fußbereich (i&A) und dem verschobenen Scheitel (20A) gleichfalls axial verschoben ist.

3. Sicherungsschraube nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmbereich (26) an der nichttragenden Flanke

(24) ausgebildet ist und daß der Winkel zwischen dem ersten Flächenabschnitt (30) und der lasttragenden Flanke (22A) des Gewindeganges im Klemmbereich (26) größer ist, als der Winkel zwischen der nichttragenden (24) und der lasttragenden Flanke (22) des Gewindeganges außerhalb des Klemmbereiches (26).

4. Sicherungsschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Klemmbereich (26) an der nichttragenden Flanke (24A) ein dritter Flächenabschnitt (33) vorgesehen ist, der sich vom zweiten, in etwa radialen Flächenabschnitt (32) ausgehend bis gegen den Fuß (iSA) der benachbarten, lasttragenden Flanke (22A) hin erstreckt

5. Sicherungsschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß der Klemmbereich (26) an einem Gewindegang eine Umfangsausdehnung von weniger als 180° besitzt

6. Sicherungsschraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Klemmbereichen (26) vorgesehen ist, von denen jeder durch eine Verschiebung des Gewindegangsegments in Richtung auf die nichttragende Flanke (24) hin gebildet ist.

7. Sicherungsschraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Gewindegang mehrere Klemmbereiche (26) nebeneinander angeordnet sind.

8. Sicherungsschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmbereiche (26) auf nebeneinanderliegenden Gewindegängen angeordnet sind.