DE102014211024A1

DE102014211024A1 - Schraubensicherung

Info

Publication number: DE102014211024A1
Application number: DE102014211024.6A
Authority: DE
Inventors: Johannes Großhauser; Stefan Stoyanov; André Trepper; Hartmut Vogel; Thomas Günthner; Andreas Kupfer; Hans-Jürgen Müller; Thorsten Stark
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2014-06-10
Publication date: 2015-12-17
Also published as: CN204828238U

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schraubensicherung (1) zur Sicherung einer mittels einer Schraube (2) erzeugten Schraubverbindung wenigstens zweier Fügepartner (3, 4), umfassend wenigstens ein Sicherungselement (10, 20) zur Kompensation von eine Vorspannung der Schraube (2) reduzierenden Kriechdehnungen wenigstens eines Fügepartners (3, 4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubensicherung zur Sicherung einer mittels einer Schraube erzeugten Schraubverbindung wenigstens zweier Fügepartner.
Schraubverbindungen können durch das Relaxationsverhalten von Fügepartnern beeinträchtigt werden, durch das insbesondere Vorspannkräfte in den Schraubverbindungen abgebaut und für mechanische Kraftüberträge und/oder elektrische Kontaktierungen geforderte Klemmkräfte herabgesetzt werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schraubensicherung zur Sicherung einer mittels einer Schraube erzeugten Schraubverbindung anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Schraubensicherung zur Sicherung einer mittels einer Schraube erzeugten Schraubverbindung wenigstens zweier Fügepartner umfasst wenigstens ein Sicherungselement zur Kompensation von eine Vorspannung der Schraube reduzierenden Kriechdehnungen wenigstens eines Fügepartners.
Die Kompensation von eine Vorspannung der Schraube reduzierenden Kriechdehnungen ist insbesondere zur Sicherung von Schraubverbindungen vorteilhaft, die besonders dauerhaft ausgeführt werden sollen oder aufgrund von Umgebungsbedingungen oder Materialeigenschaften der Fügepartner durch Kriechdehnungen von Fügepartnern besonders stark beeinträchtigt werden können.
Vorzugsweise weist das wenigstens eine Sicherungselement dabei eine Anlagefläche zur Übertragung einer durch ein Anziehen der Schraube erzeugbaren Anpresskraft auf eine zu einer Schraubenachse der Schraube senkrechte Oberfläche eines Fügepartners auf.
Eine derartige Anlagefläche, insbesondere eine Anlagefläche mit einem großen Flächeninhalt, reduziert vorteilhaft die wirksame Flächenpressung auf die Fügepartner und damit die Triebkraft von Kriechrelaxationen der Fügepartner.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht ein als eine ringförmige Einpressmutter ausgebildetes Sicherungselement mit einem Rumpf, der im Wesentlichen als ein Hohlzylinder ausgebildet ist, vor. Eine Deckfläche des Hohlzylinders bildet eine Anlagefläche und eine innere Zylindermantelfläche des Hohlzylinders weist ein zu einem Schraubengewinde der Schraube korrespondierendes Innengewinde auf, das nur in einem von der Anlagefläche abgewandten Endabschnitt der inneren Zylindermantelfläche des Sicherungselements verläuft.
Dadurch, dass das Innengewinde auf einen Endabschnitt der inneren Zylindermantelfläche beschränkt ist, wird eine Vergrößerung der Klemmlänge der Schraubverbindung gegenüber einem über die gesamte innere Zylindermantelfläche geführten Innengewinde erreicht. Die vergrößerte Klemmlänge bewirkt vorteilhaft eine größere elastische Dehnung in der Schraubverbindung. Der Betrag eines relaxierenden Fügepartners an der Gesamtklemmlänge wird reduziert. Dadurch wird eine resultierende Restvorspannung in der Schraube erhöht. Die Vergrößerung der Klemmlänge im Inneren der Einpressmutter hat zudem den Vorteil, dass der Bauraum nicht vergrößert wird und vorgesehene Luft- und Kriechstrecken weiterhin eingehalten werden können.
Eine Weiterbildung der vorgenannten Ausgestaltung der Erfindung sieht eine dem Rumpf anlageflächenseitig angeformte Presshülse vor, die einen rohrartigen Aufsatz auf den Rumpf bildet, wobei sich die Innenoberfläche der Presshülse an den gewindefreien Abschnitt der inneren Zylindermantelfläche des Rumpfes anschließt und der Außendurchmesser der Presshülse kleiner als der Außendurchmesser des Rumpfes ist.
Die integrierte Presshülse verhindert bzw. reduziert einen plastischen Stofffluss des Werkstoffs eines Fügepartners radial nach innen in ein Bohrungsloch der Schraubverbindung. Axial wird der Stofffluss durch die Anlagefläche der Einpressmutter begrenzt. Radial nach außen stützt sich der Werkstoff selbst, da außerhalb eines Druckkegels der Flächenpressung die Triebkraft zur Kriechrelaxation und damit zum plastischen Stofffluss fehlt.
Ferner weist das als Einpressmutter ausgebildete Sicherungselement vorzugsweise wenigstens eine von der Anlagefläche abstehende Eindrücknase auf, wobei wenigstens eine Eindrücknase vorzugsweise länglich ausgebildet ist und radial zwischen einem äußeren und einem inneren Rand der Anlagefläche verläuft.
Derartige Eindrücknasen wirken vorteilhaft als Verdrehsicherungen gegen ein Verdrehen der Einpressmutter.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht ein als ein zweikomponentiges Spannscheibenelement ausgebildetes Sicherungselement vor. Dieses Sicherungselement umfasst eine im Wesentlichen scheibenförmige Auflagekomponente, die eine Scheibenöffnung zur Durchführung eines Schraubenbolzens der Schraube und eine eine Anlagefläche bildende Oberfläche aufweist, und eine trichterförmige Federkomponente, die sich an einer der Anlagefläche gegenüber liegenden Stützoberfläche der Auflagekomponente abstützt.
Diese Ausgestaltung der Erfindung kombiniert die Eigenschaften einer Unterlegscheibe und einer Spannscheibe in einem Sicherungselement und reduziert dadurch vorteilhaft den Montageaufwand.
Die Federkomponente weist dabei einen von der Auflagekomponente abgewandten im Wesentlichen hohlzylindrischen Hülsenabschnitt, in den der Schraubenbolzen einführbar ist, und einen sich an den Hülsenabschnitt anschließenden Tellerfederabschnitt auf, wobei der Tellerfederabschnitt die Form eines Kegelstumpfmantels hat, der sich von dem Hülsenabschnitt zu der Auflagekomponente hin verbreitert und sich an der Stützoberfläche der Auflagekomponente abstützt.
Der Tellerfederabschnitt wirkt dabei als eine Spannscheibe. Der Hülsenabschnitt bewirkt eine Vergrößerung der Klemmlänge, die ihrerseits vorteilhaft eine größere elastische Dehnung in der Schraubverbindung bewirkt. Ferner wird der Betrag eines relaxierenden Fügepartners an der Gesamtklemmlänge reduziert. Dadurch wird eine resultierende Restvorspannung in der Schraube erhöht.
Ferner weist ein als ein Spannscheibenelement ausgebildetes Sicherungselement vorzugsweise wenigstens ein an der Stützoberfläche der Auflagekomponente angeordnetes Halteelement zum Halten der Auflagekomponente an der Federkomponente auf. Insbesondere sind mehrere um den Tellerfederabschnitt der Federkomponente herum angeordnete Halteelemente vorgesehen, die jeweils von der Auflagekomponente abstehen und hakenförmig mit zu dem Tellerfederabschnitt hin abgewinkelten Endabschnitten ausgebildet sind.
Durch die Halteelemente wird die Auflagekomponente vorteilhaft an die Federkomponente gekoppelt.
Die Erfindung sieht insbesondere die Verwendung einer erfindungsgemäßen Schraubensicherung zur Sicherung einer Schraubverbindung zweier Fügepartner, die jeweils als eine Stromschiene ausgebildet sind, vor.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
1 eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Schraubensicherung,
2 eine Draufsicht auf das in 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel einer Schraubensicherung,
3 eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Schraubensicherung,
4 eine Draufsicht auf das in 4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel einer Schraubensicherung, und
5 eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Schraubensicherung, zweier Fügepartner und einer Schraube.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schraubensicherung 1 zur Sicherung einer mittels einer Schraube 2 erzeugten Schraubverbindung wenigstens zweier Fügepartner 3, 4, wobei die Schraube 2 und die Fügepartner 3, 4 in den 1 und 2 nicht dargestellt sind (siehe dazu 5). Die Schraubensicherung 1 dieses Ausführungsbeispiels besteht aus einem ersten Sicherungselement 10, das als eine ringförmige Einpressmutter ausgebildet ist. 1 zeigt das erste Sicherungselement 10 in einer Schnittdarstellung, 2 zeigt eine Draufsicht auf das erste Sicherungselement 10. Das erste Sicherungselement 10 weist einen Rumpf 11 und eine Presshülse 12 auf.
Der Rumpf 11 ist im Wesentlichen als ein Hohlzylinder ausgebildet, dessen eine Deckfläche eine erste Anlagefläche 13 zur Übertragung einer durch ein Anziehen der Schraube 2 erzeugbaren Anpresskraft auf eine zu einer Schraubenachse 5 der Schraube 2 senkrechte Oberfläche eines Fügepartners 3, 4 bildet. Eine innere Zylindermantelfläche 14 des Rumpfes 11 weist ein zu einem Schraubengewinde 6 der Schraube 2 korrespondierendes Innengewinde 15 auf, das nur in einem von der ersten Anlagefläche 13 abgewandten Endabschnitt der inneren Zylindermantelfläche 14 verläuft.
Die Presshülse 12 ist dem Rumpf 11 anlageflächenseitig angeformt und bildet einen rohrartigen Aufsatz auf den Rumpf 12. Dabei schließt sich eine Innenoberfläche 16 der Presshülse 12 an den gewindefreien Abschnitt der inneren Zylindermantelfläche 14 des Rumpfes 11 an. Der Außendurchmesser der Presshülse 12 ist kleiner als der Außendurchmesser des Rumpfes 11.
Von der ersten Anlagefläche 13 stehen mehrere Eindrücknasen 17 ab, die jeweils länglich ausgebildet sind, radial zwischen einem äußeren und einem inneren Rand der ersten Anlagefläche 13 verlaufen und gleichmäßig über die erste Anlagefläche 13 verteilt sind. Die Eindrücknasen 17 dienen als Verdrehsicherungen der Schraubensicherung 1.
Die 3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schraubensicherung 1 zur Sicherung einer mittels einer Schraube 2 erzeugten Schraubverbindung wenigstens zweier Fügepartner 3, 4, wobei die Schraube 2 und die Fügepartner 3, 4 in den 3 und 4 nicht dargestellt sind (siehe dazu 5). Die Schraubensicherung 1 dieses Ausführungsbeispiels besteht aus einem zweiten Sicherungselement 20, das als ein zweikomponentiges Spannscheibenelement ausgebildet ist. 3 zeigt das zweite Sicherungselement 20 in einer Schnittdarstellung, 4 zeigt eine Draufsicht auf das zweite Sicherungselement 20. Das zweite Sicherungselement 20 weist eine Auflagekomponente 21 und eine Federkomponente 22 auf.
Die Auflagekomponente 21 ist im Wesentlichen scheibenförmig mit einer zentralen Scheibenöffnung 24 zur Durchführung eines Schraubenbolzens 7 der Schraube 2 ausgebildet. Eine Oberfläche der Auflagekomponente 21 bildet eine zweite Anlagefläche 23 zur Übertragung einer durch ein Anziehen der Schraube 2 erzeugbaren Anpresskraft auf eine zu einer Schraubenachse 5 der Schraube 2 senkrechte Oberfläche eines Fügepartners 3, 4. Die Federkomponente 22 ist trichterförmig ausgebildet, wobei sie einen von der Auflagekomponente 21 abgewandten im Wesentlichen hohlzylindrischen Hülsenabschnitt 25, in den der Schraubenbolzen 7 der Schraube einführbar ist, und einen sich an den Hülsenabschnitt 25 anschließenden Tellerfederabschnitt 26 aufweist. Der Tellerfederabschnitt 26 hat die Form eines Kegelstumpfmantels, der sich von dem Hülsenabschnitt 25 zu der Auflagekomponente 21 hin verbreitert und sich an einer der zweiten Anlagefläche 23 gegenüber liegenden Stützoberfläche 27 der Auflagekomponente 21 abstützt.
Von der Stützoberfläche 27 der Auflagekomponente 21 stehen mehrere Halteelemente 28 zum Halten der Auflagekomponente 21 an der Federkomponente 22 ab. Jedes Halteelement 28 ist hakenförmig mit zu dem Tellerfederabschnitt 26 hin abgewinkelten Endabschnitten ausgebildet und beispielsweise aus einem radialen Streifenabschnitt am Rand der Auflagekomponente 21 durch Umbiegen des Streifenabschnitts geformt.
5 zeigt eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Schraubensicherung 1, zweier an einander anliegender Fügepartner 3, 4 und einer Schraube 2. Die Schraubensicherung 1 dieses Ausführungsbeispiels besteht aus einem in den 1 und 2 dargestellten ersten Sicherungselement 10 und einem in den 3 und 4 dargestellten zweiten Sicherungselement 20.
Das erste Sicherungselement 10 wird mit der ersten Anlagefläche 13 an eine Oberfläche eines ersten Fügepartners 3, die von dem zweiten Fügepartner 4 abgewandt ist, angepresst, wobei die Presshülse 12 des ersten Sicherungselements 10 in ein durch die beiden Fügepartner 3, 4 verlaufendes Bohrungsloch 9 hineinragt und die Eindrücknasen 17 in den ersten Fügepartner 3 eingedrückt werden, so dass sie ein Verdrehen des ersten Sicherungselements 10 gegen den ersten Fügepartner 3 verhindern.
Die Auflagekomponente 21 des zweiten Sicherungselements 20 liegt mit der zweiten Anlagefläche 23 an einer von dem ersten Fügepartner 3 abgewandten Oberfläche des zweiten Fügepartners 4 an, wobei sich die Scheibenöffnung 24 der Auflagekomponente 21 konzentrisch über dem Bohrungsloch 9 befindet.
Der Schraubenbolzen 7 der Schraube 2 wird durch den Hülsenabschnitt 25 und den Tellerfederabschnitt 26 der Federkomponente 22 und die Scheibenöffnung 24 der Auflagekomponente 21 hindurch in das Bohrungsloch 9 und in die Presshülse 12 eingeführt bis das Schraubengewinde 6 auf das Innengewinde 15 des ersten Sicherungselements 10 trifft. Dann wird die Schraube 2 angezogen, indem das Schraubengewinde 6 in das Innengewinde 15 gedreht wird. Dadurch wird ein Schraubenkopf 8 der Schraube 2 gegen ein ihm zugewandtes Ende des Hülsenabschnitts 25 der Federkomponente 22 gedrückt. Über den Hülsenabschnitt 25 wird der Tellerfederabschnitt 26 der Federkomponente 22 an die Stützoberfläche 27 der Auflagekomponente 21 und dadurch die zweite Anlagefläche 23 an den zweiten Fügepartner 4 gedrückt. Ferner wird durch das Anziehen der Schraube 2 die erste Anlagefläche 13 des ersten Sicherungselements 10 an den ersten Fügepartner 3 gedrückt.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Schraubensicherung (1) zur Sicherung einer mittels einer Schraube (2) erzeugten Schraubverbindung wenigstens zweier Fügepartner (3, 4), umfassend wenigstens ein Sicherungselement (10, 20) zur Kompensation von eine Vorspannung der Schraube (2) reduzierenden Kriechdehnungen wenigstens eines Fügepartners (3, 4).
Schraubensicherung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sicherungselement (10, 20) eine Anlagefläche (13, 23) zur Übertragung einer durch ein Anziehen der Schraube (2) erzeugbaren Anpresskraft auf eine zu einer Schraubenachse (5) der Schraube (2) senkrechte Oberfläche eines Fügepartners (3, 4) aufweist.
Schraubensicherung (1) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein als eine ringförmige Einpressmutter ausgebildetes Sicherungselement (10) mit einem Rumpf (11), der im Wesentlichen als ein Hohlzylinder ausgebildet ist, dessen eine Deckfläche eine Anlagefläche (13) bildet und dessen innere Zylindermantelfläche (14) ein zu einem Schraubengewinde (6) der Schraube (2) korrespondierendes Innengewinde (15) aufweist, das nur in einem von der Anlagefläche (13) abgewandten Endabschnitt der inneren Zylindermantelfläche (14) des Sicherungselements (10) verläuft.
Schraubensicherung (1) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine dem Rumpf (11) anlageflächenseitig angeformte Presshülse (12), die einen rohrartigen Aufsatz auf den Rumpf (11) bildet, wobei sich die Innenoberfläche (16) der Presshülse (12) an den gewindefreien Abschnitt der inneren Zylindermantelfläche (14) des Rumpfes (11) anschließt und der Außendurchmesser der Presshülse (12) kleiner als der Außendurchmesser des Rumpfes (11) ist.
Schraubensicherung (1) nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch wenigstens eine von der Anlagefläche (13) abstehende Eindrücknase (17).
Schraubensicherung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Eindrücknase (17) länglich ausgebildet ist und radial zwischen einem äußeren und einem inneren Rand der Anlagefläche (13) verläuft.
Schraubensicherung (1) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein als ein zweikomponentiges Spannscheibenelement ausgebildetes Sicherungselement (20), umfassend eine im Wesentlichen scheibenförmige Auflagekomponente (21), die eine Scheibenöffnung (24) zur Durchführung eines Schraubenbolzens (7) der Schraube (2) und eine eine Anlagefläche (23) bildende Oberfläche aufweist, und eine trichterförmige Federkomponente (22), die sich an einer der Anlagefläche (23) gegenüber liegenden Stützoberfläche (27) der Auflagekomponente (21) abstützt.
Schraubensicherung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkomponente (22) einen von der Auflagekomponente (21) abgewandten im Wesentlichen hohlzylindrischen Hülsenabschnitt (25), in den der Schraubenbolzen (7) einführbar ist, und einen sich an den Hülsenabschnitt (25) anschließenden Tellerfederabschnitt (26) aufweist, wobei der Tellerfederabschnitt (26) die Form eines Kegelstumpfmantels hat, der sich von dem Hülsenabschnitt (25) zu der Auflagekomponente (21) hin verbreitert und sich an der Stützoberfläche (27) der Auflagekomponente (21) abstützt.
Schraubensicherung (1) nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch wenigstens ein an der Stützoberfläche (27) der Auflagekomponente (21) angeordnetes Halteelement (28) zum Halten der Auflagekomponente (21) an der Federkomponente (22).
Schraubensicherung (1) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch mehrere um den Tellerfederabschnitt (26) der Federkomponente (22) herum angeordnete Halteelemente (28), die jeweils von der Auflagekomponente (21) abstehen und hakenförmig mit zu dem Tellerfederabschnitt (26) hin abgewinkelten Endabschnitten ausgebildet sind.
Verwendung einer Schraubensicherung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Sicherung einer Schraubverbindung zweier Fügepartner (3, 4), die jeweils als eine Stromschiene ausgebildet sind.