<Desc/Clms Page number 1>
Mutter mit Schraubensicherung durch ein Axiallager
Es sind zahlreiche Arten von Sicherheitsschraubenmuttern oder Vorrichtungen bekannt, durch welche die Lockerung von Schraubverbindungen verhindert werden soll. Derartige Verbindungen sind Schwingun- gen oder ganz allgemein Bewegungen unterworfen, welche entweder starke Kräfte oder grosse Beschleuni- gungen hervorrufen.
Um den Stand der Technik auf diesem Gebiet aufzuzeigen, sind in der Zeichnung drei der meist ge- brauchten Arten dieser Vorrichtungen dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine mit Hilfe einer Schraubenmutter 1 und einer Gegenmutter 3 verwirklichte Verbin- dung. Ein Stehbolzen 2 ist in einem Basisstück B fixiert und ein Element 5 z. B. eine Hülse, welche an das Basisstück fest angepresst werden soll, wird von dem Stehbolzen 2 durchsetzt. Eine solche Verbindung hat den Zweck, ein zusätzliches Reibungsmoment zwischen der Schraubenmutter und der Gegenmutter zu erzeugen, um die Lockerung der Schraubenmutter zu vermeiden. Bei dieser Verbindung ist der Spannungszustand zwischen den Gewinden des Stehbolzens und der Schraubenmutter gegenüber dem nach dem
Anziehen der Schraubenmutter oder vor deren Blockierung durch die Stellmutter bestehenden Zustand vermindert.
In der Praxis treten starke Reibungskräfte zwischen dem angepressten Stück und der Schraubenmutter sowie zwischen der Schraubenmutter und der Gegenmutter auf, so dass diese drei Elemente miteinander praktisch ein Stück bilden. Es folgt daraus, dass eine solche Verbindung gelockert wird, wenn das Element 5 Schwingungen unterworfen wird, weil die Schraubenmutter und die Gegenmutter durch Reibung bei ihren Winkeldrehungen im Sinne des Lockerwerdens mitgerissen werden.
Anderseits ist die Gesamtmasse der Schraubenmutter und der Gegenmutter nicht zu vernachlässigen, so dass bei Auftreten einer Schwingung, die vorhandenen grossen Trägheitsmomente oft genügen, das Lockerwerden einer solchen Verbindung zu bewirken,
Im Falle eines angepressten, durch eine in Fig. 1 dargestellte Verbindung an mehreren Stellen gehaltenen Stückes 5 ändert dieses angepresste Stück unter der Wirkung der Schwingungen elastisch seine Form. Die Drehmomentkomponente dieser elastischen Formveränderungen, welche in entgegengesetzter Richtung zum Gewinde wirken, sowie die dynamischen Effekte des Stückes 5 in diesem gleichen Sinne, bewirken die Lockerung der Schraubenmuttern.
Fig. 2 zeigt eine mit Hilfe einer Schraubenmutter 1 und einer federnden Unterlagscheibe 4 verwirklichte Verbindung. Eine solche Verbindung sucht die Schraubenmutter und das anzupressende Stück 5 miteinander zu verbinden bzw. als ein Stück erscheinen zu lassen. In der Tat dringen die scharfen Kanten der federnden Unterlagscheibe aus gehärtetem Stahl beim Anpressen in eine Seite der Schraubenmutter und in eine Seite des angepressten Stückes ein. Bei einer solchen Verbindung wird die Schraubenmutter in alle elastischen oder nicht elastischen Winkelverschiebungen des Stückes 5 mitgerissen, was die Lockerung der Verbindung, wie in bezug auf Fig. 1 beschrieben, bewirkt.
Fig. 3 zeigt eine mit Hilfe einer Schraubenmutter verwirklichte Verbindung, welche Schraubenmutter einen Ring b aus biegsamem Material (Fiber oder plastischer Masse) aufweist. Dieser Ring wird beim Anpressen durch das Gewinde des Stehbolzens 2 in seiner Form verändert und sucht die Reibungskräfte zwischen der Schraubenmutter und dem Stehbolzen zu erhöhen. Obwohl dies unter den bereits beschriebenen Verbindungen die beste Art einer Sicherheitsschraubenmutter ist, sind die zwischen der
<Desc/Clms Page number 2>
Schraubenmutter und dem angepressten Stück auftretenden Reibungskräfte genügend, um die Schrauben- mutter in die elastischen oder nicht elastischen Winkelverdrehungen des Stückes 5 mitzureissen, und mit- hin die Lockerung der Verbindung zu bewirken.
Bei der letztgenannten Verbindung kann die Schraubenmutter praktisch nicht verloren werden, d. h. sie kann-richtige Dimensionierung vorausgesetzt-den Stehbolzen nicht von selbst verlassen, da das zwischen der Schraubenmutter und dem Stehbolzen durch die elastische Formveränderung des Ringes b hervorgebrachte Reibungsmoment eine Lösung der Verbindung sicher verhindert, da bedingt durch die kleine Masse der Schraubenmutter das Trägheitsmoment und damit das durch einewinkelbeschleunigung hervorgerufene Drehmoment gering ist. So können in der Praxis die Schwingungen des angepressten Stük- kes P nur eine leichte Lockerung bewirken, wenn sich die Anpressspannung zwischen dem Stück und der
Schraubenmutter stark zu verringern sucht.
Wenn dagegen diese Spannung merklich ihren Ausgangswert beibehält, lockert sich die Schraubenmutter vollkommen. Ein anderer Nachteil dieser Lösung liegt in der
Tatsache, dass der elastische Bestandteil Eigenschaften von begrenzter Dauer aufweist, somit in seinen
Eigenschaften nicht beständig ist und besonders keine erhöhten Temperaturen verträgt, was seinen An- wendungsbereich begrenzt.
In den Fällen, in denen es unbedingt nötig ist, die durch Schwingungen oder jede andere, durch den
Gang des Apparates, der Maschine oder der Installation, von denen die Verbindung ein Bestandteil ist, hervorgerufene Ursache bewirkte Lockerung der Verbindung zu vermeiden, ist man zur Zeit gezwungen, Kronenmuttern zu verwenden und sie zu versplinten. Eine solche Lösung ist wenig praktisch und verlangt für die Montage qualifizierte Arbeiter. Anderseits ist bei einer Wiedervereinigung infolge einer Reparatur oder jeder andern Ursache, die das Auseinandernehmen einer solchen Verbindung notwendig macht, nur eine einzige Stellung der Kronenmutter gegenüber dem Stehbolzen möglich.
Dies bringt häu- fig ungewünschte Spiele oder auf jeden Fall Anpresskräfte mit sich, die nicht im voraus bestimmt werden können. Überdies ist der Preis für die Montage dieser Einrichtung sehr hoch.
Die physikalische Analyse sowie die durchgeführten praktischen Versuche zeigen, dass das beste Mittel das Lockerwerden einer Schraubenmutter zu verhindern, darin besteht, ihr Mitgerissenwerden durch das angepresste Stück zu vermeiden. In diesem Zusammenhang wurde eineMuttermitSchraubensicherung durch ein Axiallager bekannt, das sich in einer koaxial zur Mutternachse angeordneten Ausnehmung der Mutter befindet, und dessen Lagerring sich gegen den Boden der Ausnehmung abstützt. Bei einer derartigen Sicherung ist es bereits bekannt, den Lagerring mit einem Gewinde zu versehen, das mit jenem der Mutter übereinstimmt. Zwecks Montage muss jedoch der Lagerring, da er ein Gewinde trägt, mit der Mutter drehschlüssig verbunden und gegen axiale Verschiebung gesichert werden.
Bei der bekannten Ausführung erfolgt diese Sicherung durch einen Stift, der durch den Mutterkörper hindurch und in den Lagerring hineinragt. Nach der Montage muss jedoch der Stift entfernt werden, damit der Mutterkörper vom Lagerring getrennt wird und zwei mehr oder minder voneinander unabhängige Körper entstehen, wie dies für Schraubensicherungen der genannten Art erforderlich ist. Die aufgezeigte Lösung konnte jedoch in der Praxis wegen ihrer Kompliziertheit und kostspieligen Herstellung nicht befriedigen.
Eine in der Herstellung und im Zusammenbau einfache Schraubensicherung wird erreicht, wenn er- findungsgemäss die äussere Wandung der Ausnehmung mit einem nach innen vorstehenden Widerlager versehen ist, welches mit einem TeildesLagerringes zusammenarbeitet, um das Axiallager in seiner axialen Lage in der Ausnehmung zurückzuhalten, wobei gegebenenfalls die Ausnehmung gegen die Bohrung der Mutter von einer sich in axialer Richtung erstreckenden Wand begrenzt ist.
Die erfindungsgemässe Schraubensicherung ist dauerhaft, da alle Bestandteile unter spezifischen Drücken arbeiten, die unter den Elastizitätsgrenzen liegen. Dies ist selbst für normale Montagen gültig, wie auch für solche in Umgebungen mit erhöhter Temperatur, wie sie in allen thermischen Maschinen (Motoren, Turbinen usw.) häufig sind.
An Hand der Fig. 4-8 wird der Erfindungsgegenstand beispielsweise erläutert.
Die Fig. 4-6 zeigen, teilweise im Schnitt, drei Ausführungsbeispiele von Muttern mit Schraubensicherung durch ein Axiallager. Die Fig. 7 zeigt einen mit Hilfe von zwei selbstsichernden Schraubenmuttern verwirklichten axialen Anschlag. Fig. 8 zeigt eine andere Abart der Sicherheitsschraubenmutter.
In der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform umfasst die selbstsichernde Schraubenmutter eine Schraubenmutter 6 und ein praktisch vollkommen im Inneren dieser Schraubenmutter untergebrachtes Kugeldrucklager. Immerhin ragt der äussere Ring dieses Drucklagers in bezug auf die Stirnfläche der Schraubenmutter wenig hervor.
Die Schraubenmutter 6 weist eine äussere Form und ein Gewinde auf, welche einer der in Kraft befindlichen Normen gemäss den Erfordernissen des Benützers entspricht. Diese Schraubenmutter 6 weist
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
<Desc/Clms Page number 4>
somit mit derjenigen identisch, welche in bezug auf die Fig. 4 beschrieben worden ist.
In andern Abänderungen können die Ringe 19 und 11 Rillen aufweisen, welche Schmiermittelbehäl- ter bilden. Dies gestattet eine bessere Schmierung des Drucklagers zu erreichen, wodurch deren innere
Reibungskräfte noch vermindert werden.
Es ist klar, dass noch andere Ausführungsabänderungen der beschriebenen Schraubenmutter verwirk- licht werden können, indem jedesmal eines der Widerlager 10 und eines der in bezug auf die Fig. 4-6 be- schriebenen Drucklager kombiniert werden.
Fig. 7 zeigt einen mit Hilfe einer Schraubenmutter der beschriebenen Art verwirklichten axialen An- schlag.
Zwischen das BasisstückB und das Stück P ist eine Rundscheibe 22 eingeschaltet. Eine erste selbstsi- chernde Schraubenmutter 23 wird eingeschraubt bis sie das Stück P berührt, ist. aber nicht an dieses ange- presst. Eine zweite selbstsichernde Schraubenmutter 24 ist an die erste angepresst, so dass sie mit dem
Stehbolzen 2, dank der grossen Reibungskräfte, welche zwischen einer jeden von ihnen und dem Stehbol- zen auftreten, ein Stück bildet. Das Stück P ist daher frei für jede Winkelverdrehung, da es sich auf dem
Lagerring 13 eines Drucklagers stützt, aber seine axiale Stellung ist durch die beiden mit dem Stehbol- zen 2 ein Stück bildenden Schraubenmuttern fixiert.
In einer Ausführungsabänderung des in Fig. 7 gezeigten Anschlages kann das Basisstück B durch zwei auf den Stehbolzen 2 in der in bezugaufFig. 7 beschriebenen Art fixierte Sicherheitsvorrichtungen für Schraubenmuttern ersetzt sein. Das Stück P kann sich um den Stehbolzen 2 drehen ; ist aber durch die zwei Paare der dies-und jenseits dieses Stückes gelegenen Schraubenmuttern, die sehr stark gegenein- ander blockiert sind, in einer bestimmten axialen Stellung gehalten. Die Wirksamkeit dieser axialen
Anschläge ist die gleiche, ob die selbstsichernden Schraubenmuttern in der in Fig. 7 dargestellten Art angeordnet oder ob sie derart placiert sind, dass die beiden Kränze 13 miteinander in Kontakt stehen.
Eine solche Anordnung verschafft ausserdem die Möglichkeit einer leichten und bequemen Regulierung der axialen Stellung des Stückes P längs des Stehbolzens 2.
Fig. 8 zeigt eine Abänderung der Fig. 6, wobei die Schraubenmutter mit einem Kugeldrucklager 11, 13,14 z. B. von der Kugelgelenkart, ausgestattet ist. Die Gewindehöhe entspricht der Gewindehöhe einer Standardschraubenmutter, aber die Distanz der Seiten entspricht dem kleinsten, in bezug auf den Gewindedurchmesser normalisierten Ausmassen um einen Wert erhöht, der ungefähr der Gesamthöhe des Kugeldrucklagers entspricht. Das Gewinde auf der. Höhe des Kugeldrucklagers ist somit weggelassen, was erlaubt, diesem Drucklager die richtige Abmessung zu geben, welche den für den mechanischen Widerstand erforderlichen Bedingungen entspricht.
Aus der Beschreibung folgt, dass das angestrebte Ziel nicht dadurch erreicht wird, dass die Schraubenmutter mildern anzupressenden Stück praktisch ein Stück bildet, wie dies bei den meisten der bestehenden Sicherheitsvorrichtungen der Fall ist, sondern ganz im Gegenteil, indem die Schraubenmutter für jede ihrer Winkelverschiebungen von dem anzupressenden Stück unabhängig gemacht wird.
Bei der Ausarbeitung der beschriebenen selbstsichernden Schraubenmuttern durchgeführte Versuche haben gezeigt, dass die erforderlichen und ausreichenden Bedingungen dafür, dass eine Schraubverbindung unter der Wirkung von Vibrationen oder anderer Bewegungen nicht gelockert werden kann, ist, dass das durch die Reibungskräfte zwischen der Schraubenmutter und dem Stehbolzen hervorgerufene Anpresskräftepaar grösser ist als das durch die Reibungskräfte zwischen der Schraubenmutter und dem angepressten Stück hervorgerufene Antriebskräftepaar.-
Wenn die selbstsichernde Schraubenmutter sehr starken Vibrationen unterworfen wird, ist es vorteilhaft, eine Schraubenmutter aus Leichtmetallen oder aus Kunststoff zu verwenden, um deren Beharrungsvermögen zu verringern.
In diesen Fällen wird man auch mit Vorteil mit einem Ring aus plastischer Masse oder-Fiber ausgestattete Schraubenmuttern verwenden, wie in bezug auf die Fig. 6 beschrieben, die eine Erhöhung der Reibungskräfte zwischen der Schraubenmutter und der Schraube gestatten und ausserdem die Schraubenmutter im Falle einer Zertrümmerung des angepressten Stückes oder einem ungenügenden Anpressen unverlierbar machen.
Es versteht sich von selbst, dass das Anpresskräftepaar zu dem Durchmesser der Schraube in einem richtigen Verhältnis stehen muss, denn, wenn dieses Kräftepaar zu gross wird, erhält man eine Verlängerung der Schraube und damit eine Formänderung ihres Gewindes. Wenn sich eine solche Verlängerung der Schraube auch in wirksamerweise einer Lockerung der Verbindung widersetzt, so widersetzt sie sich aber auch einer Wiederbenützung dieser Schraube bei einer erneuten Montage nach einem Abmontieren.
Die beschriebene Sicherheitsschraubenmutter genügt auf Grund ihrer Konstruktion den oben geschilderten Bedingungen und macht daher jeden Antrieb der Schraubenmutter durch das angepresste Stück un-
<Desc/Clms Page number 5>
möglich, dank der Begrenzung der Reibungskräfte zwischen diesen beiden Elementen auf einen niedrigeren Wert als denjenigen der Reibungskräfte zwischen der Schraubenmutter und der Schraube. Anderseits ist die Schraubenmutter der beschriebenen Sicherheitsvorrichtung im allgemeinen leichter als die gewöhnlichen Schraubenmuttern, infolge der in ihr angebrachten Ausnehmung 7, was die durch die Eigenmasse der Schraubenmutter verursachten Trägheitskräfte vermindert, wenn die Schraubenmutter grossen
Beschleunigungen unterworfen wird, wodurch auch die Gefahr einer Lockerung der genannten Schrauben- mutter vermindert wird.
Weit davon entfernt, die Schraubenmutter zu schwächen, sucht die für die Unterbringung des Kugel- drucklagers reservierte Ausnehmung 7 im Falle einer richtigen Dimensionierung eine bessere Verteilung der Beanspruchungen im Gewinde über dessen ganze Höhe zu begünstigen.
Bei einer Mutterausbildung, wie sie in Fig. 6 schematisch gezeigt wird, reicht die für das Drucklager vorgesehene Ausnehmung bis zur Schraube 2 selbst. Dies kann gewissen Notwendigkeiten der Dimensionierung oder Fabrikation entsprechen. Die Höhe des mit Gewinde versehenen Teils der Schraube ist dann eine Funktion der verlangten Wirkungseigenschaften und der Wahl der Materialien.
Es ist klar, dass die Dimensionierung der Kugeldrucklager der ganzen von diesem Sonderfall abhängigen Technik Rechnung tragen muss. Besonders könnte in Fig. 4 der Sitz des Ringes 11 auf dem Boden der Ausnehmung 7 ohne weiteres, z. B. in der Art eines sphärischen Kugelgelenkes sein. Da das Kugeldruck- lager dem Körper der Schraubenmutter einverleibt ist, könnte das Gehäuse der gewöhnlichen Kugellager, wie es laufend gebraucht wird, weggelassen werden, was die Montierung einer grösseren Anzahl von Kugeln gestattet, die miteinander in Kontakt sein können. In dieser Weise hat die Anzahl der Kugeln vervielfacht werden können, was das Problem ihres mechanischen Widerstandes zu lösen gestattet.
Es ist zu bemerken, dass die Beanspruchungen, welche sich auf das Drucklager auswirken, axial gerichtet sind und ihr Wert daher beschränkt ist. Das Spiel zwischen den Laufringen und den Wandungen der Ausnehmung 7 kann auf ein Minimum reduziert sein, so dass die relativen Verschiebungen zwischen der Schraubenmutter und den Organen des Drucklagers immer konzentrisch sind. Dies ist im allgemeinen für Montierungen, welche von dem Monteur individuell montierte Stücke umfassen, nicht der Fall und die relativen Exzentrizitäten, welche auftreten können, bewirken dann seitliche Beanspruchungen, welche häufig zu einem Bruch der Rollbahnen führen.
Die Anzahl der Kugeln ist offensichtlich eine Funktion ihres Durchmessers und dieser letztere wird in Funktion des Durchmessers des Stehbolzens 2 gewählt, so dass beim Anziehen der Schraubenmutter die Kugeln einerseits keine Abdrücke in den Rollbahnen der Ringe bilden und anderseits die Dicken der Seitenwände der Ausnehmung noch genügend sind, um den Beanspruchungen zu widerstehen, denen sie ausgesetzt sind. Die richtige Dimensionierung der Kugeln und ihre wie oben angegeben gewählte Höchstzahl hat die Breite der Rollbahnen zu vermindern gestattet, welche von nun an im Inneren des Körpers der Schraubenmutter untergebracht werden können.
Die erfindungsgemässe Sicherheitsschraubenmutter kann ohne weiteres mit den Mitteln des Abstechens, des Heiss- und Kaltpressens, wie sie schon heute bei der Fabrikation von Schraubenmuttern und Kugellagern gebraucht werden, in Fabrikation genommen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Mutter mit Schraubensicherung durch ein Axiallager, das sich in einer koaxial zur Mutternachse angeordneten Ausnehmung der Mutter befindet, und dessen Lagerring sich gegen den Boden der Ausnehmung abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Wandung der Ausnehmung mit einem nach innen vorstehenden Widerlager (10, 17, 17a) versehen ist, welches mit einem Teil des Lagerringes (13) zusammenarbeitet, um das Axiallager in seiner axialen Lage in der Ausnehmung (7) zurückzuhalten,. und dass gegebenenfalls die Ausnehmung (7) gegen die Bohrung der Mutter von einer sich in axialer Richtung erstreckenden Wand begrenzt ist.