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Schraubensicherung sowie Verfahren zu deren Herstellung.
Bei einer Gewindemutter kann man sich die das Gewinde bildenden Schraubenlinien dadurch erzeugt denken, dass ein Punkt mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit um eine Drehungsachse herum und in unverändertem Abstand davon kreist und gleichzeitig sich mit gleichförmiger Geschwindig- keit parallel zur genannten Achse verschiebt. Kennzeichnend für solches Gewinde ist, dass die Steigung, gerechnet als das Verhältnis zwischen der Änderung des winkelrechten Abstandes von einer Grund- ebene und der Änderung des entsprechenden Zentrumwinkels konstant ist.
Die Drehungsachse kann dabei als fest im Verhältnis zur Grundebene gedacht werden, wie dies bei gewöhnlichen Muttern der Fall ist, wobei die Achse des Gewindes gerade und winkelrecht zur genannten Ebene wird. Über die
Reibung zwischen dem Bolzen und der Mutter hinaus und zwischen dieser letzteren und der Unterlage kann eine Verriegelungswirkung dadurch eintreten, dass die untere Seite der Mutter im Verhältnis zur
Grundebene schräggeschnitten ist, so dass der Bolzen beim Drücken der Mutter gegen die Unterlage wegen eintretender Biegungsbeanspruchungen deformiert wird und somit eine gewisse Deformationsarbeit zum Drehen der Mutter erforderlich ist.
Es ist auch in Vorschlag gebracht worden, bei Erzeugung des Gewindeganges die Drehungsachse eine hin-und hergehende Seitenbewegung parallel zur Grundebene ausführen zu lassen, wodurch die Achse des Gewindes krumm wird. Bei Muttern der letztgenannten
Gewindetype ist das Bolzenmaterial Schubbeanspruchungen ausgesetzt worden, die an den oberen und unteren Endflächen der Mutter am meisten hervortraten. Kennzeichnend für diese beiden Schraubensicherungskonstruktionen war der Umstand, dass die Deformation, die die Voraussetzung der Sicherungswirkung der Mutter war, an gewissen Stellen des Bolzens konzentriert wurde, welch letzterer dadurch in die Gefahr geriet, geschädigt zu werden.
Vorliegende Erfindung bezweckt, eine solche Anordnung des Gewindeganges zu bewirken, dass der Bolzen beim Einschrauben Schubbeanspruchungen ausgesetzt wird, die möglichst gleichförmiger und im voraus bestimmbarer Beschaffenheit sind und praktisch genommen über das Ganze desjenigen Teils des Bolzens, der in die Mutter eingeschraubt ist, verteilt sind. Die Erfindung besteht in der Hauptsache darin, dass die Achse des Gewindes geradlinig ist und einen schiefen Winkel zur Grundebene bildet.
Die Erfindung soll jetzt an Hand der Zeichnung näher beschrieben werden, in welcher Fig. 1 die geometrischen Eigenschaften des Gewindeganges bei gewöhnlichen Muttern und Fig. 2 die entsprechenden Eigenschaften einer Sehraubensieherung gemäss der Erfindung darstellt. Fig. 3 zeigt einen Durchschnitt durch die letztgenannte Sehraubensieherung in der yz-Ebene. Fig. 4 veranschaulicht schematisch die Verhältnisse bei Schubbeanspruchungen in einem Material. Fig. 5 zeigt schematisch die Schubwirkung bei einem Bolzen, der in eine Schraubensicherung gemäss der Erfindung eingeschraubt worden ist. Fig. 6 veranschaulicht in perspektivischer Ansicht die Verhältnisse bei einem Bolzen, der in eine Sehraubensieherung gemäss der Erfindung eingeschraubt worden ist.
Ein gewöhnlicher, gerader Gewindegang wird gemäss Fig. 1 dadurch erzeugt, dass ein Punkt P mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit um eine Drehungsachse A im Abstand a von dieser kreist und gleichzeitig sich mit gleichförmiger Geschwindigkeit parallel zur genannten Achse verschiebt.
Wenn man die Steigung berechnet als das Verhältnis zwischen der Änderung dz des winkelrechten
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gegenseitigen Winkelverschiebung ist durchaus eine Konstante.
Um einen vollständigen Gewindegang zu erzeugen, ist eine unendliche Anzahl von gleichlaufenden, die obengenannten Bedingungen befriedigenden Schraubenlinien erforderlich, die sämtlich einen wenig verschiedenen Abstand a aufweisen, entsprechend den verschiedenen Teilen der Gangtiefe.
In Fig. 3 wird veranschaulicht, wie der erzeugte Gewindegang in einem Schnitt in der y-Ebene durch eine Schraubensicherung Mi in Erscheinung tritt.
Man kann sich schliesslich die Schraubensicherung gemäss der Erfindung aus einer gewöhnlichen, geraden Mutter dadurch entstanden denken, dass die letztere in eine unendliche Anzahl dünner, mit den Endflächen parallelen Schichten aufgeteilt wird, die stufenweise etwas nach der Seite hin ver- schoben werden, bis die geometrische Achse des Gewindes die gewünschte Neigung erhält.
In Fig. 4 wird in stark vereinfachter Form der Zusammenhang zwischen Schub und Schubkraft
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formändernde Kraft pro Quadratzentimeter c proportional mit dem Schub o. Wenn dieser einen gewissen Wert 00'erreicht, wächst die erforderliche Kraft nicht mehr, sondern bleibt konstant und gleich T mM-Der aufsteigende Teil B der Kurve entspricht wie bekannt elastischer und der horizontale
Teil c plastischer Formänderung. Der Unterschied ist bekanntlich, dass die elastische Deformation ganz oder teilweise beim Aufhören der Beanspruchung schwindet, während die plastische Deformation auch nach Aufhören der Beanspruchung fortdauert.
Bei Schraubensicherungen, die sich nicht auf reine Reibung gründen, sind deshalb lediglich Sehübe, die grösser als der der Fliessgrenze entsprechende Wert 00'sind, von Bedeutung bei der Erzeugung einer Sicherungswirkung.
Um die Wirkung einer Schraubensicherung gemäss der Erfindung mathematisch behandeln zu können ist in Fig. 5 in perspektivischer Ansicht ein Zylinder D1 gezeichnet, der dem Kerndurehmesser des Bolzens entsprechend und aus einem geraden Zylinder durch gleichförmigen Schub von dessen Volumenelement in Richtung der y-Achse entstanden zu denken ist. Der veranschaulichte Zylinder entspricht somit demjenigen Teil des Bolzens, der sich innerhalb der Sehraubensicherung befindet.
Beim Herumdrehen der Sehraubensicherung erzeugt die Zentrumlinie des Zylinders eine konische Fläche, deren Schnitt mit der oberen Endfläche des Zylinders aus einem Zirkel mit dem Radius r gleich H. ss besteht, wo ss, das der Komplementwinkel des Winkels or ist, ein kleiner Winkel und H die Höhe des Zylinders ist. Die Resultante F der Schubkräfte, multipliziert durch die Verschiebung r, ergibt ein Mass des äusseren Kräftepaares, das angebracht werden muss, um den Bolzen zu deformieren. Dieses Produkt F. r ist mit andern Worten ein Mass des inneren Verriegelungskräftepaares, abgesehen von der Sicherungswirkung, die infolge der Reibung im Gewinde und gegen die Unterlage eintritt.
In Fig. 6 wird eine Schraubensicherung M2 veranschaulicht, die auf den Bolzen B2 teilweise aufgeschraubt worden ist. Dieser wird hiedurch deformiert, so dass die dargestellte seitliche Verschiebung zwischen dem oberen Teil Bz und dem unteren Teil Bg des Bolzens durch den von der Mutter verursachten Sehub entsteht.
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Das äussere Kräftepaar K, das an der Schraubensicherung angebracht werden muss, um diese zum Drehen zu zwingen, ist, wenn die Reibung im Gewinde selbst ausser Acht gelassen wird
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Quadratzentimeter ist.
Die wichtigsten Vorteile einer Schraubensicherung gemäss der Erfindung sind :
1. Sämtliche, von der Schraubensieherung umschlossene Volumenelemente des Bolzens tragen zur Erzeugung des gesamten, inneren Sieherungskräftepaares in gleichem Grade bei, wodurch das Bolzenmaterial auf beste Weise ausgenutzt wird.
2. Die Berührungsfläche im Gewinde zwischen Bolzen und Sehraubensieherung wird möglichst gleichförmig belastet, wodurch Flächenschäden möglichst vermieden werden.
3. Die untere Fläche der Sehraubensieherung bleibt beim Anziehen winkelrecht zu demjenigen Teil des Bolzens, der in die Mutter noch nicht eingeschraubt worden ist.
4. Die Toleranzen bei Mutter und Bolzen haben möglichst kleinen Einfluss auf die Sicherungwirkung, wodurch der höchstmögliche Grad der Auswechselbarkeit und Sicherheit erzielt wird.
Bei Herstellung der Schraubensicherung wird zunächst ein schiefe, mit der Achse des bezwecken Gewindes paralleles Loch im Muttermaterial aufgenommen, wonach ein Gewindebohrer in das Loch mit der Achse winkelrecht zur Grundebene eingeführt und gleichzeitig im Verhältnis zur Mutter in eine Verschiebungsbewegung parallel mit, eine Drehbewegung rund um, sowie eine Seitenbewegung winkelrecht zur Achse des Gewindebohrers mit gleichförmiger Geschwindigkeit auf solche Weise gebracht wird, dass die Punkte der Gewindebohrerachse mit der Achse des bezwecken Gewindes parallele, gegen die Grundebene geneigte, gerade Linien erzeugen.
Beim Gewindeschneiden gilt, dass derjenige Punkt der Achse des Gewindebohrers, der den Schneidepunkt mit dem, dem vollen Gewindeprofil entsprechenden Gewindebohrerdurchmesser bildet, beim Gewindeschneiden mit der geometrischen Achse des Gewindes zusammenfällt und sich entlang dieser Achse verschiebt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schraubensicherung mit Gewinde, bei welcher die Steigung, gerechnet als das Verhältnis zwischen der Änderung des winkelrechten Abstandes von einer Grundebene und der Änderung des entsprechenden Zentrumwinkels, konstant ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des Gewindes geradlinig ist und einen schiefen Winkel zur Grundebene bildet.