DE616084C - Zweiseitig verwendbare Schraubenmutter fuer dynamische Beanspruchung - Google Patents
Zweiseitig verwendbare Schraubenmutter fuer dynamische BeanspruchungInfo
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
- F16B39/00—Locking of screws, bolts or nuts
- F16B39/22—Locking of screws, bolts or nuts in which the locking takes place during screwing down or tightening
- F16B39/28—Locking of screws, bolts or nuts in which the locking takes place during screwing down or tightening by special members on, or shape of, the nut or bolt
- F16B39/30—Locking exclusively by special shape of the screw-thread
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
Description
DEUTSCHES REICH
Bar.
AUSGEGEBEN AI
23. JULI 1935
23. JULI 1935
14 AUG. 1935
REICHSPATENTAMT
PATENTSCHRIFT
KLASSE 47a GRUPPE
Patentiert im Deutschen Reiche vom 17. September 1932 ab
Es ist bekannt, daß bei Belastung von Schrauben die Bolzen gestreckt und die Muttern
zusammengedrückt werden. Die Folge davon ist, daß der Kern des Bolzens am stärksten in dem Querschnitt beansprucht
wird, der dem an den geklemmten Gegenstand anliegenden Gewindegang der Mutter gegenüberliegt,
was durch die bekannte Erscheinung bestätigt wird, daß die Schrauben am häufigsten an dieser Stelle, und zwar infolge
Ermüdung des Materials, abreißen.
Aus der diesbezüglichen Fachliteratur ist es bekannt, daß man versucht hat, diesen
Nachteil dadurch zu beseitigen, daß die Gewindegänge der Schraubenmutter, um ihre
Federung zu erhöhen, tiefer eingeschnitten wurden. Solche Muttern fanden aber in der
Praxis höchstens nur in besonderen Fällen Verwendung, konnten aber nicht die gewöhnliehen
normalen Schraubenmuttern ersetzen.
Den Gegenstand der Erfindung bildet eine
Mutter mit einem Gewinde, welches derart federt, daß dadurch unter Beibehaltung der
äußeren Abmessungen der normalen Schraubenmutter, somit der normalen Schlüsselweite und der normalen Höhe, die Tragfähigkeit
bzw. die Dauerfestigkeit von Schrauben, insbesondere aber von Schrauben, die durch
wechselnde Belastung bzw. dynamisch beansprucht werden, erhöht wird. Schraubenmuttern
gemäß der Erfindung sollen außerdem billig und leicht, und zwar womöglich auf den bisher verwendeten Mutternschneidmaschinen
herzustellen sein, um mit diesen Muttern die bisherige Marktware mit Vorteil ersetzen zu können.
Nach der Zeichnung ist das Gewindeprofil der erfindungsgemäßen Schraubenmutter symmetrisch.
Die Tragflanken des Gewindes sind verkürzt und schließen miteinander einen Winkel ein, der etwa um S° kleiner ist als
der entsprechende Winkel der Tragflanken des Bolzengewindes. Die Flächen des Fußteiles
des Gewindeprofils schließen miteinander einen Winkel von ungefähr 20° ein. Die Tragflankenhöhe m gleicht ungefähr der
Hälfte der Tiefe ν des Gewindes des Schraubenbolzens, und die Tiefe m + η des Gewindes
der Mutter beträgt ungefähr das Anderthalbfache der Gangtiefe des Schraubenbolzens.
Das in der Zeichnung dargestellte Gewindeprofil ist für eine Mutter berechnet,
deren Höhe ungefähr 0,8 des Schraubendurchmessers einer 3/4-Zoll-Schraube mit
Whitworth-Gewinde gleich ist. Für Schrauben mit einem anderen als Whitworth-Gewinde,
für andere Größen von Schrauben und für verschiedenen Schrauben- und Mutternwerkstoff
werden die genauen Abmessungen des Muttergewindes gemäß. der Erfindung
nach nachstehend beschriebenen Gesichtspunkten berechnet.
Durch theoretische Erwägungen und praktische Messungen wurde festgestellt, daß der
erste Gewindegang des Gewindes an der Druckseite der gewöhnlichen Schraubenmutter
ungefähr die Hälfte der gesamten Be-
lastung der Schraube, der zweite Gewindegang ein Viertel, der dritte ein Achtel usw.
überträgt. Dies gilt jedoch nur dann, wenn sowohl das Gewinde des Bolzens als auch das
S Gewinde der Mutter ganz genau hergestellt wurde. In der Praxis muß man aber bei gewöhnlichen
Muttern damit rechnen, daß eine ungenaue Ausführung, z. B. eine nur ganz unbedeutend größere Steigung des Gewin-)o
des der Mutter, die Folge haben kann, daß der erste Gewindegung die ganze Belastung
des Bolzens zu tragen hat. Weiter hat man erkannt, daß die Belastung vom ersten Gewindegang
der Schraubenmutter an den Kern des Schraubenbolzens so übertragen wird, daß die Beanspruchung in den Randfasern
des betreffenden Querschnittes des Bolzens ungefähr dreimal so groß ist wie die durchschnittliche
Belastung, so daß die Schraube in der Praxis eigentlich nur ungefähr bis zu 1J3 der Elastizitätsgrenze des Schraubenmaterials
belastet werden sollte. Bei einer solchen Belastung kann jedoch in den äußeren Fasern des Kernes im gefährlichen Querschnitt
der Schraube eine Beanspruchung bis zur Grenze der Elastizität entstehen, bei welcher
das Material schon zu kristallisieren beginnt, Risse entstehen oder sogar Brüche vorkommen.
Der Unterschied zwischen dem Profilwinkel des Gewindes der Mutter und jenem des
Bolzens soll möglichst klein gewählt werden (gemäß der Zeichnung beträgt er 2,5°). Bei
einem genau hergestellten Gewinde des BoI-zens und der Mutter würde ein solches· Spiel
zwischen den Tragflanken genügen, daß sich bei der größten zulässigen Durchbiegung des
Mutterngewindes die Tragflanken des Bolzens und der Mutter entlang der ganzen
Länge der Tragflanken der Mutter berühren. In der Praxis muß man jedoch mit Ungenauigkeiten
in der Fertigung rechnen, und aus diesem Grunde ist das erwähnte Spiel,
welches der größten elastischen Verformung des Gewindes entsprechen würde, noch um
einen Winkel Vergrößert, der den Fertigungsungenauigkeiten Rechnung tragen soll. Für
Gewinde mittlerer Größe wählt man einen Winkel von ungefähr 2,5°, und dieser Winkel
kann bei kleineren Gewinden etwas größer und bei größeren Gewinden etwas kleiner sein.
Eine besondere Eigenschaft der Mutter gemäß der Erfindung besteht darin, daß bei Zunahme
der Belastung der Schraube der auf das Schraubenmuttergewinde wirkende Lastarm kleiner wird. Demnach ist die Beanspruchung
des Schraubenmuttergewindes schon bei einer verhältnismäßig noch kleinen Belastung der Schraube verhältnismäßig
groß; diese Beanspruchung bleibt dann aber auch bei größerer Belastung der" Schraube
ungefähr stetig. Dadurch wird auf der einen Seite erzielt, daß sich das Gewinde schon
bei verhältnismäßig kleiner Belastung der Schraube entsprechend stark elastisch durch- 6S
biegt; auf der anderen Seite besteht keine Gefahr, daß das Gewinde der Mutter bei großer
Belastung der Schraube bricht. Schraubenmuttern gemäß der Erfindung entsprechen somit
sowohl den Anforderungen z. B. des all- ■ gemeinen Maschinenbaues, wo die Schrauben
stets nur verhältnismäßig wenig beansprucht werden, als auch den Beanspruchungen z. B.
des Brückenbaues, wo die Schrauben in der Regel bedeutend stärker beansprucht werden.
Schraubenmuttern gemäß der Erfindung eignen sich somit besonders für dynamische Beanspruchung.
Die beiden Grenzfälle der Belastung des Gewindes der Schraubenmutter sind in der
Zeichnung schematisch veranschaulicht. Bei der Belastung der Schraube durch eine
Kraft P1, welche einer kleinen Belastung ent- . spricht, wie .sie z. B. in dem allgemeinen Maschinenbau
vorkommt, ist das Gewindeprofil durch die Resultierende P1 beansprucht,
welche durch den Punkt c geht und den Querschnitt e-f mit einem Lastarm px beansprucht.
Mit größer werdender Belastung wird die Berührungsfläche zwischen dem Gewinde der Mutter und dem der Schraube
größer, und der Angriffspunkt der Last wandert in der Richtung vom Punkt α zum
Punkt b, bis das Gewinde bei hoher Belastung durch eine im Punkt d wirkende Resultierende
P2 beansprucht ist, welche den Querschnitt e-f mit einem Lastarme p2 beansprucht.
Die strichpunktierte Linie j, die nach einer quadratischen Parabel verläuft,
zeigt die ideale Form des Gewindeprofils mit bester Elastizität. Aus der Zeichnung ist ersichtlich,
daß die wirklich gewählte Form des Gewindes mit einem Profilwinkel von ungefähr 20 ° von dieser idealen Form nur wenig
abweicht. Die gesamte elastische Durchbiegung des Gewindes wird noch dadurch bedeutend
erhöht, daß die Beanspruchung der Randfasern in Abschnitt f, h fast gleichmäßig
bleibt. Bei der Bestimmung des gewählten Profils wurde auch darauf Rücksicht genommen,
daß das Schraubenmuttergewinde ohne Schwierigkeiten auch mit Gewindeschneidern
erzeugt werden kann, die keine zu scharfwinkligen Schneidespitzen besitzen dürfen,
weil sie sonst leicht abbrechen würden. Endlieh ist noch zu bemerken, daß eine genau
stetige Beanspruchung des Querschnittes f-g durch geeignete Abrundung der Tragflauken
a-b bzw. a'-b' erzielt werden kann, wenn darauf geachtet wird, daß das Produkt der
Größen P1 · P1 bis P2 · p2 konstant bleibt.
Die größte Dauerfestigkeit der Schraube
wird bei der Schraubenmutter gemäß der Erfindung dann erreicht, wenn das Gewinde der
Mutter so gewählt wird, daß die Formol
erfüllt wird.
In dieser Formel bedeutet A die Elasti/.itätsgrenze
des Schraubenwerkstofts, B die höchste zulässigeDurchschnittsbeanspruchung
des Bolzenkernes, bei welcher die Beanspruchung der äußeren Fasern in dem gefährlichen
Querschnitt des Kernes die Elastizitätsgrenze des Werkstoffs erreicht. Λ7 ist
die Zahl der Schraubengänge der Mutter und k ein Beiwert, welcher aus der gegenseitigen
Federung der Konstruktion abgeleitet und im weiteren noch näher erläutert wird. Diese
Formel wurde unter der Annahme zusammengestellt, daß die Belastung von dem ersten inneren Gewindegang der Schraubenmutter
an den gegenüberliegenden Kernquerschnitt des Bolzens derart übertragen wird, daß sie in den äußeren Fasern dreimal größer
ist als die Durchschnittsbelastung· des ganzen Querschnittes. Ferner wurde bei der Zusammenstellung
dieser Formel in Erwägung gezogen, daß die Gewindegänge der Mutter beiderseits durch die Stirnflächen der Schraubenmutter
schief abgeschnitten sind, so daß alle Gewindegänge der Mutter, die N Gewindeg'änge
besitzt, nur soviel tragen können wie N — 0,5 Gewindegänge mit vollem
Profil. Durch Einführen des Beiwertes k wurde ferner darauf Rücksicht genommen,
daß der erste innere Gewindegang der Mutter mehr durchgebogen wird als der erste
äußere Gewindegang der Mutter, und zwar
um ein Maß, um welches der Schraubenbol- j zen durch die Belastung gestreckt und die
Mutter zusammengedrückt wurde. Diese gegenseitige Verformung, die durch Streckung
des Bolzens und das Zusammendrücken der Mutter hervorgerufen wird, ist bei der
höchsten zulässigen Belastung einer Mut- i ter, deren Höhe 0,8 des Durchmesser* t
der Schraube beträgt, ungefähr 1J6 der größten
elastischen Durchbiegung in axialer Richtung des Gewindes gleich, so daß z. B. eine marktfähige Mutter gemäß der Erfindung
nach obiger Formel konstruiert werden kann, wenn man in die Formel für den Beiwert
Ii — 7/H = 0,875 setzt.
Aus der errechneten größten zulässigen Belastung des Gewindes IJ kann mau dann
das Profil des Schraubenmuttergewindes berechnen bzw. die erforderliche Änderung
feststellen, die erforderlich ist, um einegenau gleich hohe dauernde Festigkeit des Schraubenbolzens
und der Mutter und somit auch die beste Wirtschaftlichkeit der Verbindung zu erreichen.
Die Erfindung gestattet, dem Gewinde der Schraubenmutter eine Steigung zu geben.
die ganz wenig größer ist als die Steigung des Gewindes des Schraubenbolzens. Der
Unterschied ist vorteilhaft so zu wählen, daß bei der höchsten Belastung der Schraube die
beiden äußeren Gewindegänge der Schraubenmutter gleich stark durchgebogen sind. In einem solchen Falle wird der Wert des
Beiwertes k und somit auch die größte zulässige Belastung der Schraube B erhöht.
Auf Grund von praktischen Versuchen wurde ermittelt, daß durch die Muttern gemäß der
Erfindung die Dauerfestigkeit der Schraubeuverbindung gegenüber den Schraubenmuttern
mit gewöhnlichem Gewinde ungefähr verdoppelt wird. , So
Der winkelförmige Spalt zwischen den Flanken des Gewindes der Mutter und des
Schraubenbolzens ermöglicht, daß man Schrauben ware, ohne die Auswechselbarkeit
zu erschweren, mit bedeutend kleinerem Spiel erzeugen kann, als es bei gewöhnlichen Muttern
möglich ist. Man kann sogar auch mit negativem Spiel oder mit Übergreifung arbeiten,
die an den Gewindekanten a, a' !eicht durch die beim Festziehen der. Schraubenmutter
entstehende Verformung ausgeglichen werden kann.
Durch die Mutter gemäß der Erfindung wird schließlich auch die Elastizität der
Schraubenverbindung erhöht und auf diese Weise in gewissem Grade auch eine Sicherung
gegen Nachlassen der Verbindung· erzk-lt.
Claims (1)
- Patentanspruch:Zweiseitig verwendbare Schraubenmutter für dynamische Beanspruchung mit durch Unterschneidung des Muttergewindes vertieftem, biegsamem Gewinde, dadurch gekeimzeichni't, daß der Profilwinkel der verkürzten Tragtlankeii des symmetrischen Muttergewindes um 3 bis 6* kleiner ist als der Protilwinkel des Bolzengewindes und der Profilwinkel des unterschnittcnen Gewindeteils ungefähr 20° beträgt, wobei die Gangtiefe der vor- lU) kürzten Tragflanken ungefähr 1Z2 der üblichen Gangtiefe und die Gesamttiere des Gewindes der Mutter ungefähr 1.5 der Gangtiefe des Bolzens beträgt.Hierzu ι Blatt ZeichnungenIiKHLIN. OtDlHIOKl IN I)KIt
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEP66031D DE616084C (de) | 1932-09-17 | 1932-09-17 | Zweiseitig verwendbare Schraubenmutter fuer dynamische Beanspruchung |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DEP66031D DE616084C (de) | 1932-09-17 | 1932-09-17 | Zweiseitig verwendbare Schraubenmutter fuer dynamische Beanspruchung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE616084C true DE616084C (de) | 1935-07-23 |
Family
ID=7390715
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEP66031D Expired DE616084C (de) | 1932-09-17 | 1932-09-17 | Zweiseitig verwendbare Schraubenmutter fuer dynamische Beanspruchung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE616084C (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3266363A (en) * | 1964-04-21 | 1966-08-16 | Elastic Stop Nut Corp | Nuts with load distributing threads |
DE3300676A1 (de) * | 1982-01-11 | 1983-07-21 | Hi-Shear Corp., Torrance, Calif. | Befestigungselement mit gewinde und verfahren zu dessen herstellung |
EP0441224A1 (de) * | 1990-02-09 | 1991-08-14 | Anton Prof. Dr. Härle | Selbsthemmendes Gewinde |
-
1932
- 1932-09-17 DE DEP66031D patent/DE616084C/de not_active Expired
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3266363A (en) * | 1964-04-21 | 1966-08-16 | Elastic Stop Nut Corp | Nuts with load distributing threads |
DE3300676A1 (de) * | 1982-01-11 | 1983-07-21 | Hi-Shear Corp., Torrance, Calif. | Befestigungselement mit gewinde und verfahren zu dessen herstellung |
EP0441224A1 (de) * | 1990-02-09 | 1991-08-14 | Anton Prof. Dr. Härle | Selbsthemmendes Gewinde |
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