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Vorliegende Erfindung betrifft eine Nutmutter gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Bei vielen Anwendungen, wie beispielsweise Fahrzeugachsen, werden Achsmuttern verwendet, um eine Radlagerung auf einer Achse zu fixieren. Dabei dient die Radlagerung als Verbindungselement zwischen einem drehenden Element, wie zu Beispiel einem Kraftfahrzeugrad, und einem stehenden Element, wie beispielsweise einer Fahrzeugachse. Wenn beispielsweise die Radlagerung durch eine Radlagereinheit realisiert wird, kann die Radlagerung auf der Achse des Fahrzeugs montiert und mit einem Befestigungselement axial und tangential gegen Verschiebung bzw. Rotation gesichert werden. Dabei nimmt das Befestigungselement die gesamte axiale Betriebslast auf und leitet diese, beispielsweise über ein Gewinde, mit dem das Befestigungselement an der Achse befestigt ist, an die Achse weiter, wobei insbesondere hohe Klemmkräfte zwischen den Innenringen eines Lagers notwendig sein können, die durch sehr hohe Anzugsmomente auf das Befestigungselement generiert werden.
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Allerdings können diese hohen axialen Klemmkräfte bei bestimmten Befestigungselementen, wie beispielsweise Nutmuttern, deren Einsatz besonders vorteilhaft ist, wenn ein zur Verfügung stehender axialer Bauraum beschränkt ist, unter bestimmten Bedingungen zu hohen Deformationen führen. Diese Deformationen können insbesondere in einem Klemmkraftverlust, einer Lebensdauerminderung der Radlagerung und im Extremfall einem totalen Versagen der Radlagereinheit resultieren. Üblicherweise haben Nutmuttern eine ringförmige Form, wobei die namensgebenden Nuten an einem äußeren Umfang gleichmäßig um die Nutmutter herum verteilt sind. Dies führt dazu, dass die Nutmuttern umfänglich eine segmentierte Form aufweisen, da die Nuten axial durchgehend sind. Wenn allerdings der segmentierte Bereich des äußeren Umfangs der Nutmutter mit einer hohen axialen Last belastet wird, kann die Nutmutter nachgeben und die zylindrische Gewindebohrung konisch verformen.
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Diese konische Deformation führt wiederum dazu, dass die ersten Gewindegänge der Schraubverbindung entlastet werden und die letzten Gewindegänge um die gleichgroße axiale Last belastet werden. Die zusätzliche Belastung der letzten Gewindegänge wird umso höher je konischer die Nutmutter verformt wird. Wird das Gewinde der Nutmutter stark konisch verformt, werden immer mehr Gewindegänge im vorderen Bereich entlastet und die letzten zwei bis drei Gewindegänge so stark beansprucht, dass sie plastisch nachgeben und die Klemmkraft bzw. die Vorspannung verloren geht.
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Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, Nutmutter bereitzustellen, die stabiler gegen Verformung ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Nutmutter gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Im Folgenden wird eine Nutmutter zum axialen Sichern eines Innenrings eines Lagers, der fest an einer Achse oder Welle angeordnet ist, vorgeschlagen. Der Innenring kann ein feststehender oder ein sich mit der Welle drehender Ring sein. Die Nutmutter weist eine Dicke D in einer axialen Richtung der Achse, eine mittige Bohrung mit einem Innendurchmesser, die mit einem Gewinde versehen ist, und eine äußere Umfangfläche auf, wobei die Nutmutter an ihrer äußeren Umfangsfläche mit zumindest einer Aussparung versehen ist. Um die Nutmutter auch bei einer ungünstigen Krafteinleitung stabiler gegen eine Verformung zu gestalten, ist eine Tiefe t der Aussparung in der axialen Richtung kleiner als die axiale Dicke D der Nutmutter. Das heißt, die Aussparung erstreckt sich nicht über die volle axiale Dicke der Nutmutter. Dadurch ist der äußere Umfang der vorgeschlagenen Nutmutter im Gegensatz zu bekannten Nutmuttern nicht durchgehend segmentiert und eine konische Verformung der Gewindebohrung der Nutmutter kann im Vergleich zu einer herkömmlichen Nutmutter reduziert werden.
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Bevorzugt ist die Nutmutter mit mehreren Aussparungen versehen ist, die umfänglich gleich verteilt sind. Außerdem können die Abmessungen der Aussparung insbesondere derart gewählt sein, dass ein Nutmutterschlüssel oder Hakenschlüssel in die Nut einsetzbar ist.
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Außerdem kann die axiale Tiefe t der Aussparung 0,3D < t < 0,7D, bevorzugt 0,4D < t < 0,6D sein, wobei D die axiale Dicke der Nutmutter ist. Ferner weist die Nutmutter eine Breite B in der radialen Richtung auf, und eine radiale Tiefe b der Aussparung kann zwischen 0,4B < b < 0,6B sein. Auch dadurch kann einer Verformung der Nutmutter entgegengewirkt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat die Nutmutter im Schnitt durch die Aussparung ein L-förmiges Profil. Das L-förmige Profil kann die Verformung der Nutmutter weiter reduzieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Nutmutter eine stufenförmige Form mit einem ersten Ringteil und einem zweiten Ringteil auf, wobei die zumindest eine Aussparung in einer äußeren Umfangsfläche des ersten Ringteils vorgesehen ist, wobei ein Außendurchmesser des zweiten Ringteils größer ist als ein Außendurchmesser des ersten Ringteils. Bevorzugt sind der erste Ringteil und der zweite Ringteil einstückig gebildet. Der zweite Ringteil bildet somit eine Art Flansch, der sich radial erstreckt und über den ersten Ringteil hinausragt. Bevorzugt hat der erste Ringteil eine radiale Breite B1 und der zweite Ringteil eine radiale Breite B2, wobei die radiale Breite B2 des zweiten Rings zwischen 1,2B1 < B2 <2B1 ist. Dadurch kann eine Verformung der Nutmutter weiter reduziert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Anordnung vorgeschlagen, die ein Lager, eine Achse oder Welle, und zumindest eine voranstehend beschriebene Nutmutter aufweist.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
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Es zeigen:
- 1: eine Querschnittsansicht einer Anordnung mit einer Achse, einem Innenring eines Lagers und einer Nutmutter gemäß einer Ausführungsform;
- 2: eine Querschnittsansicht einer Nutmutter gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
- 3: ein Diagramm, das eine Verformung der Nutmutter aus 1, der Nutmutter aus 2 und einer Nutmutter gemäß dem Stand der Technik zeigt.
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Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt eine schematische Querschnittansicht durch eine Anordnung 1, die eine Achse 2, einen Innen 4 und eine Nutmutter 6 gemäß einer ersten Ausführungsform aufweist. Die Nutmutter 6 hat eine mittige Öffnung mit einem Innendurchmesser, wobei die Öffnung mit einem Gewinde, insbesondere Feingewinde, versehen ist, das mit einem Außengewinde an der Achse 2 zusammenwirkt. Dadurch kann der Innenring 4 mittels der Nutmutter 6 an der Achse 2 gesichert werden.
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Die Nutmutter hat eine äußere Umfangsfläche 10 und sowohl eine radiale Breite B also auch eine axiale Dicke D. Ferner weist die Nutmutter 6 an ihrer äußeren Umfangsfläche 10 mehrere Aussparungen 8 auf, die insbesondere umfänglich gleichmäßig auf der äußeren Umfangsfläche 10 der Nutmutter 6 verteilt sein können. Die Aussparungen 8 der Nutmutter 6 haben jeweils eine radiale Tiefe b und eine axiale Tiefe t. Bevorzugt sind die mehreren Aussparungen 8 in ihren Abmessungen im Wesentlichen gleich.
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Vorteilhafterweise kann die axiale Tiefe T der Aussparung 8 zwischen 30% und 70%, bevorzugt zwischen 40% und 60% der axialen Dicke D der Nutmutter 6 betragen, d.h. 0,3D < T < 0,7D, bevorzugt 0,4D < T < 0,6D. Dabei ist die Nutmutter 6 umso stabiler je geringer die axiale Tiefe T der Aussparung um Vergleich zur axialen Dicke D der Nutmutter 6 ist. Ferner hat die Nutmutter 6 eine radiale Breite B, wobei eine radiale Tiefe b der Aussparung 8 zwischen 40% und 60% der radialen Breite B der Nutmutter 6 betragen kann, d.h. 0,4B < b < 0,6B.
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2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Nutmutter 6 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Nutmutter 6 der 2 hat eine stufenförmige Form mit einem ersten Ringteil 12 und einem zweiten Ringteil 14, die insbesondere einstückig gebildet sein können. Dabei sind die Aussparungen 8 in einer äußeren Umfangsfläche 10 des ersten Ringteils 12 vorgesehen.
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Weiterhin ist ein Außendurchmesser d1 der äußeren Umfangsfläche 10 des ersten Ringteils 12 kleiner als ein Außendurchmesser der äußeren Umfangsfläche 16 des zweiten Ringteils 14 oder mit anderen Worten hat der zweiten Ringteil 14 einen größeren Außendurchmesser als der erste Ring 12, wodurch die Nutmutter 6 im Querschnitt ein L-förmiges Profil hat. Der besseren Übersichtlichkeit wegen, sind in 2 die halben Außendurchmesser 0,5d1 und 0,5d2 eingezeichnet. Dabei hat der erste Ringteil 12 eine radiale Breite B1 und der zweite Ringteil 14 hat eine radiale Breite B2. Bevorzugt ist die radiale Breite B2 des zweiten Ringteils 14 zwischen 1,2B1 < B2 <2B1.
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Durch die größere radiale Ausdehnung des zweiten Ringteils 14, in dem auch keine Aussparungen 8 vorgesehen sind, kann die Stabilität der Nutmutter 6 der 2 im Vergleich zu der Nutmutter 6 der 1 gegen eine konische Verformung weiter erhöht werden. Dies kann insbesondere in der 3 gesehen werden, die in einem Diagramm die Verformung der Gewindegänge der Nutmutter aus 1, der Nutmutter aus 2 und einer Nutmutter gemäß dem Stand der Technik zeigt.
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In 3 zeigt die x-Achse eine Länge der Gewindebohrung in Millimeter, wobei der Ursprung der Seite der Nutmutter 6 entspricht, die am weitesten von dem Innenring 2 entfernt ist. Auf der y-Achse ist die Verformung der Gewindebohrung in Millimeter aufgetragen. Die Linie 18 repräsentiert eine herkömmliche Nutmutter aus dem Stand der Technik, die Line 20 repräsentiert die Nutmutter 6 der 1 und die Linie 22 repräsentiert die Nutmutter 6 der 2.
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Üblicherweise haben Nutmuttern 8 eine ringförmige Form. Wenn allerdings die Nutmutter 6 mit einer hohen axialen Last belastet wird, kann die Nutmutter 6 nachgeben, wobei sich die zylindrische Gewindebohrung, die am Innendurchmesser der mittleren Öffnung vorgesehen ist, konisch verformen kann. Diese konische Deformation kann dazu führen, dass die ersten Gewindegänge der Schraubverbindung entlastet werden und die letzten Gewindegänge um die gleichgroße axiale Last belastet werden. Die zusätzliche Belastung der letzten Gewindegänge wird umso höher je konischer die Nutmutter 6 verformt wird. Wird das Gewinde der Nutmutter stark konisch verformt, werden immer mehr Gewindegänge im vorderen Bereich, d.h. in dem Bereich, in dem die Nutmutter 6 Kontakt zum Innenring 2 hat, entlastet und die letzten zwei bis drei Gewindegänge, d. h. die Gewindegänge, die am weitesten von dem Innenring 2 entfernt sind, werden so stark beansprucht, dass sie plastisch nachgeben können und die Klemmkraft bzw. die Vorspannung verloren gehen kann.
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Bei der Nutmutter 6 ist die axiale Tiefe T der Aussparung kleiner als die axiale Dicke D der Nutmutter 6. D. h. die Nutmutter 6 ist an ihrer dem Innenring 4 zugewandten vorderen Seite durchgängig. Da die Aussparungen 8 nicht vollständig in der axialen Richtung durch die Nutmutter 6 hindurchgehen, kann die Stabilität der Nutmutter 6 gegen eine konische Verformung in diesem Bereich erhöht und die konische Verformung der Gewindebohrung reduziert werden.
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Wie in der 3 gesehen werden kann, kann die vorgeschlagene Nutmuttern 6 der 1 die konische Verformung der Gewindebohrung um bis zu 24 % im Vergleich zur herkömmlichen Nutmutter reduzieren, unter der Annahme, dass die axiale Belastung auf die exakt gleiche Fläche aufgebracht wird,. Die Nutmutter 6 der 2 kommt auf eine Reduzierung der Verformung der Gewindebohrung um bis zu 45% im Vergleich zur herkömmlichen Nutmutter, wieder unter der Annahme, dass die axiale Belastung auf die exakt gleiche Fläche aufgebracht wird.
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Zusammenfassend kann durch die reduzierte Tiefe T der Aussparung 8, die Stabilität der Nutmutter 6 gegen eine konische Verformung bei einer axialen Belastung erhöht werden.
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Ferner kann die Stabilität werden durch eine radiale flanschartige Erweiterung der Nutmutter erhöht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung
- 2
- Achse
- 4
- Innenring
- 6
- Nutmutter
- 8
- Aussparung
- 10
- äußerer Umfang
- 12
- erster Ring
- 14
- zweiter Ring
- 16
- äußerer Umfang
- 18
- Linie
- 20
- Linie
- 22
- Line
- t
- axiale Tiefe
- D
- axiale Dicke
- d1
- Außendurchmesser
- d2
- Außendurchmesser
- B, B1, B2
- radiale Breite
- b
- radiale Tiefe
