DE2556985C2

DE2556985C2 - Selbstsicherndes Befestigungselement, wie z.B. eine Schraube oder Mutter

Info

Publication number: DE2556985C2
Application number: DE19752556985
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl.-Ing. Blume; Josef Ing.(Grad.) Esser; Friedrich W. Ing.(grad.) 4040 Neuss Großmann; Karl-Heinz Dr.-Ing. 4044 Kaarst Illgner
Original assignee: Bauer & Schaurte 4040 Neuss De
Current assignee: Bauer & Schaurte 4040 Neuss De
Priority date: 1975-12-18
Filing date: 1975-12-18
Publication date: 1982-11-25
Also published as: GB1563931A; SE7614243L; IE44572B1; DE2556985A1; DK141825C; SE426731B; ES454331A1; JPS52101352A; NL7614043A; DK569276A; NL171998B; AT351873B; FR2335725A1; BE849439A; IT1068483B; DK141825B; LU76401A1; NL171998C; CH614024A5; IE44572L

Description

Die Erfindung betrifft ein selbstsicherndes Befestigungselement nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Selbstsichernde Befestigungselemente dieser allgemeinen Art sind in vielen Ausführungen bekannt. Die genannten Ri[ nen sind dabei gewöhnlich allgemein in Sägezahnform derart gestaltet, Haß nach dem Anziehen ein selbsttätiges Losdrehen dadurch verhindert wird, daß eine scharfe Kante dieser Zähne mit dem Material des Werkstückes derart in Eingriff tritt, daß praktisch eine »Verhakung« zwischen der Kante der Zähne und dem Material des Werkstücks auftritt. Anders ausgedrückt, greifen oder schneiden die genannten Kanten der Zähne in das Material des Werkstücks ein. Nur beispielsweise wird verwiesen auf die DE-AS 10 90 468, insbesondere Figur 4, in der der beschriebene Zustand deutlich gezeigt ist.

Wenn solche Zähne sich praktisch mit dem Material des Werkstücks »verhaken«, ergibt sich zwangsläufig eine Verletzung des Werkstücks, die aus mehreren Gründen unerwünscht ist. Beispielsweise kann die Festigkeit des Werkstücks in unangemessener Weise herabgesetzt werden, und außerdem ergeben sich Späne, die zu Stellen gelangen können, an denen sie unerwünscht sind und an denen sie eine Gefahrenquc 'Ie darstellen können, beispielsweise in einem Getriebegehäuse eines Kraftfahrzeuges oder dergl.

Es ist auch bekannt (DE-OS 23 06 087), die Kämme der Zähne so auszubilden, daß die Tiefe des Eindringens der Zähne in das Material des Werkstücks begrenzt wird. Gemäß der genannten Literaturstelle werden zu diesem Zweck die Kämme der Zähne geringfügig abgeflacht, wobei jedoch die oben bereits erwähnte scharfe Kante weiterhin vorhanden ist. Dies bedeutet, daß auch bei der Ausführung dieser Literaturstelle das bisherige Prinzip der »Verhakung« zwischen den Zähnen und dem Material des Werkstücks beibehalten ist. Das gleiche gilt für eine andere bekannte Ausführung (DE-OS 23 08 557), gemäß welcher der Kamm der Zähne entweder wie gemäß der vorgenannten Literaturstelle abgeflacht oder geringfügig abgerundet werden kann. Auch hier wird das übliche Prinzip beibehalten, die Sicherung gegen selbsttätiges Losdrehen des Befestigungselementes durch »Verhakung« zwischen den Zähnen und dem Material des Werkstücks zu schaffen.

Bei einem weiteren bekannten selbstsichernden Befestigungselement (FR-PS 39 290, Fig. 1 bis 7 (Zusatz zu FR-PS 6 86 225)) ist an der mit dem Werkstück zusammenwirkenden Stirnfläche des Befestigungselementes ein konischer Ansatz vorgesehen, der aus einem Kranz von länglicher, Zähnen besteht, die sich beim

ίο Anziehen in eine mit Bezug auf die Oberfläche des Werkstücks flachere Lage elastisch verformen und deren freies Ende so gestaltet ist, daß es beim Anziehen des Befestigungselementes sich in das Material des Werkstückes eindrückt, wobei dieses Eindringen unter

ι·., der Wirkung von Schwingungen ausgeprägter werden soll, wozu auch beitragen soll, daß die Zähne des konischen Ansatzes in Anziehrichtung schräg und schraubenlinienförmig gestaltet sind. Auch hier wird die Sicherungswirkung durch »Verhakung« erzielt. Das gleiche Prinzip soll bei einer abgewandelten Ausführungsform (FR-PS 39 290, z. B. Fig. 9 und 10), die dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 entspricht, angewendet werden können, bei welcher ein Kranz von in Anziehrichtung sägezahnförmig gestalteten kurzen Zähnen an der mit dem Werkstück zusammenwirkenden Stirnfläche des Befestigungselementes gebildet ist. Es ist schließlich auch ein selbstsicherndes Befestigungselement, vorzugsweise in Form einer Beilagscheibe, bekannt (FR-PS 9 93 510), bei welchem eine Sicherungswirki.'pg gegen unbeabsichtigtes Lösen dadurch erhalten werden soll, daß die Oberfläche des Werkstückes und/oder die Unterfläche einer Mutter od. dgl. elastisch verformt wird. Hierfür sind an einer oder an beiden Rächen der Beilagscheibe wellenförmi-

j5 ge Erhöhungen gebildet derart, daß über die Länge des Kammes jeder Erhöhung mindestens eine Stelle, an welcher der Kamm bzw. die Erhöhung tangential zu einem Umfang (Innenumfang oder Innenumfang und Außenumfang der Scheibe) und tir« Stelle vorhanden ist, an welcher der Kamm bzw. die Erhöhung rechtwinklig zu einem zur Achse der Scheibe konzentrischen Kreis liegt. Bei einer solchen Ausführung tritt beim Anziehen Berührung zwischen der betreffenden ebenen Fläche und der gegenüberliegenden gewellten Fläche zuerst dort auf, wo der Kamm rechtwinklig zu dem zur Achse der Scheibe konzentrischen Kreis verläuft, und nach Auftreten dieser Berührung soll Material der ebenen Fläche von der genannten Stelle aus seitwärts verdrängt werden, ohne daß dabei der

so Kamm der Erhöhung überschritten wird. Ein Lösen soll dann nur möglich sein, wenn das beim Anziehen verdrängte Material über die Wellenkämme springt Hierbei ist nicht zu erwarten, daß das Befestigungselement ohne Beschädigung der Oberfläche des Werkslük- kes und/oder der Unterfläche einer Mutter od. dgl. gelöst werden kann, wodurch sich insbesondere der Nachteil ergibt, daß die Sicherungswirkung bei wiederholten Anzieh- und Lösevorgängen schnell abnimmt bzw. verlorengeht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein selbstsicherndes Befestigungselement zu schaffen, bei dessen Verwendung unter Aufrechterhaltung einer ausreichenden Sicherungswirkung die Werkstückoberfläche praktisch nicht beschädigt wird, so daß eine oftmalige Wiederver wendung ermöglicht ist. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Erfindung gemäß Patentanspruch I.

Unter Glattwalzen ist ein in der Feinwerktechnik auch als Rollieren bezeichnetes Feinwalzverfahren zu

verstehen, mit dem an metallischen Werkstücken ohne Zerspanung glatte und verfestigte Oberflächen erzeugt werden (VDI/VDF. 2032 (Entwurf) November 1973). Demgemäß ergibt sich bei Verwendung eine* Befestigungselementes gemäß der Erfindung beim Anziehen eine im wesentlichen gleichmäßige Vertestiguiig drr gcsanUPfi Auflagefläche des Werkstückes unter dem Kopf des Befestigungselemeiites. Im Gegensatz dazu ' ergibt sich bei Verwendung bekannter selbstsichernder Befestigungselemente eine ungleichmäßige Verfestigung, wobei al den Stellen, an denen nach dem Anziehen die Zähne zur Ruhe kommen, eine Verfestigung erhalten wird, die beträchtlich höher als die Verfestigung an den Stellen zwischen den Zähnen ist. Wird ein solches bekanntes selbstsicherndes Befesti-' gungselement durch eine äußere Kraft über die Montage-Vorspannkraft hinaus belastet, so werden die Zähne noch tiefer eingedrückt, da die bis dahin noch wenig verfestigten Bereiche unter den Zahnlücken zum Tragen herangezogen werden. Die Verbindung »setzt« sich. Das erfindungsgemäße Befestigungselement hat demgegenüber den Vorteil, daß die gesamte Auflagefläche des Werkstücks im wesentlichen gleichmäßig verfestigt ist, so daß demzufolge entsprechend höhere Belastungen erforderlich sind, um ein Setzen zu erzeugen. Die Gefahr des Setzens ist also bei dem erfindungsgemäßen Befestigungselement entsprechend geringer.

Unter Setzen wird hier die Erscheinung verstanden, daß sich nach Beendigung des Anziehvorganges ein jo Verlust an Vorspannung ergibt, und zwar zufolge nachträglichen Fließens von Material des Werkstücks. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Befestigungseleinentes besteht darin, daß beim Lesdrehen bedeutend weniger Späne als bei den bekannten Ausführungen erzeugt werden, weil eine Verhakung und damit ein eine Verletzung des Werkstückmaterials hervorrufendes Eindringen der Erhöhungen in das Material des Werkstücks praktisch nicht stattfindet.

Die Sicherunpswirkung des erfindungsgemäßen Befestigungselementes entsteht dadurch, daß die beim Anziehen eintretenden elastisch-plastischen Verformungen nach Abschluß des Anziehvorganges zu Aufwölbungen zwischen den Erhöhungen führen, die ausreichenden Widerstand gegen selbsttätiges Lösen leisten. Dabei wird ausreichende Sicbsrungswirkung auch nach mehrmaligem Anziehen und Lösen selbst dann erhalten, wenn die Härte des Materials der Rippen erheblich höher ist als die Härte des Materiales des Werkstückes, beispielsweise wenn das letztere aus vergleichsweise weichem Material gebildet ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

F i g. 1 ist eine schaubildliche Teilansicht eines Befestigungselemente«, gemäß der Erfindung in Gestalt einer Schraube.

F i g. 2 bis 8 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Rippen gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Befestigungselement in Gestalt einer Schraube als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Diese Schraube weist einen Kopf 1 auf, der mit einem nicht dargestellten Werkstück in Eingriff gebracht werden kann. An der Unterfläche des Kopfes 1, d. h. an derjenigen Fläche, die beim Anbringen an einem Werkstück mit dem Werkstück in Eingriff tritt, iü eine Vielzahl von Kippen 2 gebildet, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sich radial und geradlinig über die gesamte ünterfläche bzw. Auflagefläche des Kopfes 1 erstrecken.

In den F i g. 2 bis 6 sind verschiedene O\teriYhn.i'^)cgcs" 'hen der Rippen 2 wiedergegeben. Diese Rippen 'ind in U:.!abgewickelter Darstellung wiedergegeben.

Die Rippen 2a gemäß F i g. 2 haben im wesentlichen Ridiic-dcgestdt, wobei die freien Kanten jedoch so stark abgerundet sind, daß beim Anziehen einer Schraube, Mutter od. dgl. auf einem Werkstück die Rippen praktisch über das Material des Werkstückes mit Rollierwirkung gleiten, ohne·in dieses einzudringen, hierbei jedoch mit zunehmender Vorspannung c-iue zunehmende und gleichmäßig erfolgende Verfestigung des Materials des Werkstücks hervorrufen. Dennoch wird bei Verwendung mit Rippen la gemäß der in Fig.2 wiedergegebenen Querschnittsgestalt ausreichende Sicherung gegen selbsttätiges Lösen erhalten.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 haben die Rippen 2b im wesentlichen halbkreisförmigen Umriß, und auch die Obergänge am Schraubenkopf sind mit einem vergleichsweise großen Radius ausgeführt.

Bei der Ausführungsform gemäß F.g.4 haben die Rippen Ic einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt, wobei die freien Kanten selbstverständlich wieder mit einem ausreichend großen Abrundungsradius versehen sind, so daß die oben geschilderte Wirkung eintritt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig.5 haben die Rippen 2d einen Querschnitt in Form eines stark gerundeten asymmetrischen Trapezes.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 6 haben die Rippen 2e einen Querschnitt, der durch einen stetigen asymmetrischen, an jedem Punkt seinen Anstieg ändernden Linisnzug begrenzt ist.

Die in den F i g. 2 bis 6 dargestellten Rippen können von einer ebenen Fläche vorragen, sie können aber auch durch beliebig gekrümmte Linienzüge mit der Fläche und/oder miteinander verbunden sein.

In den F i g. 7 und 8 sind Rippen 2/"bzw. 2^dargestellt, die symmetrisches Profil und die Gestalt eines gleichschenkligen Dreiecks mit erfindungsgemäß abgerundeter Spitze aufweisen.

Bei praktischen Versuchen ist gefunden worden, daß die gewünschte, der Wirkung von Rollierelementen ähnliche Wirkung beispielsweise bei Rippengestalten gemäß den Fig. 7 und 8 erhalten wurde, wenn ein Abrundungsradius an dem mit dem Werkstück in Eingriff tretenden Teil der Rippen im Bereich von 0,15 bis 0,17 mm verwendet wurde. Dabei wurden unterschiedliche Flankenwinkel im Bereich von 50 bis 120° und eine Rippenhöhe von beispielsweise 0,17 mm angewendet.

Es ist festzustellen, daß der Abrundungsradius des mit dem Werkstück in Eingriff tretenden Teiles der Rippen nur hsoi.sni kritisch ist, daß gewährleistet ist, daß beim Drehen des BefestigungseSementes relativ ;cu dem Werkstück die oben erwähnte Wirkung ähnlich der Wirkung eines Rollierelementes erhalten wird. Es kann somit von den oben angegebenen Werten für den Abrundungsradiuä abgewichen werden, solange die angestrebte Wirkung erhalten wird. Das gleiche gilt für die bezüglich dns Flankenwinkels und der Rippenhöhe angegebene.! Werte. Auch hier stellen die betreffenden angegebenen Werte lediglich bei praktischen Versuchen angewendete beiaftislsweise Werte dar.

Es is» 'veiter festzustehen, daß die jeweils verwende·«» Anzahl der Rippen von oesonderen Anwendungen, besonderen Anforderungen und dgl. abhängt. Allgemein kann gesagt -."erden, daß die Anzahl der vorgesehenen

Rippen in dem üblicherweise verwendeten Bereich liegt. Die Rippen können weiterhin in gleichmäßiger Verteilung und Anordnung vorhanden sein. Sie können jedoch in gewissen Fällen auch in ungleichmäßiger Verteilung und Anordnung vorhanden sein.

Hierzu 3 Blatt Zcichnunccn

Claims

Patentansprüche:

1. Selbstsicherndes Befestigungselement, wie z. B. eine Schraube oder Mutter, dessen mit einem Werkstück zusammenwirkende Stirnfläche eine Anzahl von Rippen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen abgerundet sind derart, daß beim Drehen des Befestigungselementes relativ zum Werkstück auf dessen Oberfläche ein Glattwalzeffekt erzielt wird.

2. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (2) sich radial über einen Teil der dem Werkstück zugewandten Räche des Befestigungselementes oder über die gesamte Fläche erstrecken.

3. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (2) gekrümmt ausgebildet sind und sich über einen Teil oder die gesamte dem Werkstück zugewandte Räche des Bcfcsiigungsclcrncnies erstrecken.