DE2638937C3 - Mit einem Gewinde ausgestattetes Verbindungselement, insbesondere Schrauben- oder Mutternverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein mit einem Gewinde ausgestattetes Verbindungselement nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiges Verbindungselement ist aus der AT-PS 13 951 bekannt- Dabei findet ein Sicherungsring Verwendung, der mit einer Innenverzahnung versehen ist. Außerdem wird eine Unterlagsscheibe eingesetzt, mit welcher der Sicherungsring fest verbunden wird. Auch eine einstückige Ausbildung ist möglich. Die Innenverzahnung weist einen größeren Innendurchmesser auf als es den Ecken der Mutter bzw. des Verbindungselementes entspricht, so daß die Mutter in den Innenraum des Sicherungsringes eindringen und dort verdreht werden kann. An der Mutter sind zwei Flächen angearbeitet, die eine aus einem Metallbügel bestehende Feder aufnehmen. Die Feder wird von der Mutter niedergehalten, jedoch nicht festgeklemmt Das freie Ende der Feder steht mit der Innenverzahnung in Wirkverbindung. Die Feder wird beim Festziehen der Mutter von dieser mitgenommen, wobei das freie Ende an der Innenverzahnung unter jeweiliger Einrastung entlanggleitet. Zum Lösen eines solchen Verbindungselementes muß das freie Ende der Feder aus der Innenverzahnung mit einem entsprechenden Werkzeug ausgerückt und in diesem ausgerücktem Zustand festgehalten werden, worauf das Rückdrehen der Mutter vorgenommen werden kann. Diese bekannte Ausbildung der Sicherung ist insofern nachteilig, als die Sicherungswirkung nicht stufenlos erreichbar ist Zum anderen muß beim Losdrehen des Verbindungselementes ein gesondertes Werkzeug eingesetzt und dieses Werkzeug gleichzeitig mit einem anderen Werkzeug, beispielsweise einem Schraubenschlüssel betätigt werden.

Ein ähnliches Verbindungselement ist aus der DE-OS 15 00 967 bekannt. Dabei setzt die Mutter beim Festziehen der Verbindung auf einem Federelement aus Kunststoff auf, so daß die Vorspannkraft über das Kunststoffelement übertragen wird. Ein metallener Sicherungsring umschließt das Kunststoffelement teilweise, so daß diese weitgehend eingeklemmt wird.

Dabei tritt der Kunststoff einerseits zwischen dem Durchgangsloch des Werkstückes und dem Gewinde des Bolzens infolge Fließens hindurch. Andererseits fließt das Kunststoffelement zwischen der Durchbrechung an dem Sicherungsring und den Mutternumfang.

Eine derartige Verbindung wird also durch Fließen des Kunststoffes sehr schnell die notwendige Vorspannung verlieren.

Es ist ein weiterer Stand der Technik bekannt, z. B. DE-AS 12 06 665, AT-PS 2 38 511, FR-PS 13 69 544,

w US-PS 35 20 342, US-PS 35 72 414, GB-PS 9 50 963, DE-OS 19 15 206, wobei jeweils in einen an der Mutter vorgesehenen Aufnahmeraum ein Kunststoffring eingefügt wird, der beim Festziehen der Verbindung axial unter Druck gesetzt wird, so daß der Kunststoff zumindest teilweise in das Gewinde des Bolzens einfließt und hier eine Klemmwirkung ausübt. Die Klemmwirkung sowie der zeitliche Verlauf der Klemmwirkung ist abhängig von dem Fließen bzw. Kriechen des Kunststoffwerkstoffes und von dem freigegebenen Querschnitt zwischen dem Bolzenschaft und der Bohrung im Werkstück. Dem nachteiligen Fließen des Kunststoffes wird entgegengewirkt, indem die Bohrung nur geringfügig größer als der Gewindeaußendurchmesser des Bolzens gewählt wird. Trotzdem läßt sich

fr^r> das Fließen nicht vermeiden, so daß nach entsprechender Zeit die Klemmung vermindert und die Reibung verringert wird.
Alle bekannten Sicherungen, die mit einem Kunst-

Stoffelement arbeiten, weisen den Nachteil auf, daß trotz geringer Spaltweiten ein Kriechen bzw. Fließen des Kunststoffes nicht verhindert werden kann, zumal die Kunststoffelemente in den Kraftfluß eir.bezogen sind und meist mit der Vorspannkraft in einem veränderlichen Raum teilweise eingeschlossen sind. Weiter ist nachteilig, daß die bekannten Sicherungen nur in einem vergleichsweise kleinen Verdrehbereich zwischen Mutter und Gewindebolzen ihre Wirkung entfalten, so daß insbesondere Einstellschrauben, bei denen ein größerer Verstellbereich erforderlich ist, auf diese Weise nicht realisiert werden können. Die im Gewinde erreichte Klemmung durch das Kunststoffelement ist dabei weitgehend abhängig von der Vorspannung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verbindungselement der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß die Sicherungswirkung unabhängig von der Vorspannung und in beiden Drehrichtungen stufenlos über einen größeren Verdrehbereich (mehrere Umdrehungen) wirksam ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß auch das Verbindungselement, insbesondere die Schraube oder Mutter, ihrerseits entsprechende, sich radial erstreckende, außerhalb der Schlüsselfläche angeordnete Vorsprünge aufweist und daß das Federelement aus elastischem Kunststoff besteht und den zwischen den Rippen und den Vorsprüngen gebildeten Aufnahmeraum in radialer Richtung nur teilweise, jedoch derart ausfüllt, daß der Kunststoff sowohl in die Hohlräume zwischen den Rippen als auch in die Hohlräume zwischen den Vorsprüngen eindringen kann. Damit wird bei dem Verbindungselement die bisher als nachteilig angesehene Fließeigenschaft des Kunststoffes vorteilhaft genutzt, so daß durch diese Fließeigenschaft und/oder das elastische Einfedern des Kunststoffes in die Hohlräume gerade die Sicherungswirkung im Sinne einer Verdrehsicherung und einer Losdrehsicherung geschaffen wird. Diese Sicherungswirkung tritt stufenlos über einer, großen Verstellbereich, d. h. eine Mehrzahl von Umdrehungen, ein. Das Federelement aus Kunststoff wird nicht in den Kraftfluß des Verbindungselementes einbezogen, so daß der Kunststoff in dem Aufnahmeraum nicht unter axialem Druck eingeschlossen ist. Der Kunststoff soll vielmehr den Aufnahmeraum nicht voll ausfüllen, so daß er zur Realisierung der angestrebten Sicherungswirkung sowohl in die Hohlräume zwischen den Rippen als auch in die Hohlräume .!wischen den Vorsprüngen eindringen kann. Auf diese Weise findet eine Verhakung des Kunststoffes innen und außen statt, so daß für die Bewegung der Teile relativ zueinander, also beim Festziehen einerseits und auch beim Losdrehen andererseits, deutliche Drehmomente zu überwinden sind. Hierdurch entsteht insgesamt die Sicherungswirkung. Da das Federelement aus Kunststoff nicht unter axialem Druck in den Aufnahmeraum eingeschlossen ist, spielen die Spalte am Aufnahmeraum, insbesondere die Spaltweite, keine entscheidende Rolle. Das Federelement erbringt eine Sicherungswirkung über einen relativ großen Verdrehwinkel, der an sich nur noch davon abhängig ist, wie groß der Aufnahmeraum in axialer Richtung relativ zu dem Federelement aus Kunststoff ausgebildet ist und wie groß die Steigung des Gewindes des Verbindungselementes ist.

Der Sicherungsring ist drehfest, z. B. durch Punktschweißen oder relativ drehfest, z. B. durch eine mit einer Zahnung versehene Oberfläche, mit seiner Auflagefläche mit dem Werkstück verbunden. Es muß sichergestellt sein, daß das Drehmoment zwischen dem Sicherungsring und der Auflagefläche an dem Werkstück, welches zum Verdrehen des Sicherungsringes gegenüber dem Werkstück erforderlich ist, auf jeden Fall größer ist, als eines der beiden Drehmomente an dem Federelement Mit dieser Maßnahme wird zunächst eine solide Basis für die Sicherung geschaffen, auf der sich dann das Federelement bei Ausübung seiner Sicherungswirkung abstützen kann.

Der Aufnahmeraum für das Federelement ist außerhalb des mit Gewinde versehenen Teils des Verbindungselementes angeordnet Die Sicherungsverbindung macht damit keinen Gebrauch von dem im Stand der Technik weit verbreiteten Merkmal, nämlich der Einklemmung von Kunststoffmasse in Gewindegänge.

In bevorzugter Ausführungsform ist das Federelement aus Kunststoff als balliger Hohlwalzenkörper ausgebildet; die nach innen gerichteten Rippen des Sicherungsringes weisen über ihre axiale Länge gleiche radiale Entfernung von der Längsmittelachse auf. Durch die ballige Ausbildung kann der maximale Durchmesser des Sicherungsringes größer als der Durchmesser der nach innen gerichteten Rippen des Sicherungsrings gewählt werden, so daß sofort nach dem Anziehen der Verbindung eine Sicherungswirkung aufgrund elastischer Formänderung des Federelementes vorhanden ist. Diese Sicherungswirkung wird dann durch das Fließen des Kunststoffes ansteigen. Sofern das Verbindungselement, beispielsweise die Schraube, nachgezogen wird oder die Einstellung an einer Einstellschraube verändert bzw. nachgestellt wird, muß Formänderungsarbeit an dem Kunststoff geleistet werden, wobei die Formänderungsarbeit weitgehend im elastischen Bereich des Kunststoffes erfolgt. Nach jeder Veränderung des Verdrehwinkels kann wieder das Fließen des Kunststoffes eintreten und die Sicherungswirkung damit vollenden bzw. erhöhen.

Die relativ drehfeste Lagerung des Sicherungsringes erfordert ein größeres Drehmoment beim Verdrehen, als es dem größten der beiden beim Verdrehen auftretenden Drehmomente zwischen Sicherungsring und Federelement oder Federelement und Verbindungselement entspricht. Damit ist eindeutig definiert, daß bei einer Anzugs- oder Lösedrehbewegung die Relativbewegung der Teile an dem Federelement aus Kunststoff stattfindet. Dabei ist es an sich gleich, welches der beiden Drehmomente an dem Kunststoff — innen oder außen — nun vergleichsweise größer ist. Sinnvoll ist es nur, eines der beiden Drehmomente durch entsprechende Ausbildung der Teile deutlich größer zu wählen, damit die Relativbewegung bestimmungsgemäß an der anderen Stelle stattfindet. Zweckmäßig wird das beim Verdrehen innen übertragbare Drehmoment größer gewählt, als das Drehmoment zwischen Verriegelungselement und Kunststoffelement ist also deutlich größer als das Drehmoment zwischen Sicherungsring und Kunststoffelement ausgebildet.

Die Rippen an dem Sicherungsring können als gleichabständiges Vieleck ausgebildet sein, so daß sich der Sicherungsring, der auch Bestandteil eines Einsatzes sein kann, leicht als Fließpreßteil, als Gußteil oder Gesenkschmiedeteil herstellen läßt. Die Vorsprünge an de;r Verbindungselement können dagegen vorteilhaft Bestandteil einer Rändelung sein, die sich besonders einfach auf einem Außendurchmesser aufbringen läßt.

Bei einer Befestigungsschraube entspricht der Außendurchmesser des Sicherungsringes etwa der Schlüssel-

weite des Kopfes der Befestigungsschraube, so daß die Vorspannkraft über den metallenen Sicherungsring und nicht über das Federelement übertragen wird. Bei einer Einstellschraube entfällt eine Vorspannkraft, so daß hier die entsprechende geometrische Beziehung nicht unbedingt erfül't sein muß. Es versteht sich aber, daß der Verdrehweg dvi Einstellschraube erschöpft ist, bevor das Federelement beim Anziehen der Schraube in dem Aufnahmeraum unter Druck gesetzt wird.

Das Federelement aus Kunststoff weist eine kleinere axiale Ausdehnung als der zwischen Sicherungsring und Verbindungselement gebildete Aufnahmeraum auf, so daß mit Sicherheit verhindert wird, daß der Kunststoff in dem Aufnahmeraum unter Druck eingeschlossen wird.

Die Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Explosionsansicht des Verbindungselementes in einer ersten Ausführungsform,

Fig.2 eine Draufsicht auf den Sicherungsring des Verbindungselementes gemäß F i g. 1,

Fig.3 eine Explosionsansicht des Verbindungselementes in einer weiteren Ausführungsform und

Fig.4 die Sicherung am Beispiel einer Mutter als Verbindungselement.

Das in F i g. 1 dargestellte Verbindungselement 1 besteht aus einer Einstellschraube 2 und einem metallenen Sicherungsring 3 sowie einem Federelement aus Kunststoff 4, welches auf die Einstellschraube aufgeschoben ist. Die Einstellschraube 2 besitzt einen Kopf 5, an den sich eine Rändelung 6 anschließt, die die Vorsprünge 7 besitzt, zwischen denen Hohlräume 8 in radialer Richtung und axialer Richtung vorgesehen sind. An die Rändelung 6 schließt meist mit einer Nut 9 ein Gewindeschaft 10 mit einem Gewinde 11 an. Das Federelement 4 ist auf die Rändelung 6 der Einstellschraube 2 sitzend aufgeschoben. Auf seinem Außenumfang ist es tonnenförmig bzw. ballig ausgebildet

Der metallene Sicherungsring 3 ist in ein Werkstück 12. beispielsweise eine Platte, eingesetzt und hier verdrehsicher gelagert, beispielsweise durch eine Punktschweißung 13. Der metallene Sicherungsring 3 besitzt auf seinem inneren Umfang zunächst eine Durchgangsbohrung 14 und ein Innengewinde 15. Es versteht sich, daß das Innengewinde 15 passend zu dem Gewinde 11 der Einstellschraube 2 ausgebildet ist Mit größerem Durchmesser, als es dem Innengewinde 15 entspricht ist ein Aufnahmeraum 16 im oberen Teil des metallenen Sicherungsringes 3 vorgesehen, wobei zwischen radialen Rippen 17 Hohlräume 8' vorgesehen sind.

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metallenen Sicherungsring 3 gelangt das Federelement 4 in den Aufnahmeraum 16, ohne daß es allerdings hier unter axialen Druck gerät Das Federelement 4 ist auf den Vorsprüngen 7 der Rändelung 6 bzw. in den Hohlräumen 8 gehalten, so daß zum Verdrehen ein bestimmtes Drehmoment aufgebracht werden muß. Auch am Außenumfang findet eine Verhakung statt, indem der Kunststoff des Federelementes 4 zumindest teilweise in die Hohlräume 8' zwischen den radialen Rippen 17 elastisch einfedert und zusätzlich plastisch fließt. Da der Sicherungsring 3 selbst verdrehsicher im Werkstück 12 gelagert ist, ist die Einstellschraube 2 in ihrer jeweiligen Einstellung fixiert. Eine Neueinstellung bzw. eine Nachstellung der Einstellposition kann jederzeit erfolgen, indem das erforderliche Drehmoment aufgebracht wird. Dabei wird Verdrängungsarbeit an dem Federelement 4 geleistet. Normalerweise wird die Ausbildung konstruktiv so getroffen, daß das Drehmoment eine Relativbewegung des Federelementes 4 an den radialen Rippen 17 auslöst. Beim Verdrehen federt das Federelement 4 elastisch ein. Nach Erreichen der neuen Endposition wird Kunststoffmasse in elastischer und zusätzlich in plastischer Weise wieder in die Hohlräume 8' eindringen und diese teilweise ausfüllen. Es besteht keine Gefahr, daß Masse des Federelementes 4 in die Gewindespalte oder in den Spalt zwischen Sicherungsring 3 und Kopf 5 der Einstellschraube 2 eindringt, weil das Federelement 4 selbst frei von axialem Druck gehalten ist.

F i g. 2 zeigt eine Draufsicht auf das Werkstück 12 mit dem Sicherungsring 3. Es ist ersichtlich, wie die radialen Rippen 17 an einem Innenvielkant nur schwach ausgebildet sind. Trotzdem werden Hohlräume 8' geschaffen, in die die Kunststoffmasse eindringen kann.

In F i g. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Werkstück 12 besteht hier aus zwei Platten, die miteinander verbunden werden sollen. Hierzu dient die Befestigungsschraube 2' und der Sicherungsring 3', die mit dem Federelement 4 aus

jo Kunststoff das Verbindungselement 1 bilden. Das Gewinde 11 der Befestigungsschraube 2' greift in ein entsprechendes Gewinde 18 in der unteren Platte des Werkstückes 12 ein. Es ist insbesondere ersichtlich, daß der Kopf 5 der Befestigungsschraube 2' einen solchen Durchmesser aufweist, daß er sich bei Erreichen der axialen Spannkraft und Ausbildung der Vorspannkraft auf dem Sicherungsring 3' abstützt. Auch hier wird das Federelement 4 in dem Aufnahmeraum 16 ohne Druck aufgenommen und außen von den Hohlräumen zwischen den Vorsprüngen eines Innenvielkants gehalten, während die Hohlräume auf dem Außenumfang des Schaftes der Befestigungsschraube 2' im Mikrobereich von der Rauhigkeit des Schaftes bestimmt werden. Es versteht sich, daß auch die Punktschweißung 13 enfallen kann, wenn nur dafür Sorge getragen ist, daß für das Verdrehen des Sicherungsringes 3' gegenüber der Auflagefläche 19 am Werkstück 12 ein größeres Drehmoment erforderlich ist als für die Verdrehung der anderen Teile gegenüber dem Federelement 4 notwendig ist

Fig.4 zeigt die Erfindung, angewendet auf eine

fviuüer 20, die auf einen Gewindebolzen 2t aufgesetzt ist Der Sicherungsring 3" ist hier als Einsatzkörper ausgebildet und durch Punktschweißung 13 befestigt Die Mutter 20 besitzt einen Fortsatz 22, an dem auf der Außenseite wiederum die Rändelung 6 aufgebracht ist Der Sicherungsring 3" besitzt auch hier den Aufnahmeraum 16 mit den radialen Rippen 17 und den Hohlräumen 8', so daß auch hier das Federelement 4 in der schon beschriebenen Art und Weise drucklos aufgenommen werden kann. Die Mutter 20 stützt sich über den Sicherungsring 3" auf dem Werkstück 12 ab.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Mit einem Gewinde ausgestattetes Verbindungselement, insbesondere Schrauben- oder Mutternverbindung, mit einem metallenen, im wesentlichen sich radial erstreckende Rippen aufweisenden Sicherungsring und einem zwischen Sicherungsring und Verbindungselement vorgesehenen Federelement, dessen Volumen kleiner ist als das Volumen des zwischen dem Verbindungselement und der Innenwand des Sicherungsrings gebildeten Aufnahmeraumes und das frei vom Kxaftfluß einer Axialkraft, insbesondere der Vorspannkraft, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auch das Verbindungselement (1), insbesondere die Schraube (2, 2') oder Mutter (20), ihrerseits entsprechende sich radial erstreckende, außerhalb der Schlüsselfläche angeordnete Vorsprünge (7) aufweist und daß das Federelement (4) aus elastischem Kunststoff besteht und den zwischen den Rippen (17) und den Vorsprüngen (7) gebildeten Aufnahmeraum (16) in radialer Richtung nur teilweise, jedoch derart ausfüllt, daß der Kunststoff sowohl in die Hohlräume (8') zwischen den Rippen (17) als auch in die Hohlräume (8) zwischen den Vorsprüngen (7) eindringen kann.

2. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsring (3, 3', 3") drehfest, z. B. durch Punktschweißen, oder relativ drehfest, z. B. durch eine mit einer Zahnung versehene Oberfläche, mit seiner Auflagefläche (19) mit dem Werkstück (12) verbunden ist.

3. Verbindungselement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmeraum (16) für das Federelement (4) außerhalb des mit Gewinde (11) versehenen Teils des Verbindungselementes (1) angeordnet ist.

4. Verbindungselement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (4) aus Kunststoff als baliiger Hohlv/alzenkörper ausgebildet ist und die nach innen gerichteten Rippen (17) des Sicherungsrings (3, 3', 3") über ihre axiale Länge gleiche radiale Entfernung von der Längsmittelachse aufweisen.

5. Verbindungselement nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (17) an dem Sicherungsring (3, 3', 3") als gleichabständiges Vieleck ausgebildet sind.

6. Verbindungselement nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (7) an dem Verbindungselement (1) Bestandteil einer Rändelung (6) sind.

7. Verbindungselement nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Befestigungsschraube (2') der Außendurchmesser des Sicherungsringes (3') etwa der Schlüsselweite des Kopfes (5) der Befestigungsschraube entspricht.

8. Verbindungselement nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (4) eine kleinere axiale Ausdehnung als der zwischen Sicherungsring (3, 3', 3") und Verbindungselement (1) gebildete Aufnahmeraum (16) aufweist.