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Schrallbensicherullg.
Die Gewinde der Muttern und Schraubenbolzen haben gewöhnlich einen regelmässigen drei-oder rechteckigen oder ähnlichen Querschnitt, und die beiden Seitenflächen eines Gewindeganges sind zur Achse des Bolzens gleich geneigt.
Gegenstand der Erfindung ist eine Schraubensieherung, deren Eigentümlichkeit in der Unsymmetrie des Querschnittes des Gewindeganges liegt, indem nämlich die während des Einschraubens als Anlage-
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aufnimmt, einen spitzeren Winkel mit der Achse einschliesst als die andere Gangfläche.
Ein weiterer Teil der Erfindung besteht in einer stufenförmigen Absetzung der Stützfläche, welche aussergewöhnlich grosse Axialkräfte ohne Verquetschung der Gewindegänge aufnehmen kann.
Die Einhaltung der zur Erzielung und Erhaltung der Klemmwirkung notwendigen Neigung (ungefähr y) bereitet einer laufenden Herstellung Schwierigkeiten ; überdies kann bei Unregelmässigkeiten und Ungenauigkeiten der geneigten Flächen, besonders bei einem Spiel zwischen den zu verbindenden Teilen, die Klemmwirkung infolge von Stössen auf Bolzen oder Mutter aufhören.
Um diesen Nachteil zu vermeiden und selbst bei nicht sehr genauer und gleichbleibender Herstellung eine dauernd gute Klemmwirkung zu erzielen, auch wenn die Bolzen bei Spielraum zwischen den Stücken Stössen ausgesetzt sind, kann ein Profil geschaffen werden, dessen geneigte Seitenflächen
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hat, von denen die eine gering ist.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines gewöhnlichen Schraubenbolzens mit Mutter, Fig. 2 zeigt dieselbe Schraubenverbindung in erfindungsgemässer Ausführung. Fig. 3 zeigt eine Ausführung mit kegeliger Sitzfläche der Mutter. Fig. 4 zeigt eine Ausführung mit elastischer Unterlagsscheibe.
Fig. 5 ist eine Abart ohne elastische Unterlagsscheibe, bei der die Klemmung der Mutter am Bolzen durch die Neigung der Stützfläche auch ohne Einwirkung der zu verschraubenden Teile erzielt wird. Fig. 6 zeigt die Ausführung eines Gewindeganges mit einer stufenförmig abgesetzten Stützfläche. Fig. 7 und 8 zeigen verschiedene Stellungen der Gewindegänge nach Fig. 6. Fig. 9 veranschaulicht einen Schraubenbolzen mit der Ganghöhe gleich unendlich. Fig. 10 ist ein Schnitt nach X-X der Fig. 9. Die Fig. 11 und 12 zeigen Ausführungsformen der Gewindegänge. In den Fig. 13, 14 und 15 sind Schnitte durch eine weitere Ausführungsform der Gewinde in gelüfteter Stellung, in einer Zwischenstellung und in ganz festgeklemmte Stellung der Mutter dargestellt.
Fig. 17 und 18 zeigen zwei weitere Ausführungsformen des Gewindes.
Bei der in Fig. 1 dargestellten gewöhnlichen Schraubenverbindung sind die Winkel oc und welche die beiden Flanken des Gewindeganges mit der Achse einschliessen, untereinander gleich.
Bei der den Gegenstand der Erfindung bildenden Schraubensicherung sind dagegen die beiden Flanken jedes Gewindeganges ungleich geneigt, und die Stützfläche, die die Rückwirkung der Haltekraft aufzunehmen hat, hat eine geringere Neigung, wie dies aus Fig. 2 zu ersehen ist, in der a die Mutter, b den Bolzen und F, wie in Fig. 1, die Richtung der Rückwirkung zeigt, welche die Mutter während aes Festschrauben hält ; der Winkel ss1 ist wesentlich kleiner als der Winkel of.', der auch 900 betragen kann.
Aus der Rechnung ergibt sich, dass man durch diese Anordnung der notwendigen und hinreichenden Bedingung für die Unlösbarkeit genügt, die praktisch auf folgende Art und Weise ausgedrückt werden
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Reibungskraft zwischen Mutter und Bolzen mit Bezug auf die Achse desselben grösser ist als das grösste Reibungsmoment, das die Mutter auf die festgeschraubten Teile c ausüben kann. Infolgedessen ist die Verbindung zwischen Mutter und Bolzen eine festere als zwischen der Mutter und den zusammenzuhaltenden Teilen c, und wenn diese letzteren Erschütterungen oder Verschiebungen gegeneinander ausgesetzt sind, so verstellt sich wohl die Mutter mit Bezug auf diese Teile c, nicht aber gegenüber dem Bolzen, und es kann daher eine Lösung von selbst nicht eintreten.
Die Grösse, die man dem Winkel ss1 geben muss, um eine Lösung aus zufälligen Gründen zu vermeiden, kann leicht als Funktion der Ganghöhe, des Bolzendurchmessers, des Durchmessers des Bolzenkopfes oder der Mutter und des Reibungskoeffizienten der in Berührung stehenden Metalle berechnet werden.
Es ist jedoch möglich, die Schraubenverbindung auf gewöhnliche Art und Weise mittels Schlüssels wie eine gewöhnliche Schraubenverbindung zu lüften. Um das grösstmögliche auf die Mutter ausgeübte Reibungsmoment zu verkleinern, kann man der Mutter die in Fig. 3 dargestellte konische Sitzfläche a1 geben, um die Berührungsstelle zwischen Schraubenmutter und Unterlage der Bolzenachse möglichst zu nähern, wodurch der Hebelarm des Reibungsmomentes verkleinert wird. Diese Näherung der Be- rührungsstelle an die Achse gestattet eine Vergrösserung des zur Vermeidung der Selbstlösung notwendigen Winkels ss\ wodurch, bei gleicher Ganghöhe und gleichem Durchmesser, auch eine Vergrösserung der Tiefe des Gewindeganges möglich ist.
Wenn die zusammengeschraubten Teile c gegenseitigen Verschiebungen ausgesetzt sind und der Abnutzlmg unterliegen, wird zwischen der Mutter und diesen Teilen eine elastische Unterlagsscheibe angeordnet (Fig. 4), wie solche zu Sicherungszwecken an sich bekannt sind, welche Scheibe die trotz der Abnutzung eine genügende Pressung zwischen den Stützflächen der Gewinde des Bolzens und der Mutter hervorruft, wodurch die angestrebte Sicherheit gegen Selbstlösung erzielt wird.
Wenn die-zu verbindenden Teile nicht mit beträchtlicher Kraft aneinandergepresst zu werden brauchen, gibt man vorteilhaft dem Winkel ss1 einen noch kleineren Wert, als den zum Schutz gegen Selbstlösung notwendigen Wert, so dass die Mutter, sobald sie angezogen ist, auch dann auf dem Bolzen festgeklemmt bleibt, wenn zwischen den Teilen c Spiel besteht ; die Mutter sitzt alsdann auf dem Bolzen sozusagen nach Art eines heiss aufgezogenen Ringes (Fig. 5). Die für ein solches Festsitzen nötigen Beziehungen ergeben sich aus der Rechnung. Allgemein kann man sagen, dass der feste Sitz der Mutter auf dem Bolzen bei Werten der Tangente des Winkels ss1 erreicht wird, die kleiner sind als der Reibungkoeffizient.
Wenn die Mutter auf diese Weise am Bolzen festsitzt, kann sie sich auch bei einem Spiel der zu verbindenden Teile c nicht lockern. In diesem Falle ist also die Anordnung einer Unterlagsscheibe d nicht notwendig. Trotzdem kann man die Mutter mittels Schlüssels lüften, ohne eine grössere Kraft als zum Anziehen aufwenden zu müssen.
Oben wurde hervorgehoben, dass eine wesentliche Verkleinerung des Winkels ss1 vorgenommen werden kann, wenn die Mutter nicht zu bedeutenden axialen Drücken ausgesetzt ist ; bei einem beträchtlichen Druck wäre zu befürchten, dass sich die Gewindegänge verquetschen und die Mutter un- lösbar wird.
Um diese Nachteile zu vermeiden und dabei doch Verkeilung der Mutter auf dem Bolzen aufrechtzuerhalten, kann das in den Figuren 6 bis 8 dargestellte Gewinde angewendet werden. Der strichpunktiert angedeutete Teil f, i des Gewindeganges ist gegen die Achse des Bolzens zu um eine Grösse p verschoben, desgleichen die Gewindegänge der Mutter, d. h., der Gewindegang hat an Stelle des Querschnittes e, f, i, j den neuen Querschnitt e, g, A, i, j, wobei der abgenommene Teil g, h grösser ist als der stehen gebliebene Teil i, j.
Auch der Gewindegang der Mutter ist entsprechend ausgestaltet, so dass jede Stützfläche aus
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gänge der Mutter und Bolzens die in Fig. 6 dargestellte Stellung zueinander ein.
Wenn man die Mutter anzieht, wobei die Reaktionskraft in der Richtung des Pfeiles F in Fig. 7 auftritt, so gleiten die geneigten Flächen !, m, g, h und die Flächen n, o, i, j aufeinander und kommen in die Stellung der Fig. 7, in der sich die Mutter auf dem Bolzen festklemmt, wenn der Winkel pu genügend klein ist, um der oben erwähnten Bedingung für die Klemmung zu entsprechen.
Wenn schliesslich die von der Mutter aufzunehmenden axialen Kräfte gross werden, kommen die beiden Gewindegänge in die Stellung der Fig. 8 zueinander, für welchen Fall die zur Achse senkrecht oder nahezu senkrecht angeordneten Flächen m, n und A, i in Berührung kommen, wodurch die Gleitbewegung in der Mutter begrenzt wird.
Daraus geht hervor, dass diese Stufe in den Gewindegängen dem Festklemmen der Mutter am Bolzen beim Auftreten von in der Achsenrichtung wirkenden aussergewöhnlichen Kräften entgegenwirkt, wobei aber infolge des kleinen Winkels ss eine Selbstlösung der Mutter unmöglich ist.
Man kann auch das Gewinde so ausführen, dass die Flächen m, n und i, h schon bei einem normalen Anziehen in Berührung kommen ; es findet dann nicht nur längs der Flächen g, h und 1, m eine Verkeilung, sondern auch ein Druck zwischen den Flächen m, n und i, A statt.
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mit einem beliebigen Querschnitt ausgeführt werden. Das Profil mit versetztem Teil des Gewindeganges gemäss Fig. 6, 7 und 8 ist anwendbar, welches auch die Grösse des Winkels ss sein mag, ob nun eine Verklemmung der Mutter auf ihrem Bolzen ohne Gegendruck der zu vrrschraubenden Teile stattfinden soll oder nicht, vorausgesetzt jedoch, dass die Bedingung der Unmöglichkeit der Selbstlösung erfüllt ist.
In den Fig. 9 und 10 ist in Ansicht und Querschnitt eine andere Ausführungsform des Bolzens und seiner auf ihm sich klemmenden Mutter nach Fig. 5 dargestellt, bei der eine unendlich grosse Ganghöhe angenommen ist. Es ist leicht zu erkennen, dass die Mutter, je mehr bei Gleichhalten aller andern Grössen die Ganghöhe vergrössert wird, desto weniger die Teile durch die Schraubenwirkung zusammenhält, dass aber die Verklemmung um so kräftiger ist. Wenn man die Gewindeganghöhe vergrössert, so kommt man im Grenzfall, d. h. bei einer Ganghöhe gleich unendlich, zu einer Stange bl mit einer Stufe rl, die durch eine zur Achse des Bolzens und der Mutter parallele Rippe gebildet wird.
Der Querschnitt
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aus den Fig. 9 und 10 erkennt, erreicht man durch Drehung des Bolzens im Sinne des Pfeiles F bei festgehaltener Mutter a1 eine Klemmung, die durch keinerlei Zufälle aufgehoben werden kann. Man erhält so eine Bolzenverbindung mit der Möglichkeit einer augenblicklichen Verkeilung.
Es versteht sich von selbst, dass Gewinde, bei denen die Stützfläche eine grössere Neigung gegen die Achse besitzt als die abgewendete Fläche, nicht nur bei Schraubenbolzen, sondern ebenso bei mit Gewinden zu versehenden Wellen, Gewindebohrern, Schneideisen und andern mit Gewinde versehenen Maschinenteilen anwendbar sind.
Wenn man die Mutter im Sinne des Pfeiles (Fig. 11) durch Drehung anzieht, gleiten die geneigten
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verkeilen sich in der in Fig. 12 dargestellten Stellung.
Man sieht, dass in dieser Stellung die Mutter unter dem Einfluss der Axialkomponente der Keilwirkung im Sinne des Pfeiles f auf den Stützflächen abzugleiten trachtet, wenn sie infolge Abreibung oder sonstige Abnutzung der festzuklemmenden Teile auf diesen keine Stütze mehr findet. Wenn infolge entsprechender Wahl von tg 1 diese Komponente kleiner ist als die Reibungskraft, durch die die Mutter am Bolzen festgehalten wird, dann kann sich erstere unter dem Einfluss dieser Komponente nicht mehr bewegen und bleibt verkeilt. Infolge eines Stosses kann jedoch eine auf die Mutter einwirkende Kraft entstehen, deren eine Komponente in die Richtung des Pfeiles r fällt.
Durch Hinzukommen dieser neuen Komponente kann die gesamte Axialkraft in der Richtung r grösser werden als die die Mutter am Bolzen zurückhaltende Reibungskraft, was eine Lockerung der Mutter zur Folge hat. Das geschieht um so eher, je grösser die Neigung der Stützflächen gegen die Achse ist. Wenn also bei mehr oder weniger genauer Herstellung die Neigung, die ein beständiges Klemmen gewährleistet, nicht eingehalten wird, könnte sich die Mutter bei einem Spiel der zu verbindenden Teile und Auftreten von Stössen von ungünstiger Richtung und Grösse lockern.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung (Fig. 13-15) wird der Querschnitt der Keilfläche am Boden der Gewindegänge besonders ausgebildet, indem der der Stufe (h, i des Bolzens, bzw. ni, n der Mutter) am nächsten liegende Teil gegen die Achse im wesentlichen die Neigung Null erhält.
Dieses verbesserte Gewinde ist in Fig. 13 in der Stellung vor dem Anziehen der Mutter dargestellt.
Die Teile g, p und o, pl der Grundflächen der Gewindegänge des Bolzens b und der Mutter a sind gegen die Achse geneigt ; die an diese Teile anschliessenden Teile p, h und pl, n sind im Wesen parallel zur Achse. Die Teile 1, m und i, j werden, wie in Fig. 13 dargestellt, durch geneigte Flächen gebildet, deren Neigung jener der Teile g, p und pl, o entspricht. Die bei dieser Ausführung beim Anziehen der Mutter entstehende Rückwirkung der durch die Mutter festgeschraubten Teile wirkt auf die Mutter in der Richtung S. Die
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beim weiteren Anziehen gleiten sie auf denselben und werden infolge der Elastizität radial erweitert. In Fig. 14 ist eine Zwischenstellung dargestellt.
Der Punkt m, der anfangs der Achse näher ist als der Punkt p, erfährt durch das Aufbringen auf p, h eine Pressung, die von der elastischen Formänderung
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der Art der in Berührung-kommenden Metalle und der zur Erreichung dieser Stellung notwendigen Form- änderung abhängt.
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gänge auf diesen flacher geneigten Teil aufgeschoben sind.
Der Querschnitt des nach obigen Ausführungen zumindest aus einem geraden geneigten und einem geraden im-wesentlichen parallelen Teile zusammengesetzten Gewindebodens kann auch nach Fig. 18 durch eine stetige Krümmung gebildet werden. Zur Erzielung der Klemmwirkung genügt es, dass die Tangenten T an die Kurve bei g zur Achse geneigt sind, während die Tangenten F bei h im wesentlichen parallel zur Achse liegen.
Die Verwendung des zweifach geneigten Gewindebodens hat ausser der erreichten Klemmwirkung zwei andere wichtige Folgen :
1. Die Klemmung der Mutter und die Berührung der Stufen i, h, m., n, wird, wie bereits erwähnt, durch den im wesentlichen zur Achse parallelen Teil p, h (Fig. 13) des Gewindebodens, da in diesem Teile keine Formänderungen mehr stattfinden, beträchtlich erleichtert, ohne dass sich die festangezogene Mutter unter dem Einfluss der auf sie in der Richtung der Achse einwirkenden Kräfte lockert.
2. Da nicht die Neigung, welche dem zur Achsenrichtung unter einem Winkel stehenden Teil des Gewindebodens gegeben wird, bei angezogener Mutter die Klemmung aufrecht erhält, ist es auch nicht mehr notwendig, ihm eine die Klemmung gewährleistende kleine Neigung (ungefähr 1/12) zu geben, sondern
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auf den zur Achse parallelen Teil zu bringen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schraubensicherung, dadurch gekennzeichnet, dass die als Stützfläche während des Anziehens der Schraubenverbindung dienende Seitenfläche des Gewindeprofil einen kleineren Winkel mit der Achse einschliesst, als die entgegengesetzte Profilseitenfläche ( < o, Fig. 2).