CN102483088B - 锁紧螺帽 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锁紧螺帽，该锁紧螺帽带有螺帽体以及由金属制成的紧固垫圈，该螺帽体具有带有内螺纹的螺纹部段和连接在该螺纹部段上的内部环形槽。所述紧固垫圈保持在所述环形槽中。在所述垫圈的内圆周上加工有与所述螺帽的内螺纹相对应的内螺纹，并且所述垫圈的内螺纹相对于螺帽的内螺纹轴向错移一个距离，该距离小于所述内螺纹的螺距。按照本发明，所述垫圈在其内径上的厚度大于所述垫圈在其外径上的厚度。由此可以调节所述紧固垫圈的弹性以及锁紧螺帽的保持力。
Description
技术领域
本发明涉及一种锁紧螺帽，该锁紧螺帽带有螺帽体和由金属制成的垫圈，所述螺帽体具有带有内螺纹的螺纹部段和与该螺纹部段相连的内部环形槽，该垫圈保持在所述环形槽中，其中，在所述垫圈的内圆周上加工有与所述螺纹部段的内螺纹相对应的内螺纹，并且所述垫圈的内螺纹相对所述螺帽体的内螺纹轴向错移一个距离，该距离小于所述内螺纹的螺距。这种锁紧螺帽例如由DE2638560C、DE4313809C1和DE4313845C1公开。
其他类似的锁紧螺帽在US2,318,397A、US2,410,090A、GB2287764A和GB610355A中有所描述。
背景技术
本发明尤其涉及一种锁紧螺帽，其具有带有内螺纹的金属体和连接在该金属体上的颈状突起部，该颈状突起部构成一环形槽并且由金属制成的紧固垫圈摩擦接合地保持在该环形槽中。在紧固垫圈的内边棱上加工有相应于螺帽螺纹的螺纹，该螺纹相对螺帽螺纹轴向错移一个小于螺帽螺纹的螺距的小尺寸。紧固垫圈在轴向具有一定的弹性，其中，通过垫圈内螺纹的错移可调节锁紧螺帽的的夹紧力并且锁紧螺帽为多个螺旋过程保持这种设定的夹紧力。
这种已知的锁紧螺帽具有出色的锁紧特性并且因此在市场上获得认可。为了提高紧固垫圈的弹性，这种弹性例如在特定的螺帽尺寸或在极端的温度负荷下是希望的，上述的专利文献建议，垫圈配设有在其外圆周上的区段状的周向凹陷并且必要时设有额外的凹口。由此可以由硬的弹性材料，如弹簧钢制造垫圈，并且尽管如此还实现了所希望的轴向偏转所需的弹性，其中，垫圈的弹性复位力同样地保持大到使高保持力能够实现。通过将垫圈由至少与螺栓的材料一样硬的材料制成使得垫圈的螺距在多个螺旋过程之后保持不受损坏，使得锁紧螺母能够多次松开并再次拉紧，而不会出现安全位置中的夹紧力的明显变化。可以使用非常耐高温的材料，这例如在应用于机动车中时有重要意义。
所述的专利文献建议了通过在垫圈的外圆周设置凹槽来优化紧固垫圈的可用的方案。然而，在一定的情况下，希望紧固垫圈有更大的弹性而紧固螺母的保持力有更好的可调节性。
由现有技术还已知有带有由塑料制成的紧固圈和密封圈的锁紧螺帽，该锁紧螺帽类似于此类锁紧螺帽地保持在螺帽体的颈部突出部上。这种锁紧螺帽例如记载在EP0047061A1,DE-A-1815585,DE2813994C2,DE3640225C2,DE8424281U1,US-A-4019550,US-A-3275054,US-A-3316338,US-A-2450694,US-A-5454675中。然而，这些锁紧螺帽基于另一种工作原理。由塑料制成的紧固圈和密封圈首先无螺纹的部段直接连接在螺帽的内螺纹上并且略微突伸出内螺纹。在螺栓拧入时，螺栓切入紧固垫圈和密封圈的内圆周。所述的文献的大部分涉及容纳在拧入螺栓时变软的塑料材料。
现有技术的这种关于调节紧固垫圈的弹性和保持力的教导因此不能转用到形成类型的锁紧螺帽上，因为塑料垫圈在其弹性方面的特性与由金属制成的垫圈不同，并且因为在现有技术中没有设置垫圈和螺帽体的内螺纹的轴向错移。这种锁紧螺帽的保持力基于另一种工作原理。
GB2287764A记载了一种带有横截面呈L形的、由金属制成的紧固垫圈的紧固螺帽，该紧固垫圈通过相应的突出部顶在锁紧螺帽的端部上。内螺纹被以相同的螺距和深度加工在螺帽体和紧固垫圈上，使得螺栓能够拧入，而不需要设置螺纹错移。紧固垫圈构造有朝外指向的凸出拱曲部，并且在螺栓拧入时被压入螺帽体中，使得在拧入螺栓后平坦地贴靠在螺帽体的端面上。在该拧入的状态中，锁紧螺帽和垫圈的内螺纹不设置错移。因此，这种锁紧螺帽也基于另一种不同于开头所讨论的形成类型的锁紧螺帽的工作原理。
发明内容
从形成类型的锁紧螺帽出发，本发明所要解决的技术问题是，既能够优化和调节紧固垫圈的弹性，也能优化和调节锁紧螺帽的保持力。
该技术问题按照本发明通过按权利要求1所述的锁紧螺帽解决。
本发明设计一种带有螺帽体的锁紧螺帽，该螺帽体具有带有内螺纹的螺纹部段-称为“螺帽螺纹”-和与该螺纹部段相连的内部环形槽。由金属制成的垫圈保持在环形槽中。在垫圈的内圆周上加工有相应于螺帽螺纹的内螺纹，并且垫圈的内螺纹轴向相对螺帽螺纹错移一个距离，该距离小于螺帽螺纹的螺距。按照本发明，垫圈在其内径上的厚度大于垫圈在其外径上的厚度。在本发明的一种优选的实施形式中，垫圈在其外径上的厚度等于或略小于螺帽螺纹的螺距，并且垫圈在其内径上的厚度在约1个螺距到约2.5个螺距的范围内。在一种特别优选的实施形式中，垫圈在其外径上的厚度约为螺帽螺纹的螺距的0.75倍，并且垫圈在其内径上的厚度为螺帽螺纹的螺距的约1.5倍。
通过构造垫圈具有从其外径到其内径递增的厚度可以优化垫圈的弹性并且同时按照需要调节锁紧螺帽的保持力。垫圈的弹性由垫圈的绝对厚度以及其在内径和外径的厚度的比例决定，即便不是唯一地决定。锁紧螺帽的保持力主要通过垫圈的绝对厚度以及通过垫圈的内螺纹相对螺帽螺纹的错移的大小决定。此外，垫圈内径处的螺距数越大，产生的制动力矩也越大，其中，根据经验，在实践中，在厚度大于2或2.5个螺距时会产生大的制动力矩。另一方面，垫圈在其内径上较大的厚度，例如在1.5至2个螺距范围内，使得能够承受较大的拧紧力，因为产生了较大的单位面积压力。因为力分布在较大的面积上，可以在用非常高的旋入力旋入螺栓时避免咬合的问题，亦即局部的冷焊。在形成类型的现有技术中记载，紧固垫圈恒定的厚度应当大约相当于螺距，而按照本发明可以通过减小其在外径上的厚度改变垫圈的弹性，并且可以通过增大其在内径上的厚度来调节保持力。这种改变紧固垫圈在其直径上的厚度一方面用于调节垫圈的弹性、另一方面调节锁紧螺帽的保持力的技术方案没有被现有技术公开。由此本发明使得能够针对各种应用情况设计锁紧螺帽，从精密仪器到汽车制造和铁路技术中的应用。
在本发明的一种优选的实施形式中，垫圈具有从其外径到其内径阶梯状增加的厚度，其中，垫圈的弹性可通过阶梯的高度、位置和走向调节。在本发明的另一种实施形式中，垫圈的厚度从其外径到其内径连续地增加。
在一种特别优选的实施形式中，垫圈朝锁紧螺帽的端侧方向-也就是朝外-凸出地拱曲。这种拱曲规定了垫圈确定的朝向，使得垫圈在形成垫圈的内螺纹和螺帽螺纹之间的轴向错移时确定地变形。
如在形成类型的现有技术中一样，垫圈的内螺纹相对螺帽螺纹的轴向错移为这样一个距离，该距离优选相当于螺距的四分之一到一半。
如同样由形成类型的现有技术公知，可以在垫圈的外圆周成型多个均匀分布在垫圈的环周上的凹陷，以便进一步提高垫圈的弹性。通过这些凹陷形成了若干突出的爪形部，垫圈通过所述爪形部摩擦接合地保持在环形槽中。爪形部之间的凹陷应当具有与爪形部本身尺寸至少相等的环周尺寸。优选在环周上均匀分散布置三个这种爪形部。
在另一种有利的设计构造中，在内部环形槽的区域中构造有校准突出部，该校准突出部在垫圈插入时可变形，以便补偿制造公差。作为替换或附加方案，也可以在垫圈的外环周构造校准附件，该校准附件在垫圈插入内部环形槽时可变形。
如由形成类型的现有技术已知的那样，垫圈由金属，尤其是弹簧钢制成。螺帽体也由金属，尤其是钢制成。
本发明还规定了一种用于制造上述类型的锁紧螺帽的方法。在本发明的优选实施形式中，垫圈首先在预制步骤中制造凸出的拱曲部，并且接着在置入还没有螺纹的螺帽体的颈状突出部中的槽中，使得垫圈朝锁紧螺帽的端侧凸出拱曲。接着，颈状突出部径向向内卷边，以便轴向夹紧垫圈的外边缘。在接下来的一体化的工序中，在螺帽体和垫圈上加工出相同的内螺纹，并且接着使垫圈的内部区域沿轴向变形预定的距离，以便在垫圈的内螺纹和螺帽螺纹之间形成错移。这种变形与垫圈的拱曲方向相反地进行，使得垫圈凸出地拱曲减小，但还并没有消失或反向。垫圈凸出的拱曲提高了其弹性，使得也能够使用垫圈凸出拱曲的程度来调节垫圈的弹性。
附图说明
以下根据优选的实施形式参照附图详细说明本发明。在附图中示出：
图1是按本发明的锁紧螺帽沿线I-I的垂直剖视图，其中锁紧螺帽置入了处于预安装状态的紧固垫圈；
图2是置入了紧固垫圈的图1所示锁紧螺帽的俯视图；
图3是按本发明的锁紧螺帽在完成安装状态下沿线II-II的垂直剖视图；
图4是图3所示锁紧螺帽的俯视图；
图5是按本发明的一种实施形式的紧固垫圈在其安装前的剖视图；
图6是按本发明的另一种实施形式的紧固垫圈在其安装前的剖视图；
图7是按本发明的另一种实施形式的紧固垫圈在其安装前的剖视图；
图8是应用在按本发明的锁紧螺帽中的另一种紧固垫圈的俯视图，以及
图9是置入了图5所示紧固垫圈的锁紧螺帽的俯视图。
具体实施方式
如附图1至图4所示，按本发明的锁紧螺帽10在一个端侧具有带有同心的颈状突出部14的螺帽体12。锁紧螺帽10例如构造为由钢制成的六角螺母并且在其在图3和图4所示的成品状态下具有内螺纹16，该内螺纹在以下称为“螺帽螺纹”16。颈状突出部14的内边缘18相对锁紧螺帽10的螺纹内径向外错移，以便形成用于紧固垫圈22的承接部20。紧固垫圈，以下也简称为垫圈，由金属制成，优选由弹性材料，如弹簧钢或弹簧带钢制成。在图1至图4所示的实施形式中，垫圈22具有三个区段状的凹陷，其中，垫圈在其保留在这些凹陷之间的环周区域固定在锁紧螺帽10中，如由形成类型的现有技术基本上公开的那样。
与这种现有技术不同，垫圈22的厚度不是均匀的，而是垫圈在其内径上的厚度大于垫圈在其外径上的厚度。这种特性将参照图5至图7进一步详细说明。
如前所述，通过改变紧固垫圈22在其直径上的厚度，可以优化垫圈的弹性并且调节锁紧螺帽的保持力。在本发明的一种优选的实施形式中，垫圈22在其外径上的厚度等于或小于螺帽螺纹16的螺距的高度，优选在一半到一个螺距的范围内，特别优选具有约相当于螺距四分之三的值。垫圈22在其内径上的厚度优选大于或等于1个螺距，并且小于或等于2.5倍的螺距，厚度特别优选在一个螺距到两个螺距之间，例如为约1.5个螺距。在垫圈在其内径上的厚度大于两倍的螺距时，在实践中，在大多数应用情况下在螺栓拧入时出现锁紧螺帽过强的制动效果，其中，制动效果和保持力也与锁紧螺帽和螺帽螺纹的总尺寸有关，以及与垫圈22的螺纹相对螺帽螺纹16轴向错移的大小有关，这将在以下进一步说明。
在制造按本发明的锁紧螺帽时，将垫圈22首先插入通过颈状突出部14形成的容纳部20中，其中，垫圈22在这种预安装状态可以具有朝锁紧螺帽的端侧凸出的拱曲部（如图5至图7所示），并且将参照这些附图进一步详细说明。
接着，如图3和图4所示，颈状突出部14在其上端通过卷边向内拉，使得垫圈22现在不可移动地保持在以这种方式产生的槽24中。在这样固定垫圈22之后，通过常见的切割工具在螺帽体12中加工出内螺纹16。因为垫圈22具有与螺帽体12基本上相同的内径，切割工具在此也在垫圈22的内边棱中加工出相应于螺帽螺纹16的螺纹16’。然后，借助于压模或类似物将垫圈22的内部区域略微沿轴向压向螺帽螺纹16，使得螺帽螺纹16和垫圈22的内螺纹16’相对彼此轴向错移。该轴向错移应当大约相当于螺距的四分之一到一半，使得两个螺纹相对彼此的错移在螺距的四分之一到一半之间。
在本发明的优选实施形式中，紧固垫圈22在预安装状态具有朝螺帽体12的端侧凸出的拱曲部，亦即背离螺帽螺纹16的拱曲部。在借助于压模或类似物构造轴向错移时，所述凸出地拱曲部被减小，然而没有被补偿或完全反向。通过紧固垫圈在预制状态下的这种预拱曲可以保证在形成轴向错移时规定的变形特性，并因此实现了对于轴向错移和由此导致的锁紧螺帽夹紧力的更精确调节。
未示出的、拧入螺帽中的螺栓在整个周侧由垫圈22夹紧，其中，垫圈沿轴向的弹力对于夹紧力是至关重要的。垫圈22的弹力主要通过其弹性确定。图5至图7举例示出了按本发明的、用于优化垫圈的弹性和锁紧螺帽的夹紧力的紧固垫圈的设计结构。
图5至图7示出了用于实现朝其外径变薄的紧固垫圈22’,22’’和22’’’的可能实施形式。在图5至图7中示出的、紧固垫圈22’,22’’和22’’’的实施形式在其环周上没有区段状的凹陷。然而，这样和/或其它构造的、用于提高垫圈弹性的凹陷也可以设置在图5至图7所示的紧固垫圈22’,22’’和22’’’中。
在图5至图7所示的实施例中，紧固垫圈22’,22’’和22’’’在其外径上的厚度用w表示，而紧固垫圈22’,22’’和22’’’在其内径上的厚度用W表示。按照本发明，W>w，其中，在外径上的厚度w小于或等于一个螺距并且大于螺帽螺纹16的半个螺距，并且例如为0.75个螺距，并且，在内径上的厚度W大于或等于一个螺距，并且优选小于2.5倍的螺距，并且例如为1.5倍的螺距。紧固垫圈22’,22’’和22’’’的精确尺寸与垫圈希望的弹性、锁紧螺帽要设定的保持力、所使用的材料、锁紧螺帽的总尺寸和螺帽螺纹有关。紧固垫圈22’,22’’和22’’’的变薄可以连续地进行(如图7所示)，或者阶梯状（如图5和图6所示）地进行，其中，可以设置一个或多个阶梯，所述阶梯倾斜地延伸(如图5和图6所示)，或者成90度布置。通过沿径向定位所述阶梯也可以影响垫圈22’,22’’和22’’’的弹性。变薄也可以具有不同于所示的变化曲线，并且例如是抛物线或双曲线。本发明不限于所示的实施形式。
当紧固垫圈22’,22’’和22’’’（如图5至图7所示）置入按图1至图4的锁紧螺帽中时，所述紧固垫圈22’,22’’和22’’’这样置入容纳部20中，使得其凸出的拱曲部朝外指向(在图中朝上)。在通过压模或类似物变形时，紧固垫圈22’,22’’和22’’’被在其内边缘压向螺帽螺纹16，其中，垫圈还包括凸出的拱曲部，该拱曲部被减小，但是还没有被补偿或反向。如果垫圈例如由弹簧带钢冲压而成，紧固垫圈的拱曲部可以在制造垫圈时没有困难地构造。
图8和图9示出了紧固垫圈和按本发明的锁紧螺帽的另一种实施形式，其中，从图中不能看出紧固垫圈的变薄。
具有外径D和内径d的垫圈26具有三个区段状的凹陷28a，28b，28c。垫圈26的保留在这些凹陷之间的环周区域用30a，30b，30c表示。在每个环周区域30a，30b，30c内居中地成型有矩形构造的、带有平行的侧壁的凹口32a，32b，32c。在此，这样确定该凹口的径向深度t，使得该深度等于区段凹陷28a，28b，28c的最大深度。因此在假想的、直径为D’的内切圆34和垫圈30的内边棱36之间获得了没有凹陷、凹口等的内部环形区域38，并且有助于所需的稳定性。区段凹陷28a，28b，28c的最大径向深度优选为紧固垫圈26的最大径向宽度的三分之一。凹口32a，32b，32c的宽度b优选在相应的环周区域30a，30b，30c的环周延伸尺寸的四分之一到三分之一之间。
在所有的实施形式中，凹口以及区段凹陷或形式为分度圆轨迹（Teilkreisbahn）的凹陷都可以在制造紧固垫圈26的过程中成型在垫圈中或者事后在垫圈中加工出。
通过垫圈按本发明的构造，相比已知的紧固垫圈提高了垫圈的弹性，而不会损害其稳定性。由此一方面可以实现较高的夹紧力，另一方面更好地保证锁紧螺母即便在多次使用后还保持其原来的弹性并因此保持可用性。通过垫圈在其内径上的厚度W可以调节保持力。
在本发明的另一种在附图中没有示出的变型中，可以在容纳部20的内边缘和/或垫圈22的外边缘上成型凸肩或突出部，所述突出部在垫圈在颈状突出部14卷边时卡入槽24中时可以变形。由此可以补偿制造螺帽体12和紧固垫圈22时的制造公差。
在前述的说明书、附图和权利要求中公开的特征可以单独也可以任意组合来实现本发明的各种构造。
附图标记列表
10锁紧螺帽
12螺帽体
14颈状突出部
16内螺纹，螺帽螺纹
16’内螺纹
18颈状突出部14的内边缘
20容纳部
22,22’,22’’,22’’’紧固垫圈
24槽
26紧固垫圈
28a，28b，28c凹陷
30a，30b，30c环周区域
32a，32b，32c凹口
34内切圆
36垫圈的内边棱
38内部环形区域
W垫圈在内径上的厚度
w垫圈在外径上的厚度
D垫圈外径
d垫圈内径
D内切圆直径
Claims (16)
1.一种锁紧螺帽，该锁紧螺帽带有螺帽体(12)和由金属制成的垫圈(22；26)，所述螺帽体具有带有内螺纹(16)的螺纹部段和与该螺纹部段相连的内部环形槽(24)，该垫圈保持在所述环形槽中，其中，在所述垫圈(22；26)的内圆周上加工有与所述螺纹部段的内螺纹(16)相对应的内螺纹(16’)，并且所述垫圈(22；26)的内螺纹(16’)相对所述螺帽体(12)的内螺纹(16)轴向错移一个距离，该距离小于所述内螺纹(16)的螺距，其中，所述垫圈(22；26)在其内径上的厚度(W)大于所述垫圈(22；26)在其外径上的厚度(w)，其特征在于，所述垫圈(22”’)从它的外径到它的内径至少在部分区段具有连续增加的厚度，其中，在内部环形槽(24)的区域中构造有校准突出部和/或在垫圈(22；26)的外围上构造校准附件，所述校准突出部和/或校准附件在所述垫圈插入所述环形槽(24)中时可以变形，用于补偿制造公差。
2.如权利要求1所述锁紧螺帽，其特征在于，所述垫圈(22；26)在其外径上的厚度(w)大约等于或小于所述内螺纹(16)的一个螺距。
3.如权利要求2所述锁紧螺帽，其特征在于，所述垫圈(22；26)在其外径上的厚度(w)大于或等于半个螺距。
4.如权利要求1至3之一所述锁紧螺帽，其特征在于，所述垫圈(22；26)在其内径上的厚度(W)在所述内螺纹(16)的1个螺距到2.5个螺距之间的范围内。
5.如权利要求4所述锁紧螺帽，其特征在于，所述垫圈(22；26)在其内径上的厚度(W)在1个到2个螺距之间。
6.如权利要求1所述锁紧螺帽，其特征在于，所述垫圈在其外径上的厚度(w)约为所述内螺纹(16)的0.75个螺距，并且所述垫圈在其内径上的厚度(W)约为所述内螺纹(16)的1.5个螺距。
7.如权利要求1所述锁紧螺帽，其特征在于，所述垫圈(22”’)具有从所述垫圈的外径到所述垫圈的内径连续增加的厚度。
8.如权利要求1所述锁紧螺帽，其特征在于，所述垫圈(22’,22”)具有从所述垫圈的外径到所述垫圈的内径阶梯状增加的厚度，其中，所述阶梯相对于所述垫圈的轴线倾斜地延伸。
9.如权利要求1所述锁紧螺帽，其特征在于，所述垫圈(22,22’,22”,22”’)朝所述锁紧螺帽的端侧凸出地拱曲。
10.如权利要求1所述锁紧螺帽，其特征在于，所述垫圈(22；26)的内螺纹(16)相对所述螺帽体(12)的内螺纹(16)沿轴向错移约为1/4至1/2螺距的距离。
11.如权利要求1所述锁紧螺帽，其特征在于，在所述垫圈(26)的外径中成型有多个均匀分布在所述垫圈的环周上的凹陷(28a,28b,28c)。
12.如权利要求11所述锁紧螺帽，其特征在于，通过所述凹陷(28a,28b,28c)形成突出的爪形部(30a,30b,30c)，该爪形部带有基本上径向延伸的侧壁，所述垫圈通过所述爪形部摩擦接合地保持在所述环形槽(24)中，并且，所述凹陷(28a,28b,28c)在所述爪形部(30a,30b,30c)之间通过剩余的垫圈材料形成与所述爪形部环周尺寸至少相同的环形部段。
13.如权利要求12所述锁紧螺帽，其特征在于，在环周上分散布置三个爪形部(30a,30b,30c)。
14.如权利要求1所述锁紧螺帽，其特征在于，所述垫圈(22；26)由弹簧钢制成。
15.一种用于制造按前述权利要求之一所述的锁紧螺帽的方法，其特征在于，将所述垫圈(22；26)置入还没有螺纹的螺帽体(12)的颈状突出部(14)中的槽中，并且通过使颈状突出部(14)径向向内卷边而沿轴向夹紧所述垫圈(22；26)的外边缘，使得在唯一一个工序中，就在所述螺帽体(12)和所述垫圈(22；26)中攻出相同的内螺纹(16,16’)，并且接着使所述垫圈(22；26)的内部区域沿轴向变形预定的距离。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在预加工工序中为所述垫圈(22；22’；22”；22”’)制造凸出的拱曲，并且这样插入所述螺帽体(12)的颈状突出部中的槽中，使得所述垫圈(22,22’,22”,22”’)朝所述锁紧螺帽的端侧方向凸出地拱曲，其中，所述垫圈凸出的拱曲部在变形中减小，但并没有反向。
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