BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Sicherung einer unter Vorspannung stehenden Schraubenverbindung, wobei die Sicherung das Lockern eines Mutterteils auf dem Schraubenteil verhindert. und der Mutterteil eine sich verjüngende Bohrung auf ei st, in der sich ein sich verjüngender Einsatz mit Innengewinde befindet.
Schraubensicherungen oder genauer Muttersicherungen sind in grosser Zahl bekannt. In einem Buch von H. Schoeneich (Berlin: Carl Heymann 1933) wird ein Überblick über rund 4000 Patentschriften und die Vielseitigkeit der bisher gemachten Vorschläge gegeben. In dem Buch von M. ten Bosch, Springer-Verlag 1953 Berechnung der Maschinenele mente sind ebenfalls verschiedene Schraubensicherungen bzw. Muttersicherungen beschrieben.
Es soll daher hier nur auf die bekanntesten Sicherungen hingewiesen werden:
1. Federnde Unterlagsscheibe, welche mit scharfen Kanten ein Lösen der Mutter verhindern soll. Sie eignet sich nicht, wenn die Verbindung oft gelöst werden muss, da die Unterlagsscheibe jedesmal ersetzt werden muss und ausserdem die Gefahr besteht, dass sie vergessen wird.
2. Doppelmutter oder Gegenmutter, die kräftig gegen die erste verspannt wird. Die beiden Muttern werden oft verschieden hoch gemacht, da nur die obere Mutter allein trägt, muss diese die normale Höhe erhalten. Bei starken Erschütterungen nicht absolut zuverlässig, ausserdem benötigen zwei Muttern entsprechend mehr Platz.
3. Kronenmutter, wird durch einen Stift oder Splint gegen Drehung gesichert. Der Stift geht leicht verloren, ausserdem ist es schwierig, nach dem Lösen wieder die richtige Stellung der Mutter gegenüber der Schraube zu finden, in welche der Stift sich einsetzen lässt.
4. Konische Büchsen zur Entlastung der Schraube (siehe Fig. 1). Durch die Ausschaltung von Querkräften wird die Gefahr, dass die Mutter sich lockert, wesentlich verkleinert.
5. Hängemuttern, zur gleichmässigen Belastung aller Gewindegänge (siehe Fig. 2). Auch bei dieser Mutter ist die Gefahr einer unerwünschten Lockerung der Verbindung wesentlich kleiner. Eine zuverlässige Sicherung der Verbindung ist damit nicht gewährleistet.
Die Aufgabe, welche mit der vorliegenden Erfindung gelöst werden soll, besteht in der Schaffung einer kraftschlüssigen Sicherung einer Schraubenverbindung, die gewährleistet, dass auch bei häufigen und starken Erschütterungen die Schraubenverbindung nicht gelöst wird.
Die erfindungsgemässe Sicherung einer Schraubenverbindung, mit der diese Aufgabe gelöst wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Mutterteil ein Innenpolygon aufweist, dass der Einsatz ein Aussenpolygon aufweist, das im Innenpolygon des Mutterteils sitzt, um den Einsatz beim Anziehen bzw. Lösen gegen eine unbeabsichtigte Drehung im Mutterteil zu sichern, dass der Einsatz mindestens einen Schlitz aufweist, der ein radiales Aufweiten und Zusammendrücken des Einsatzes gestattet und dass der Mutterteil einen Querstift besitzt, der ein Herausfallen des Einsatzes aus der Bohrung des Mutterteiles verhindert.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Sicherung einer Schraubverbindung sind im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine an sich bekannte Schraubenverbindung mit einer konischen Büchse,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine andere an sich bekannte Schraubenverbindung mit einer Zugmutter,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine Mutter gemäss Linie III-III in Fig. 4 gemäss der vorliegenden Erfindung, mit einem konischen Einsatz,
Fig. 4 einen Schnitt gemäss Linie IV-IV in Fig. 3,
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles des Einsatzes,
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispieles des Einsatzes.
Gemäss Fig. 1 sind an einem Ring 10 zwei Scheiben 11 mit Hilfe von zwei Schrauben 12 und zwei Muttern 13 befestigt.
Da bei einer derartigen Verbindung mit Querkräften zu rechnen ist, sind an der einen Schraubenverbindung 12, 13 noch zwei konische Büchsen 14 vorhanden, von denen eine in Ansicht und die andere im Schnitt dargestellt ist. Durch diese konische Hülse werden somit im wesentlichen Querkräfte vermieden und dadurch wird eine Verbesserung der Schraubenverbindung erreicht. Jedoch ist die Gefahr, dass sich die Verbindung lockern kann, nicht vollständig beseitigt.
Gemäss Fig. 2 ist auf eine Schraube 16 eine Hängemutter 15 aufgeschraubt. Die Mutter 15 weist eine kegelförmige Aussenfläche 17 auf, und die Schraube 16 besitzt eine parabelförmige Aussparung 18. Durch diese Formgebung von Mutter 15 und Schraube 16 wird erreicht, dass alle Gewindegänge der Verbindung annähernd gleichmässig stark belastet sind, damit die Haftreibung zwischen den aneinander anliegenden Schraubflächen überall gewährleistet ist und sich daher die Verbindung weniger leicht lockern kann. Abgesehen davon wird die Gefahr von Schraubenbrüchen wesentlich vermindert.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellten Schraubenverbindungen sind an sich bekannt, sie sollen nur den Stand der Technik aufzeigen und werden daher hier nicht weiter erläutert.
Gemäss Fig. 3 und 4 enthält die erfindungsgemässe Mutter 19 einen konischen Einsatz 21. Der obere Abschnitt der Mutter 19 wird durch Aussensechskant 23 und einen Innen sechskant 22 gebildet (Fig. 4). Die Mutter 19 liegt mit einem Bund 20 am Rand 24 einer Bohrung 25 an und ragt mit einem zylindrischen Abschnitt 26 in diese Bohrung 25 hinein.
Unterhalb des Innensechskants 22 befindet sich eine konische Bohrung 27. Der konische Einsatz 21 besteht unten aus einem kegeligen Abschnitt 28 und oben aus einem Aussensechskant 29. Der kegelige Abschnitt 28 befindet sich in der konischen Bohrung 27, und das Aussensechskant 29 ragt in das Innensechskant 22 der Mutter 19 hinein, wodurch der Einsatz 21 in der Mutter 19 gegen eine unerwünschte Drehung gesichert ist. Der Einsatz 21 ist mit einem Schlitz 30 versehen und weist ein Innengewinde 31 auf. Ein Stift 36, der die Wände des Innensechskants 22 oberhalb des Aussensechskants 29 durchdringt, verhindert, dass der Einsatz 21 aus der Mutter 19 herausfallen kann.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Mutter 19 ist wie folgt: Eine in das Gewinde 31 des Einsatzes 21 eingeschraubte, nicht dargestellte Schraube übt eine Vorspannkraft in Richtung des Pfeiles A in Fig. 3 aus. Durch diese in Richtung des Pfeiles A wirkende Kraft wird das Einsatzstück 21 tiefer in die konische Bohrung 27 der Mutter 19 hineingezogen, wobei sich der Schlitz 30 verengt und das Innengewinde 31 radial gegen das Aussengewinde der nicht dargestellten Schraube gepresst wird. Falls zusätzliche Kräfte durch Stösse oder Schwingungen im Betrieb auftreten, so werden diese Kräfte immer in Richtung des Pfeiles A wirken, wodurch der Einsatz 21 stets nur tiefer in die Mutter 19 hineingezogen wird.
Diese Betriebskräfte, Schwingungen oder Stösse können durch plastische Deformation wohl eine Verminderung der Vorspannkraft bewirken, die beim Anziehen der Schraubverbindung erzeugt wurde. Somit besteht auch beim Verschwinden der Vorspannkraft keine Gefahr, dass sich die Schraubenverbindung lockert, da die auf die Verbindung wirkenden Kräfte das Einsatzstück 21, wie gesagt, tiefer in die konische Bohrung 27 hineinziehen. Wie bei allen Schraubverbindungen ist das regelmässige Nachziehen der Mutter unvermeidlich, das anfangs in kürzeren, später in längeren Abschnitten erfolgen kann. Jedoch ist im Gegensatz zu anderen Schrauben- bzw. Mutter-Sicherungen keine Gefahr vorhanden, dass sich die Verbindung lockern kann, da Stösse oder Vibrationen die Verbindung nur stärker verkeilen.
In Fig. 5 und 6 sind noch zwei Varianten des Einsatzstückes dargestellt, statt einer kegeligen Form kann der Einsatz die Form einer vier- und mehrflächigen Pyramide aufweisen, wobei die Mutter 19 statt der konischen oder kegelförmigen Bohrung eine entsprechende pyramidenförmige Aussparung aufweist, mit vier oder fünf Innenflächen, an welche die Aussenflächen 32 bzw. 33 der Einsätze 34 bzw. 35 anliegen. Es ist ebenfalls ein Innengewinde 31 und ein Schlitz 30 vorhanden.
Die sich verjüngende Ausbildung des Einsatzes 21 gewährleistet eine gleichmässigere Belastung der einzelnen Gewindegänge als bei einer üblichen Mutter.
DESCRIPTION
The invention relates to securing a prestressed screw connection, the securing preventing the loosening of a nut part on the screw part. and the nut part has a tapered bore in which there is a tapered insert with an internal thread.
Screw locks or more precisely nut locks are known in large numbers. A book by H. Schoeneich (Berlin: Carl Heymann 1933) provides an overview of around 4,000 patents and the versatility of the suggestions made so far. In the book by M. ten Bosch, Springer-Verlag 1953 Calculation of machine elements, various screw locks or nut locks are also described.
Therefore, only the best known fuses should be pointed out here:
1. Spring washer, which should prevent the nut from loosening with sharp edges. It is not suitable if the connection has to be loosened often because the washer has to be replaced every time and there is also the risk that it will be forgotten.
2. Double nut or lock nut that is firmly clamped against the first. The two nuts are often made different heights, since only the upper nut carries it alone, so it has to be of normal height. Not absolutely reliable in the event of strong vibrations, moreover, two nuts require more space.
3. Crown nut, is secured against rotation by a pin or split pin. The pin is easily lost, and after loosening it is difficult to find the correct position of the nut in relation to the screw in which the pin can be inserted.
4. Tapered bushes to relieve the screw (see Fig. 1). By eliminating lateral forces, the risk of the mother loosening is significantly reduced.
5. Suspended nuts, for even loading of all threads (see Fig. 2). With this mother, too, the risk of undesired loosening of the connection is considerably lower. This does not guarantee reliable connection security.
The object which is to be achieved with the present invention is to create a non-positive securing of a screw connection, which ensures that the screw connection is not released even with frequent and strong vibrations.
The securing of a screw connection according to the invention, with which this object is achieved, is characterized in that the nut part has an inner polygon, that the insert has an outer polygon, which is seated in the inner polygon of the nut part, in order to prevent the insert from being tightened or unintentionally rotated to ensure in the nut part that the insert has at least one slot which allows the insert to be expanded and compressed radially and that the nut part has a cross pin which prevents the insert from falling out of the bore of the nut part.
Various exemplary embodiments of the securing of a screw connection according to the invention are described in detail below with reference to the attached drawing. It shows:
1 shows a section through a known screw connection with a conical sleeve,
2 shows a section through another known screw connection with a tension nut,
3 shows a section through a nut according to line III-III in FIG. 4 according to the present invention, with a conical insert,
4 shows a section along line IV-IV in FIG. 3,
5 is a perspective view of a second embodiment of the insert,
Fig. 6 is a perspective view of a third embodiment of the insert.
1, two disks 11 are fastened to a ring 10 with the aid of two screws 12 and two nuts 13.
Since transverse forces are to be expected in such a connection, two conical bushes 14 are still present on the one screw connection 12, 13, one of which is shown in view and the other in section. This conical sleeve essentially avoids transverse forces and thereby improves the screw connection. However, the risk that the connection can loosen is not completely eliminated.
2, a hanging nut 15 is screwed onto a screw 16. The nut 15 has a conical outer surface 17, and the screw 16 has a parabolic recess 18. This shape of the nut 15 and screw 16 ensures that all threads of the connection are loaded approximately uniformly, so that the static friction between the adjacent Screw surfaces is guaranteed everywhere and therefore the connection can loosen less easily. Apart from this, the risk of screw breakage is significantly reduced.
The screw connections shown in FIGS. 1 and 2 are known per se, they are only intended to show the state of the art and are therefore not further explained here.
3 and 4, the nut 19 according to the invention contains a conical insert 21. The upper section of the nut 19 is formed by an external hexagon 23 and an internal hexagon 22 (FIG. 4). The nut 19 rests with a collar 20 on the edge 24 of a bore 25 and projects into this bore 25 with a cylindrical section 26.
Below the hexagon socket 22 there is a conical bore 27. The conical insert 21 consists at the bottom of a conical section 28 and at the top of an external hexagon 29. The conical section 28 is located in the conical bore 27, and the external hexagon 29 projects into the internal hexagon 22 the nut 19 into it, whereby the insert 21 is secured in the nut 19 against undesired rotation. The insert 21 is provided with a slot 30 and has an internal thread 31. A pin 36, which penetrates the walls of the hexagon socket 22 above the hexagon socket 29, prevents the insert 21 from falling out of the nut 19.
The operation of the nut 19 described is as follows: A screw, not shown, screwed into the thread 31 of the insert 21 exerts a prestressing force in the direction of arrow A in FIG. 3. Due to this force acting in the direction of arrow A, the insert 21 is drawn deeper into the conical bore 27 of the nut 19, the slot 30 narrowing and the internal thread 31 being pressed radially against the external thread of the screw, not shown. If additional forces occur due to shocks or vibrations during operation, these forces will always act in the direction of arrow A, as a result of which the insert 21 is always only drawn deeper into the nut 19.
These operating forces, vibrations or shocks can probably result in a reduction in the pretensioning force that was generated when the screw connection was tightened by plastic deformation. Thus, even when the pretensioning force disappears, there is no danger that the screw connection will loosen, since the forces acting on the connection, as stated, pull the insert piece 21 deeper into the conical bore 27. As with all screw connections, regular tightening of the nut is inevitable, which can be done initially in shorter sections, later in longer sections. However, in contrast to other screw and nut locks, there is no danger that the connection can loosen, since shocks or vibrations only wedge the connection more.
5 and 6, two variants of the insert are shown, instead of a conical shape, the insert can have the shape of a four- and multi-surface pyramid, the nut 19 having a corresponding pyramid-shaped recess instead of the conical or conical bore, with four or five inner surfaces against which the outer surfaces 32 and 33 of the inserts 34 and 35 abut. There is also an internal thread 31 and a slot 30.
The tapered design of the insert 21 ensures a more uniform load on the individual threads than with a conventional nut.