DE2739714C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mutter mit Drehmomentbegrenzung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Mutter ist aus der US-PS 26 85 812 bekannt.

Hierbei können sowohl der Mutterkörper als auch der Antriebsring aus Metall bestehen, wobei aber im Antriebsring ein Einsatz aus einem weniger festen Material vorhanden ist. Dieser Einsatz trägt eine sägezahnartige Innenver­ zahnung, die mit einer entsprechenden, sägezahnartigen Außenverzahnung am Mutterkörper in Eingriff kommt. Dabei stimmt die Form der Zähne der beiden Verzahnungen nicht überein. Sowohl in der Ausgangsstellung, in der noch kein Drehmoment von dem Antriebsring auf die Mutter übertragen wird, als auch in der Antriebsstellung, also bei Übertragung eines Drehmoments vom Antriebsring auf die Mutter, besteht zwischen den einzelnen Zähnen der Innen- und Außenver­ zahnung ein Freiraum. Dieser gestattet während der Drehmomentübertragung eine Relativverdrehung zwischen Antriebsring und Mutter. Die beiden Teile wirken also nach Art eines Klinkengesperres oder einer Ratsche zusammen. Beim Auf­ bringen eines Drehmoments vom Antriebsring auf die Mutter verlagert sich die Innenverzahnung des Antriebsrings gegenüber den Zähnen der Mutter, bis sich eine ausreichende Zugspannung oder Reibung entwickelt hat, und erst danach nimmt der Antriebsring die Mutter mit. Nach dem Festziehen der Mutter unter dem erforderlichen Drehmoment gleitet der Antriebsring mit seinen geneigten Zähnen über die Mutter hinweg. Bei weiterer Drehung des Antriebsrings gelangen dessen Zähne wieder in Antriebsverbindung mit den Zähnen der Mutter, wobei wiederum ein Drehmoment auf diese ausgeübt wird, das aber den vorbestimmten Wert nicht übersteigen soll und das wieder abnimmt, wenn die Zähne erneut an­ einander vorbeigleiten. Dabei müssen sich die Zähne der Innenverzahnung des Antriebsrings, weil sie aus weicherem Material bestehen als die Mutter, je­ weils beim Hinübergleiten über die Zähne der Mutter verformen und anschlie­ ßend wieder ihre ursprüngliche Form annehmen. Durch die Materialeigenschaf­ ten, insbesondere die Elastizität des Einsatzes des Antriebsrings, wird das Nachgeben der Zähne unter Last beeinflußt, wodurch das maximal über­ tragbare Drehmoment einstellbar sein soll. Das übertragbare Drehmoment, mit dem die Mutter angezogen werden kann, ist dabei nicht nur von den Material­ eigenschaften abhängig und damit nicht genau vorhersehbar oder steuerbar, sondern auch geringfügige Abweichungen oder Unterschiede der Form der Zähne sowohl der Innen- als auch der Außenverzahnung beeinflußen außerordentlich stark die Höhe des übertragbaren Drehmoments, so daß das Grenzdrehmoment nicht sehr genau einstellbar und kontrollierbar ist.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Mutter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art derart auszugestalten, daß das Grenzdrehmoment außerordentlich genau und reproduzierbar vorherbestimmt und eingehalten werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeich­ nenden Teil des Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß ist also ein dauernder, vollflächiger Berührungseingriff zwischen dem Antriebsring und der Mutter vorgesehen, der beim Festziehen der Mutter beim Anstieg des übertragenen Drehmoments solange erhalten bleibt, bis bei Erreichen des vorbestimmten Drehmoments der Antriebsring an seinem Abschnitt geringsten Querschnitts durch Überschreiten der Grenz­ zugspannung reißt. Danach dreht sich der Antriebsring frei gegenüber der Mutter, so daß es nicht möglich ist, erneut oder wiederholt ein Drehmoment auf die Mutter zu übertragen. Durch den exakten formschlüssigen und voll­ flächigen Eingriff zwischen Außenverzahnung der Mutter und Innenverzahnung des Antriebsrings, die geometrisch genau zusammenpassend hergestellt werden können, sowie durch die ebenfalls sehr genau mögliche Bemessung des Ab­ schnitts mit dem geringsten Querschnitt kann ein bestimmter vorgegebener Wert für das Grenzdrehmoment sehr genau eingestellt und eingehalten werden. Dieses Grenzdrehmoment läßt sich auch bei einer Großserienfertigung für alle Muttern genau einhalten.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Abschnitt des geringsten Querschnitts eine Kerbe im Antriebsring, die beispielsweise radial von außen in diesem angebracht ist. Mittels der Tiefe der Kerbe läßt sich die Grenzzugspannung und damit das Grenzdrehmoment genau steuern.

Am Antriebsring können exzentrische Antriebsmittel vorgesehen sein, die im Anzugsdrehsinn der Mutter vor dem Abschnitt geringsten Querschnitts liegen. Damit wirkt die auf den Antriebsring aufgebrachte Drehkraft an dem Abschnitt geringsten Querschnitts immer ziehend, so daß an diesem Querschnitt keine Druckkräfte oder Scherkräfte auftreten, wodurch ebenfalls das Grenzdreh­ moment genau eingehalten werden kann.

In der folgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Axialschnitt,

Fig. 2 einen schematischen Teilschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine Verbindungsstelle 10 zweier Werkstücke 11 und 12 mit zueinander ausgerichteten Öffnungen 13, 14 gezeigt. Durch die ausgerichte­ ten Öffnungen geht der Schaft 15 eines Befestigungselements 16, z.B. eines mit einem Kopf 17 versehenen Schraubbolzens, wobei der Schaft über das Werk­ stück 11 vorsteht und der Kopf 17 am Werkstück 12 anliegt. Der Schaft 15 hat am Außenumfang ein Gewinde 18, das sich relativ zur Mittenachse axial er­ streckt.

Die Verbindung wird durch eine Mutter 25 ergänzt, die drehmomentbegrenzende Eigenschaften hat. In Fig. 1 und 2 ist sie in dem Zustand dargestellt, be­ vor das vorbestimmte Drehmoment auf sie ausgeübt wurde. Diese Mutter 25 weist einen Mutternkörper 26 koaxial zur Mittenachse 19 auf. Außerdem hat sie eine sich axial erstreckende, den Schaft aufnehmende, innere Öffnung 27, in der sich ein Gewinde 28 zum Eingriff mit dem Gewinde 18 des Schaftes befindet. Der Mutternkörper 26 ist mit einer Anlagefläche 29 versehen, mit­ tels der er sich gegen ein Bauteil legen kann, wie es durch das Werkstück 11 veranschaulicht ist.

Mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung sollen die Werkstücke durch An­ wendung eines vorbestimmten Drehmoments auf den Mutternkörper 26 zusammen­ gespannt werden, wobei vermieden werden soll, daß der Mutternkörper ein darüber hinaus gehendes Drehmoment erhält. Der Mutternkörper hat an seiner Außenseite Eingriffsmittel 30, die sich in Umfangsrichtung um die Mitten­ achse erstrecken. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen diese Mittel aus einer Gruppe von in der Außenfläche geformten Einschnitten oder Kerben und daran anschließenden, nach außen gerichteten Zähnen. Die Zähne haben vorzugsweise ebene Seitenflächen und eine Kopffläche, die vor­ zugsweise gekrümmt ist. Die Kopfflächen liegen auf oder nahe einer theore­ tischen zylindrischen Oberfläche, die eine Rotationsfläche ist, die durch Drehung um die Mittenachse erzeugbar ist. Es ist vorteilhaft, eine sich verjüngende Einleitoberfläche 39 vorzusehen, so daß ein Antriebsring, der später noch zu beschreiben ist, bei einer möglichen Art des Zusammenbaus über den Mutternkörper 26 gezogen wird.

Ein Antriebsring 55 steht mit dem Mutternkörper 26 im Eingriff, um auf ihn ein Drehmoment auszuüben. Der Antriebsring 55 hat außen drehmomentaufneh­ mende Oberflächen, z.B. eine sechseckige Anordnung von Oberflächen zur Er­ fassung durch einen Schraubenschlüssel oder irgendeine andere geeignete Art einer drehmomentaufnehmenden Oberfläche. Der Antriebsring 55 ist fer­ ner innen mit Eingriffsmitteln versehen, die als Einschnitte oder Kerben 56 an seiner Innenfläche ausgebildet sind und die Zähne 30 der Mutter 25 aufnehmen können. Zähne 57 zwischen den Einschnitten oder Kerben 56 des Antriebsrings 55 greifen in Einschnitte oder Kerben zwischen den Zähnen 30 der Mutter 25 ein. Es besteht eine vollständige Berührung zwischen den sich gegenüber liegenden Flächen der Einschnitte und der Zähne an Mutter und An­ triebsring. Die Eingriffsmittel 56, 57 können dadurch hergestellt sein, daß der Antriebsring 55 auf den Mutternkörper 26 aufgezogen wird, wobei die Einleitungsoberflächen 39 behilflich sind, so daß die Kerben 56 durch die­ sen Aufziehvorgang eingeschnitten werden. Es kann aber auch der Antriebs­ ring 55 um die Mutter gegossen werden oder auch ohne Verbindung mit der Mutter gegossen werden und über diese gezogen werden. Alle diese Techniken erzeugen im wesentlichen die gleiche Bauform.

Die Ausdrücke "Kerbe" und "Einschnitt" sind austauschbar gebraucht. Sie be­ deuten nutenähnliche Ausnehmungen mit Seitenwänden die zueinander parallel oder auch geneigt sein können. Der Grund der Nut kann die beiden Seitenwände getrennt halten, in welchem Fall der Ausdruck "Einschnitt" eher zutreffend wäre. Die Seitenwände der Nut können sich jedoch auch unter Bildung einer scharfen Bodenkante treffen (besonders dann, wenn Einschnitte am Muttern­ körper vorzusehen sind), in welchem Fall der Ausdruck "Kerbe" eher zutref­ fend wäre. Kombinationen dieser Formen können ebenfalls Anwendung finden, z.B. eine mit einem scharfen Grund ausgebildete Ausnehmung am Mutternkörper 26 und eine mit einer gekrümmten Bodenfläche ausgebildete Ausnehmung im An­ triebsring 55. Indessen soll immer dann, wenn der Ausdruck "Einschnitt" ge­ braucht wird, auch die Bedeutung für den Ausdruck "Kerbe" mit eingeschlos­ sen sein, ebenso im umgekehrten Fall. In jedem Fall gibt es einen Zahn, der zwischen zwei benachbarten Kerben oder Einschnitten sowohl im Antriebsring 55 als auch im Mutternkörper 26 gebildet wird. Wenn sie aneinander liegen, kann man davon sprechen, daß die Einschnitte und Zähne des Antriebsrings 55 und des Mutternkörpers 26 passend zueinander sind.

Der Antriebsring 55 enthält drehmomentbegrenzende Mittel, damit der Antriebs­ ring 55 sich vom Mutternkörper 26 als Folge der Anwendung des vorbestimmten Drehmoments lösen kann. Zu diesem Zweck ist der Antriebsring 55 aus einem Material gemacht, das eine geringere Reißfestigkeit als das Material des Mutternkörpers 26 hat. Z.B. kann das Material des Antriebsrings 55 aus Polyvynilchlorid, Azetalhomopolymer usw. bestehen, wenn der Mutternkörper 26 aus Stahl oder Titan oder anderem festerem Material besteht. Es ist er­ sichtlich, daß der Mutternkörper 26 aus einem hochfesten (gewöhnlich teuren Material) und der Antriebsring 55 aus einem weniger festen (gewöhnlich billigerem) Material bestehen kann, was einen wichtigen wirtschaftlichen Vorteil bedeutet.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den Antriebsring 55, der zusammen mit dem Mutternkörper 26 verwendet werden kann. Die drehmomentaufnehmende Ober­ fläche 58 ist durch einen Vorsprung oder Finger 59 gebildet, der eine Trennkraft wie auch eine drehmomentausübende Kraft erzeugt. Die drehmoment­ begrenzenden Mittel bestehen aus einem Abschnitt 60 einer kleinsten, Zug­ spannung widerstehenden Fläche, die durch eine Kerbe 61 im äußeren Umfang des Antriebsrings 55 definiert ist. Sie wird durch Überschreiten der Zug­ spannung ausfallen, wenn ein vorbestimmtes Drehmoment auf die Oberfläche 58 ausgeübt wird. Der Ausfall des Antriebsrings tritt durch Beanspruchung in Zugspannung auf.

Die Arbeitsweise sollte aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich sein. Die Mutter 25 wird auf den Schraubenschaft 18 gedreht und daraufhin ein Drehmoment auf die drehmomentaufnehmende Oberfläche 58 ausgeübt. Die Reaktion der Anordnung gemäß Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Zunächst, bevor das vorbestimmte Drehmoment erreicht wird, wird das auf die Ober­ fläche 58 ausgeübte Drehmoment direkt auf den Mutternkörper 26 übertragen und die Anlagefläche 29 gegen das Werkstück 11 zur Anlage gebracht. Beim Erreichen des vorbestimmten Drehmoments tritt der Ausfall im Abschnitt 60 aufgrund der Zugspannung auf. Der Antriebsring 55 kann infolgedessen nicht mehr angetrieben werden. Nun ist der Antriebsring 55 lose und kann kein weiteres Drehmoment mehr auf den Mutternkörper 26 ausüben. Dieser ist des­ halb mit dem vorbestimmten Drehmoment angezogen. Dieser Zustand wird durch die Entfernung des Antriebsrings 55 sichtbar gemacht.

Die Erfindung hat den zusätzlichen Vorteil, daß nach Beseitigung des An­ triebsrings 55 das in den Einschnitten oder Kerben des Mutternköpers 26 vorhandene Material entfernt wird. Hierauf können die Einschnitte oder Ker­ ben im Mutternkörper 26 durch ein Drehmoment ausübendes Werkzeug zur Ent­ fernung des Mutternkörpers erfaßt werden.

Es wurde also eine verläßliche und billige herstell- und anwendbare Ein­ richtung zur Übertragung eines Drehmoments bis zu einem vorbestimmten Maxi­ malwert geschaffen, wobei eigene Begrenzungsmittel dieser Anordnung nach­ geben, um den Antriebsring unfähig zu machen, eine weitere anziehende Be­ wegung auf den Mutternkörper 26 zu übertragen.

Claims (3)

1. Mutter mit Drehmomentbegrenzung, mit einem die Mutter umgebenden Antriebs­ ring, der mittels einer Innenverzahnung an einer Außenverzahnung der Mutter eingreift, wobei bei Erreichen eines vorbestimmten Drehmoments der Antriebsring gegenüber der Mutter verdrehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenverzahnung (57) des Antriebsrings (55) und die Außenverzah­ nung (30) der Mutter (25) zueinander komplementär sind und vollständig miteinander in unmittelbarer Flächenberührung stehen, und daß zur Drehmomentbegrenzung der Antriebsring (55) einen sich radial er­ streckenden Abschnitt geringsten Querschnitts (60) aufweist, der bei Errei­ chen eines vorbestimmten Drehmoments durch Überschreiten der Grenzzugspan­ nung aufreißt.

2. Mutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt gering­ sten Querschnitts (60) eine Kerbe (61) ist.

3. Mutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Antriebs­ ring (55) exzentrische Antriebsmittel (58) vorgesehen sind und daß diese im Anzugsdrehsinn der Mutter (25) vor dem Abschnitt geringsten Querschnitts (60, 61) liegen.