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Die
Erfindung betrifft eine Sicherung einer Schraubverbindung einer
auf einem Gewindeschaft einer Welle angeordneten Schraubmutter,
bei der die Welle an ihrem Außenumfang
mindestens eine achsparallele Längsnut
aufweist und die Schraubmutter an ihrem freien Ende mit einem zylindrischen Sicherungsbund
versehen ist, der abschnittsweise durch ein radiales Verstemmen
in formschlüssigen Eingriff
mit der Längsnut
bringbar ist.
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Sicherungen
von Schraubverbindungen aus einer mit einem Gewindeschaft versehenen
Welle oder einem Gewindebolzen und einer Schraubmutter sind in unterschiedlicher
Ausbildung und Anordnung bekannt und jeweils im wesentlichen entweder
kraftschlüssig
oder formschlüssig
wirksam.
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Als
Beispiel für
eine kraftschlüssige
Sicherung einer derartigen Schraubverbindung ist die Verwendung
einer selbstsichernden Schraubmutter, einer sogenannten Stoppmutter,
bekannt. Dabei weist die Stoppmutter an ihrem der Druckseite entgegengesetzten
freien Ende einen zylindrischen Sicherungsbund auf, der abschnittsweise
radial nach innen verformt ist, so dass sich beim Aufschrauben und Festziehen
der Schraubmutter durch einen erhöhten Reibungswiderstand mit
den Gewindegängen
der Welle bzw. des Bolzens ein erhöhtes Widerstandsmoment und
ein entsprechend hohes sicherndes Losdrehmoment ergibt. Nachteilig
an dieser Form der Schraubensicherung ist jedoch, dass aufgrund des
relativ großen
und nicht exakt bestimmbaren Widerstandsmomentes eine exakte Einstellung
eines vorgegebenen Anzugsmomentes der Schraubverbindung nicht möglich ist,
so dass eine Anwendung z.B. bei der Einstellung von Radlagern an
Kraftfahrzeugen und bei der Einstellung der Wälzlager einer Welle nicht in
Frage kommt. Bei einer alternativen Ausführung der Stoppmutter ist innerhalb
eines zylindrischen Sicherungsbundes ein Sicherungsring aus einem
zähen Kunststoff,
wie z.B. Polyamid, angeordnet, durch den ein erhöhter Reibungswiderstand mit den
Gewindegängen
der Welle bzw. des Bolzens erzielt wird. Bei dieser Ausführung der
Schraubensicherung kommt neben dem vorgenannten Nachteil hinzu,
dass die Anwendungsmöglichkeiten aufgrund der
beschränkten
Hitzebeständigkeit
des Kunststoffmaterials stark eingeschränkt sind.
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Als
Beispiel für
eine formschlüssige
Sicherung einer Schraubverbindung ist die Verwendung einer Kronenmutter
in Verbindung mit einem Sicherungssplint und einer radialen Splintbohrung
in der Welle bzw. dem Bolzen bekannt. Dabei wird die Schraubmutter
zunächst
mit dem vorgesehenen Drehmoment angezogen und anschließend der
Sicherungssplint durch die beiden mit der Splintbohrung fluchtenden
Gabelöffnungen
der Kronenmutter eingesetzt und endseitig umgebogen. Da dabei eine Fluchtung
aber häufig
nicht gegeben ist, muss die Schraubmutter entweder soweit gelöst oder
weiter angezogen werden, bis eine Fluchtung hergestellt ist. Somit
ist auch mit dieser Form der Schraubensicherung eine exakte Einstellung
des Anzugsmomentes nicht zuverlässig
möglich.
Zudem weist die Welle bzw. der Bolzen im Bereich der Splintbohrung
aufgrund der dadurch bedingten Querschnittsverengung und der hohen
Kerbwirkung eine relativ geringe Dauerfestigkeit auf, so dass diese
Form der Schraubensicherung in Bereichen der Welle bzw. des Bolzens mit
wechselnder Biege- und/oder
Torsionsbelastung nicht anwendbar ist.
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In
der DD 64 171 (DDR) ist dagegen eine formschlüssige Sicherung einer Schraubverbindung angegeben,
bei der die Welle bzw. der Bolzen innerhalb des Gewindeschaftes
mindestens eine achsparallele Längsnut
aufweist und die Schraubmutter auf ihrer Druckseite mit einem zylindrischen
Sicherungsbund versehen ist, der abschnittsweise durch ein radiales
Verstemmen in Richtung der Wellenachse mit der Längsnut in formschlüssigen Eingriff
bringbar ist. Dabei ist allerdings von Nachteil, dass die durch
das zuvor eingestellte Anzugsmoment der Schraubmutter eingestellte
Vorspannung zwangsläufig
durch bei dem Verstemmungsvorgang auch axial ausweichendes Material
des Sicherungsbundes erhöht
wird. Des weiteren wirkt sich die Längsnut wegen der großen Kerbwirkung
für eine
wechselnde Belastung der Welle bzw. des Bolzens im Bereich des Gewindeschaftes ungünstig aus.
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Im
Gegensatz dazu ist in einer ähnlichen Schraubensicherung
nach der
DE 101 15
371 C1 ebenfalls mindestens eine achsparallele Längsnut innerhalb
des Gewindeschaftes der Welle bzw. des Bolzens angeordnet, jedoch
die Schraubmutter auf ihrem der Druckseite entgegengesetzten freien
Ende mit einem zylindrischen Sicherungsbund versehen, der abschnittsweise
durch ein radiales Verstemmen in Richtung der Wellenachse mit der
Längsnut
in formschlüssigen
Eingriff bringbar ist. Hierdurch wird die durch das zuvor eingestellte
Anzugsmoment bestimmte Vorspannung zwar weitgehend unverändert beibehalten.
Die für
eine wechselnde Belastung der Welle bzw. des Bolzens im Bereich
des Gewindeschaftes ungünstige
Ausbildung durch die hohe Kerbwirkung der Längsnut bleibt allerdings nachteilig erhalten.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine prozesssichere
Sicherung einer Schraubverbindung der eingangs genannten Art anzugeben,
bei der die Nachteile der vorgenannten Ausführungen vermieden werden, und
die besonders für
eine Anordnung in einem durch wechselnde Biegung und/oder Torsion
belasteten Bereich einer Welle geeignet ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung
mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass die Welle einen dem
Gewindeschaft axial vorgelagerten Sicherungsschaft aufweist, an
dessen Außenumfang
die mindestens eine Längsnut
angeordnet ist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schraubensicherung sind
in den Ansprüchen
2 bis 9 angegeben.
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Durch
die räumliche
Trennung der zur formschlüssigen
Sicherung der Schraubmutter erforderlichen Längsnut von den Gewindegängen des
Gewindeschaftes wird eine Durchtrennung der Gewindegänge vermieden
und deren Tragfähigkeit
erhöht. Der
Gewindeschaft kann daher zur Erzielung einer vorab festgelegten
Tragfähigkeit
axial kürzer
ausgebildet werden. Des weiteren wird eine durch eine Längsnut verursachte
Schwächung
der Welle im Bereich des Gewindeschaftes und damit eine Reduzierung
der Dauerfestigkeit der Welle vermieden.
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Der
Sicherungsschaft der Welle und der Sicherungsbund der Schraubmutter
sind vorteilhaft gewindelos ausgebildet. Dadurch vergrößert sich
zwar der radiale Abstand, der bei dem Verstemmen zur Herstellung
der formschlüssigen
Sicherung der Schraubmutter auf der Welle überbrückt werden muss. Durch den
Wegfall der in diesem Bereich ohnehin nutzlosen Gewindegänge kann
aber die radiale Tiefe der Längsnut
zur Erzielung eines vorgegebenen Losdreh- bzw. Sicherungsmomentes
vorteilhaft kleiner ausfallen, da in diesem Fall beim Verstemmen nur
Vollmaterial des Sicherungsbundes in die Längsnut gedrückt wird. Im übrigen wird
durch den Wegfall der Gewindegänge
an dem Sicherungsschaft die Dauerfestigkeit der Welle erhöht.
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Zur
Verringerung der Kerbwirkung der Längsnut weist diese zweckmäßig ein
gerundetes Querschnittsprofil, etwa in Form eines Evolventenzahnprofils,
eines U-Profils, oder eines V-Profils, auf. Das Querschnittsprofil
der Längsnut
kann zwar auch durch Fräsen
oder Schleifen hergestellt werden, sollte aber zur Verbesserung
der Dauerfestigkeit der Welle bevorzugt durch Walzen bzw. Rollen
hergestellt sein.
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Um
die Dauerfestigkeit der Welle weiter zu erhöhen sind anstelle einer einzigen
Längsnut
oder einiger weniger Längsnuten
vorteilhaft mehrere Längsnuten
gleichmäßig über den
Außenumfang verteilt
an dem Sicherungsschaft angeordnet, die zur Erzielung des gleichen
Losdreh- bzw. Sicherungsmomentes weniger tief ausgeführt sein
können,
was einen effektiv größeren Querschnitt
des Sicherungsschaftes der Welle und eine insgesamt geringere Kerbwirkung
der Längsnuten
ergibt. In einer bevorzugten, in dieser Hinsicht extremen Ausführung der Schraubensicherung
werden die Längsnuten
durch eine Rändelung
des Sicherungsschaftes gebildet.
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Die
erfindungsgemäße Schraubensicherung ist
somit besonders geeignet für
die Verwendung der Schraubmutter als Einstellmutter einer Wellenlagerung
bei einer Anordnung der Schraubmutter in einem mit wechselnder Biegung
und/oder Torsion belasteten Bereich einer Welle. Dies trifft beispielsweise für die Einstellmutter
einer angestellten Lagerung der Ritzelwelle eines Differenzialgetriebes
zu, die bislang üblicherweise
am Wellenende angeordnet ist und über eine Distanzhülse mit
dem äußeren Wälzlager in
Verbindung steht. Mit der erfindungsgemäßen Schraubensicherung kann
die Einstellmutter nunmehr platz- und gewichtsparend in einem mit
wechselnder Biegung und Torsion belasteten Bereich der Ritzelwelle
unmittelbar an dem äußeren Wälzlager angeordnet
werden.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung und den beigefügten
Zeichnungen, die beispielhaft zur Erläuterung der Erfindung dienen.
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Hierzu
zeigt:
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1 Eine
erste Ausführung
der erfindungsgemäßen Schraubensicherung
in montiertem Zustand einer Schraubmutter auf einem Abschnitt einer Welle,
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2 der
Abschnitt der Welle nach 1 als Einzelteil,
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3 die
Schraubmutter nach 1 als Einzelteil,
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4 eine
zweite Ausführung
der erfindungsgemäßen Schraubensicherung
in montiertem Zustand einer Schraubmutter auf einem Abschnitt einer
Welle,
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5 der
Abschnitt der Welle nach 4 als Einzelteil, und
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6 die
Schraubmutter nach 4 als Einzelteil.
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Ein
Abschnitt 14 einer Welle 1, 1' nach 2 und 5 weist
innenseitig einen Lagerschaft 2 zur Aufnahme des Innenrings
eines nicht abgebildeten Wälzlagers
und endseitig einen Lagerbund 3 als Endanschlag für den Innenring
des Wälzlagers
auf. Ein an den Lagerbund 3 anschließender, für die Erfindung jedoch nicht
relevanter Teil der Welle 1, 1' ist in 2 und 5 weggelassen.
Dem Lagerbund 3 gegenüberliegend
ist axial benachbart zu dem Lagerschaft 2 ein Gewindeschaft 4 mit
einem Außengewinde 5 zur
Montage einer Schraubmutter 6, 6' nach 3 bzw. 6 angeordnet.
Die Schraubmutter 6, 6' dient als Einstellmutter zur Sicherung
und Einstellung des Axialspiels bzw. einer definierten axialen Vorspannung
des Wälzlagers
und weist an ihrem Außenumfang
ein Sechskantprofil auf.
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Dem
Gewindeschaft 4 axial vorgelagert weist die Welle 1, 1' einen Sicherungsschaft 7, 7' auf, über dessen
Außenumfang
mehrere Längsnuten 8, 8' gleichmäßig verteilt
angeordnet sind. In einer ersten Ausführung nach 2 sind
die Längsnuten 8 in relativ
geringer Anzahl mit relativ großem
U-förmigen Querschnittsprofil
ausgeführt.
In einer zweiten Ausführung
nach 5 werden die Längsnuten 8' durch eine
Rändelung 9 des
Sicherungsschaftes 7' gebildet und
sind somit in hoher Anzahl mit kleinem V-förmigen Querschnittsprofil ausgeführt.
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Zur
Einstellung des Lagerspiels oder einer axialen Vorspannung des Wälzlagers
ist die Montage einer Schraubmutter 6, 6' auf dem Gewindeschaft 4 vorgesehen,
die zur Sicherung an ihrem der Druckseite 10 entgegengesetzten
freien Ende 11 mit einem zylindrischen Sicherungsbund 12, 12' versehen ist. Nach
dem Anziehen der Schraubmutter 6, 6' mit einem vorab festgelegten Drehmoment
wird der Sicherungsbund 12, 12' durch ein abschnittsweises radiales
Verstemmen mittels eines Stemmwerkzeuges mit den Längsnuten 8, 8' in formschlüssigen Eingriff
gebracht und somit zuverlässig
gegen ein selbsttätiges Losdrehen
gesichert. Bei späteren
Wartungs- und Reparaturarbeiten
kann die Schraubmutter durch das Aufbringen eines entsprechend hohen
Losdrehmomentes mittels eines Schraubenschlüssels gelöst werden, wobei die verstemmten
Bereiche des Sicherungsbundes 12, 12' durch die seitlichen
Schrägen der
Längsnuten 8, 8' aufgebogen
werden. Bei der Schraubmutter 6 nach 3 ist
der Sicherungsbund 12 gewindelos ausgeführt, was eine geringere radiale
Tiefe der Längsnuten 8 ermöglicht.
Bei der Schraubmutter 6' nach 6 ist
das Innengewinde 13 dagegen über die gesamte axiale Tiefe
und somit auch an dem Sicherungsbund 12 vorhanden, da die radiale
Tiefe der in diesem Fall durch die Rändelung 9 gebildeten
Längsnuten 8' ohnehin klein
ist.
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Der
montierte und gesicherte Zustand der Schraubmutter 6, 6' auf dem Abschnitt 14 der
Welle 1, 1' ist
jeweils in 1 bzw. 4 abgebildet.
Dabei ist noch erwähnenswert,
dass im Unterschied zu der Welle 1 mit den einzelnen Längsnuten 8 der
Sicherungsbund 12' bei
der Ausführung
der Welle 1' mit der
Rändelung 9 zur
Sicherung der Schraubmutter 6' mit einem entsprechenden Stemmwerkzeug
nahezu gleichmäßig über den
gesamten Umfang radial nach innen verstemmt ist.
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Da
die vorliegende Schraubensicherung nur eine kleine Querschnittsverengung
und eine geringe Kerbwirkung der Welle aufweist, ist diese besonders für eine Anwendung
an der Einstellmutter einer Wellenlagerung geeignet, bei der die
Einstellmutter in einem mit wechselnder Biegung und/oder Torsion
belasteten Bereich der Welle angeordnet werden soll.
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- 1
- Welle
- 1'
- Welle
- 2
- Lagerschaft
- 3
- Lagerbund
- 4
- Gewindeschaft
- 5
- Außengewinde
- 6
- Schraubmutter
- 6'
- Schraubmutter
- 7
- Sicherungsschaft
- 7'
- Sicherungsschaft
- 8
- Längsnut
- 8'
- Längsnut
- 9
- Rändelung
- 10
- Druckseite
- 11
- freies
Ende
- 12
- Sicherungsbund
- 12'
- Sicherungsbund
- 13
- Innengewinde
- 14
- Abschnitt