Sicherung für Gewindebolzen oder Muttern
Neben Federringen, Kronenmuttern und Sicherungsblechen gibt es verschiedene Möglichkeiten, Schraubenverbindungen bei dynamischer Beanspruchung zu sichern.
Gegenüber den angeführten konventionellen Verbindungen bzw. Schraubensicherungen gehören Sicherheitsmuttern oder selbstsichernde Muttern zu den jüngsten Entwicklungen von Schraubensicherungen.
Bekannt ist z. B. eine Sicherheitsmutter mit Kunststoffring aus Polyamid, die zunehmend in der Automobilindustrie an kritischen Bauteilen benutzt wird.
Neben dieser Sicherheitsmutter existiert seit geraumer Zeit eine weitere selbstsichernde Mutter in Ganzmetallausführung, die gleichfalls von vielen Betrieben aus Gründen der Kostensenkung und Rationalisierung, insbesondere in der Fahrzeug- und Flugtechnik benutzt wird.
Die Wirkungsweise ist derjenigen der bekannten Mutter mit Kunststoffring ähnlich, wobei das Sicherungselement, das bisher aus einem eingefügten Polyamidring bestand, als elliptisch ausgeführter Kragen am Kopf der Mutter ausgeführt ist.
Ein besonderer Vorteil dieser Ganzmetall-Sicherheitsmutter liegt in der hohen Temperaturbeständigkeit und nicht zuletzt im Herstellungspreis, wobei demgegen über die Mutter mit Polyamidring auf Grund der elastischen Eigenschaft dieses Kunststoffes eine fast unbegrenzte Wiederverwendbarkeit gegenüber der Ganzme tallmutter besitzt, weil durch wiederholte Benützung derselben die elliptische Formgebung des Sicherheitskragens durch den üblichen Kraftfluss erheblich abgebaut wird und sich das Sicherungsmoment dementsprechend verringert.
Bekannt ist ferner eine Ganzmetall-Sicherheitsmutter unter Verwendung einer Drahtfeder, welche nach der Art einer Druckknopffeder gebogen und im Kopfteil der Mutter, ähnlich der Kunststoffringausführung, eingebördelt ist.
Allgemein haben die Anordnungen bekannter Schraubensicherungselemente den Fehler, dass nur wenig Gewindegänge für die Sicherung benutzt werden. Abgesehen von dem häufig feststellbaren Gewindefressen bei mehrmaliger Verwendung, welches durch den überhöhten Flankendruck hervorgerufen wird, ist als weiterer Nachteil die Abstimmung und die genaue Einhaltung des erforderlichen Sicherungsdrehmomentes zur optimalen Sicherung der Schraubverbindungen; denn über den kleinen Weg von nur einem bis max. drei Gewindegängen ist dieses kaum möglich, zu erzielen.
Schon bei der geringsten Lockerungsdrehung, die bei Sclilagerschütterungen oder hohen Belastungsschwingungen auftreten kann, ist die vorbestimmte Sicherheit der Schraubenverbindung verloren.
Ferner ist die uneingeschränkte Wiederverwendbarkeit der Muttern und Gewindebolzen nicht gegeben, da eine Auswechselbarkeit der Sicherungen bei den bekannten Ausführungsformen nicht gegeben ist.
Alle diese Mängel können mit der Sicherung gemäss vorliegender Erfindung beseitigt werden. Diese ist gekennzeichnet durch mindestens eine Feder, die zwischen den zu verschraubenden Teilen eingelegt ist und die gegen das Gewinde des einen Teils, auf einer axialen Länge von mindestens einem Gewindegang, einen radialen Druck ausübt.
In den beigelegten Zeichnungen sind drei Ausführungsbeispiele der Sicherung gemäss der Erfindung dargestellt.
Figur 1 zeigt in Perspektive eine Mutter, gemäss welcher die Sicherungsfedern axial über die Gewindegänge verlaufen.
Figur 2 zeigt im Axialschnitt die Mutter mit eingelegter Sicherung.
Figur 3 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Sicherungselement.
Figur 4 zeigt den teilweisen Axialschnitt einer in eine Schraube angeordneten Sicherung.
Figur 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 6 zeigt im Axialschnitt eine Schraubenverbindung mit einem dritten Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung.
Das Beispiel gemäss Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Sicherung mit Mutter (1), welche im starken Wandungsbereich der Mutternecken diagonal zur Mitte verlaufend in der Gewindeachsrichtung Uförmig gebogene Stahlfedern 2, welche in dem Bereich der Materialstärke bündig zur Mutternwandung und Gewindetiefe in Senknuten 3 auf Vorspannung gehaltert ruhen.
Der Schnitt a-b ist in der Fig. 2 dargestellt, welcher erkennen lässt, dass die U-förmig gebogene Feder 2 im Bereich des Gewindes axial ausgebogen ist und bei dem Einschrauben des Gegengewindes einen radialen Druck, d. h. eine freie elastische Federung ausüben kann, weil die Senknute 3 in den Gewindegängen so tief ausgeführt ist, dass diese über die Gewindetiefe hinaus die Feder 2 ohne Anpressdruck aufnimmt.
Wie die Fig. 3 als Variante des Beispiels gemäss Fig. 1 zeigt, sind die Sicherungsfedern 2 aus einer Stahlblechunterlegscheibe 4 herausgestanzt und so geformt, dass diese durch die nach aussen liegende Neigung der Federn 2 bei der Einführung in die inneren Muttern nuten 3 eine Vorspannung zur selbständigen Halterung erhält, wodurch eine einheitliche Sicherheitsmutter mit Unterlegscheibe geschaffen ist.
Es versteht sich, dass bei dieser Anordnung, die axial verlaufenden Senknuten 3 nur im Bereich der Mutternbohrung, also des Gewindes, erforderlich sind.
Die Fig. 4 zeigt als weitere Variante des Beispiels gemäss Fig. 1 die Anordnung der Sicherungsfeder 2 an einem Gewindebolzen 5, welche auch hier U-förmig gebogen in den Schenkeln nach aussen gewölbt unter vorgegebener Vorspannung in den gleichfalls U-förmig ausgearbeiteten Senknutschlitz 6 selbsthaltend gelagert ist, wodurch ein einheitlicher Sicherungsschraubbolzen gebildet ist.
Bei Bedarf ist ferner vorgesehen, in dem Gewindekamm des Schraubenteiles mehrere axial verlaufende Rillungen einzufügen, worin sich bei beliebigen Stellungen der Verschraubung die Sicherungsfeder der Länge nach einrasten kann. Hiermit ist dann eine zusätzliche Sicherung geschaffen oder die Möglichkeit gegeben, diese als Stellschrauben zu benutzen.
Es versteht sich, dass anstelle der Sicherungsfeder 2 aus Metall in die Senknute 3 bzw. 6 in der Länge des Gewindeganges, Kunststoffedern z. B. aus Polyamid oder, für höhere Temperaturbeanspruchungen, Silikonkautschuk sowie Tetrafluoräthylen in halbharter Einstellung auf Presssitz eingesetzt werden. Die Federn bestehen aus kleinen Materialstreifen, sind also nicht geformt, sondern lediglich zur Einführung des Schraubengewindes an den Enden keilförmig abgeschrägt.
Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, gemäss welchem die drahtförmige Feder 2 in einer ringförmigen Ausnehmung 3 der Mutter 1 enthalten ist und durch zwei in der genannten Mutter herausgearbeitete Schlitze 11 und 12 herausragt. Um die Feder 2 vom der Schraube des Bolzens 5 zu befreien, braucht man nur in Richtung der Pfeile 9-10 auf die beiden Ösen 7 und 8 zu drücken.
Auf diese Weise entfernen sich die Enden 2'-2" der Feder 2 vom Gewinde der Schraube des Bolzens 5 und gestatten somit die Drehung der Mutter 1 in bezug auf die Schrauben.
In Fig. 6 ist eine Variante des Beispiels gemäss Fig. 5 dargestellt, gemäss welcher die Feder 2 in der Haltekappe 13 enthalten ist, welch letztere sich in der ringlörmigen Ausnehmung 14 des Flansches 16 befindet, mit dem das Teil 17 mittels der Schraube 5 verschraubt wird.
Ein besonderer Vorteil der beiden beschriebenen Sicherungen liegt auch darin, dass bei mehrmaliger Wiederverwendung der Verschraubungen schadhafte Sicherheitsfedern auswechselbar sind und der Wert der Verschraubung, auch bezüglich der Sicherheit, voll erhalten bleibt.
Securing for threaded bolts or nuts
In addition to lock washers, castle nuts and lock washers, there are various options for securing screw connections in the event of dynamic stress.
Compared to the conventional connections or screw locks listed, safety nuts or self-locking nuts are among the most recent developments in screw locks.
Is known z. B. a safety nut with a plastic ring made of polyamide, which is increasingly used in the automotive industry on critical components.
In addition to this safety nut, there has been another self-locking nut in all-metal design for some time, which is also used by many companies for reasons of cost reduction and rationalization, especially in vehicle and aviation technology.
The mode of operation is similar to that of the known nut with a plastic ring, the securing element, which previously consisted of an inserted polyamide ring, is designed as an elliptical collar on the head of the nut.
A particular advantage of this all-metal safety nut is its high temperature resistance and, last but not least, the manufacturing price, whereas the nut with a polyamide ring, due to the elastic properties of this plastic, has almost unlimited reusability compared to the all-metal safety nut, because the elliptical shape is achieved through repeated use of the same the safety collar is significantly reduced by the usual flow of force and the securing torque is reduced accordingly.
Also known is an all-metal safety nut using a wire spring which is bent in the manner of a snap spring and crimped in the head part of the nut, similar to the plastic ring design.
In general, the arrangements of known screw locking elements have the flaw that only a few threads are used for locking. Apart from the thread seizure, which can often be detected after repeated use, which is caused by the excessive flank pressure, a further disadvantage is the coordination and the precise compliance with the required locking torque for optimal securing of the screw connections; because over the short distance from only one to max. three threads this is hardly possible to achieve.
Even with the slightest loosening rotation, which can occur with bearing vibrations or high load vibrations, the predetermined security of the screw connection is lost.
Furthermore, the nuts and threaded bolts cannot be reused without restriction, since the fuses cannot be exchanged in the known embodiments.
All of these deficiencies can be eliminated with the fuse according to the present invention. This is characterized by at least one spring, which is inserted between the parts to be screwed and which exerts a radial pressure against the thread of one part over an axial length of at least one thread turn.
In the accompanying drawings, three embodiments of the fuse according to the invention are shown.
Figure 1 shows in perspective a nut, according to which the locking springs run axially over the threads.
Figure 2 shows in axial section the nut with an inserted fuse.
Figure 3 shows a perspective view of a securing element.
FIG. 4 shows the partial axial section of a safety device arranged in a screw.
Figure 5 shows a second embodiment of the invention.
FIG. 6 shows, in axial section, a screw connection with a third exemplary embodiment according to the invention.
The example according to FIG. 1 shows a perspective view of a securing device with nut (1) which, in the thick wall area of the nut corners, runs diagonally to the center in the thread axis direction U-shaped bent steel springs 2, which in the area of the material thickness are flush with the nut wall and thread depth in countersunk grooves 3 rest held on pretension.
The section a-b is shown in Fig. 2, which shows that the U-shaped bent spring 2 is axially bent in the area of the thread and a radial pressure when screwing in the mating thread, i. H. can exert a free elastic suspension, because the countersunk groove 3 is designed so deep in the threads that it receives the spring 2 beyond the depth of the thread without any contact pressure.
As shown in FIG. 3 as a variant of the example according to FIG. 1, the locking springs 2 are punched out of a sheet steel washer 4 and shaped so that they are pretensioned by the outward inclination of the springs 2 when inserted into the inner nuts 3 for independent support, whereby a uniform safety nut with washer is created.
It goes without saying that with this arrangement, the axially extending countersunk grooves 3 are only required in the area of the nut bore, that is to say of the thread.
4 shows, as a further variant of the example according to FIG. 1, the arrangement of the locking spring 2 on a threaded bolt 5, which here is also bent in a U-shape in the legs outwardly under a predetermined preload in the likewise U-shaped countersunk slot 6 self-retaining is mounted, whereby a uniform locking screw bolt is formed.
If necessary, provision is also made for a plurality of axially extending grooves to be inserted in the thread crest of the screw part, in which the locking spring can engage lengthways in any position of the screw connection. This then creates an additional safeguard or gives the opportunity to use it as adjusting screws.
It goes without saying that instead of the metal locking spring 2 in the countersunk groove 3 or 6 in the length of the thread, plastic springs z. B. made of polyamide or, for higher temperature loads, silicone rubber and tetrafluoroethylene can be used in a semi-hard setting on a press fit. The springs consist of small strips of material, so they are not shaped, but merely bevelled in a wedge shape at the ends to introduce the screw thread.
5 shows a second embodiment of the invention, according to which the wire-shaped spring 2 is contained in an annular recess 3 of the nut 1 and protrudes through two slots 11 and 12 machined in the said nut. In order to free the spring 2 from the screw of the bolt 5, one only needs to press the two eyelets 7 and 8 in the direction of the arrows 9-10.
In this way the ends 2'-2 "of the spring 2 move away from the thread of the screw of the bolt 5, thus allowing the nut 1 to rotate with respect to the screws.
6 shows a variant of the example according to FIG. 5, according to which the spring 2 is contained in the retaining cap 13, the latter being located in the annular recess 14 of the flange 16 to which the part 17 is screwed by means of the screw 5 becomes.
A particular advantage of the two safeguards described is that if the screw connections are reused several times, defective safety springs can be exchanged and the value of the screw connection is fully retained, also with regard to safety.