DE1069955B

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Publication number: DE1069955B
Application number: DENDAT1069955D
Authority: DE
Priority date: 1957-09-06
Also published as: GB851321A; FR1210166A

Description

DEUTSCHES

Die Sicherung von Schraubverbindungen, die großen Erschütterungen unterworfen sind, ist ein schwieriges Problem, welches noch nicht in befriedigender Weise gelöst wurde.

Es wurde an den Muttern- oder Schraubenköpfen eine Zahrireihe angebracht, die durch Schrägstellung beim Lösen sperrend wirken sollen. Diese Maßnahme ist jedoch nur wenig wirksam.

Der Gedanke, daß die Sicherheit der Schraubenverbindung durch eine Erhöhung des Festziehdrehmomentes bei gleichem Axialdruck und auch des Lösedrehmomentes verbessert wird, ist richtig. Die bisher beschrittenen Wege lösen das Problem aber nicht befriedigend. '

Erfindungsgemäß wird bei Schrauben oder Muttern, die ohne Zwischenlage sogenannter Sicherungselemente mit der Unterlage, die von ähnlicher Festigkeit wie die Schraube oder Mutter ist, zusammengespannt werden, an diesen mindestens ein an sich bekannter, möglichst weit außen liegender, über die Stirnfläche vorstehender Rand angeordnet, dessen Stirnfläche so bemessen ist, daß kurz vor dem Erreichen des gewünschten Axialdruckes durch Uberschreitung der zulässigen Flächenpressung ein Schmelzvorgang eintritt, der eine starke Erhöhung der Reibung zwischen der Schraube oder Mutter und der Unterlage verursacht. Die Bedingungen können dabei so gewählt werden, daß der Schmelzvorgang eine einer Kaltschweißung ähnliche Verbindung zwischen der Mutter oder Schraube und der Unterlage hervorruft. Dieser Vorgang muß bei etwa 70% des der Schraubenvorspannung entsprechenden, d. h. des gewünschten Axialdruckes erfolgen, so daß bei dem vollen Axialdruck die ganze Stirnfläche der Mutter oder Schraube zur Anlage auf der Unterlage kommt.

Es ist dabei dieser vorstehende Rand entweder so anzuordnen, daß er einen etwas kleineren Außendurchmesser als die Schlüsselweite der Schraube oder Mutter hat oder so, daß die Schlüsselkantflächen ohne Facette bis zur Stirnfläche herabgezogen sind und der vorstehende Rand in seiner Außenkontur durch diese Kantflächen gebildet wird, während die Innenkontur z. B. ein Kreis ist. Das Niederschmelzen bei 70% des gewünschten Axialdruckes wird dadurch erreicht, daß die Größe der Stirnfläche des vorstehenden Randes etwas kleiner als 70% des Kernquerschnittes der Schraube ist. Wenn die Mutter die gleiche Festigkeit wie die Schraube hat, so ist der gleiche Rand wie bei der Schraube anzubringen bzw. bei geringerer Festigkeit der Mutter ein entsprechend breiterer Rand oder umgekehrt bei höherer Festigkeit der Mutter ein schmalerer Rand als bei der Schraube.

Die Höhe des vorstehenden Randes muß ungefähr V₅ bis V₂₀ der Gewindesteigung sein.

Schrauben oder Muttern

Anmelder: Dr.-Ing. Wolfgang Koennecke, Bad Homburg v. d. Höhe, Döllesweg 4

Dr.-Ing. Wolfgang Koennecke,

Bad Homburg v. d. Höhe, ist als Erfinder genannt worden

Bei derartig ausgeführten Schrauben oder Muttern wurde beobachtet, daß bei Überschreitung der. Festigkeitsgrenze des Schrauben- oder Mutternwerkstoffes, ao dieser wegfließt und ein Kaltschweißeffekt erzeugt wird, der weit über normale Freßerscheinungen hinausgeht.

Nach dem Niederschmelzen dieses vorstehenden Randes trägt die ganze Fläche der Mutter bzw. des Schraubenkopfes in der gewünschten Weise, so daß bei Beanspruchungen in axialer Richtung trotz des vorstehenden Randes keine Verringerung der tragenden Flächen eintritt, welche eine weitere Annäherung der Mutter bzw. des Schraubenkopfes gegen die Unterlage und damit Verringerung des Axialdruckes verursachen würde.

Durch das Niederschmelzen und Kaltschweißen des vorstehenden Randes, der als »Haftrand« wirkt, wird eine derartig gute Verbindung der Unterlage mit der Mutter bzw. dem Schraubenkopf erreicht, daß auch bei Rückgang des Axialdruckes auf Null immer noch eine sehr gute Drehsicherung vorhanden ist, die nur dann verschwindet, wenn der Schraubenkopf bzw. die Mutter mit einer Kraft, welche diese Kaltschweißverbindung löst, von der Unterlage abgehoben wird. Aber selbst in diesem Fall entsteht durch das Losreißen eine derartig zerklüftete Oberfläche, daß diese auch noch als sehr wirksame Drehsicherung wirkt.

Wird eine derartige Schraubenverbindung mit denselben Teilen mehrfach benutzt, so tritt keine Verringerung, sondern im Gegenteil eine Erhöhung des gewünschten Effektes ein, da die Flächen, die einmal angefangen haben, in dieser starken Form zu fressen, immer weiterfressen, wobei auch andere gebrauchte Haftrandschrauben bzw. -muttern verwendet werden können. Die Oberfläche wird infolge der Glättung beim Festziehen und besonders beim Lösen bei geringen Axialdrücken nicht so stark angegriffen, daß sich Späne oder grober Aietallstaub bilden, der z. B. bei

909 650/262

Claims

Motorenteilen sehr unerwünscht ist. Diese Spanfreiheit ist eine weitere sehr wertvolle Verbesserung gegenüber anderen Muttersicherungen, welche eine Erhöhung der Reibung durch besonders aufgerauhte Stahlteile, z. B. Federringe, erreichen. ' Beim Festziehen einer solchen Mutter bzw. Schraube ist das zur Erreichung des gewünschten Axialdruckes notwendige Drehmoment 2- bis 2V2mal so hoch wie bei einer normalen Schraube. Es ergibt sich hierbei folgender Effekt: Die Schraube zieht sich zunächst wie normal an, wobei das notwendige Drehmoment ungefähr proportional zum Drehwinkel ansteigt. Wird bei etwa 70% des gewünschten Axialdruckes weiter festgezogen, so schmilzt der vorstehende Haftrand mit der Unterlage zusammen, wobei der Eindruck erweckt wird, als ob sich .die Schraube leichter dreht, d. h. anfängt abzureißen. In diesem Bereich ist der Kraftanstieg des Drehmomentes nicht mehr proportional dem Drehwinkel, sondern steigt viel langsamer. Bei weiterem Drehen ist plötzlich ein großer Anstieg der Anzugskraft festzustellen, da nun die ganze Fläche der Mutter bzw. des Schraubenkopfes zum Tragen kommt. Der sich hierbei einstellende Axialdruck entspricht genau dem gewünschten Wert. Dies gilt auch für den Fall, daß Veränderungen des Reibungskoeffizienten zwischen der Mutter bzw. dem Schraubenkopf und der Unterlage eintreten, die z. B. durch als Schmiermittel wirkende Verschmutzungen, öl od. ä., die auch bei der normalen Schraube, wie durch umfangreiche Messungen festgestellt wurde, eine erhebliche Erhöhung des Axialdruckes verursachen können. Diese können, wenn die oben beschriebe Vorschrift für das richtige Drehmoment eingehalten wird, keine Überbeanspruchung der Schraube mehr hervorrufen. Die neue Form der Muttern- bzw. Schraubensicherung gibt damit gleichzeitig die Gewähr, daß der richtige Axialdruck eingehalten wird, was bisher auch unter Verwendung von Drehmomentschlüsseln nicht möglich war. Erfindungsgemäß läßt sich der optimale Freßeffekt dann erreichen, wenn die Stirnfläche des Haftrandes in besonderer Weise behandelt wird. Die beim Drehen entstehenden konzentrischen kleinen Riefen sind ungünstig. Auch eine geschliffene Oberfläche verursacht keine guten Freßeffekte, da anscheinend der Staub als Schmiermittel wirkt. Die optimale Rauhigkeit bzw. Glätte, die den höchsten Freßeffekt ergibt, läßt sich durch eine Feinst-Schlichtfeile erreichen. Wenn die Schraubenverbindungen auf weichen Materialien verwendet werden sollen, so muß unter dem Schraubenkopf sowie eventuell unter der Mutter ein Plättchen aus einem Material von der Festigkeit der Schraube bzw. Mutter eingelegt werden, welches Verzahnungen auf der Unterseite haben muß, die sich beim Festschrauben so in das Material einprägen, daß sie in diesem sitzenbleiben. Diese Verzahnung muß so groß und tiefgreifend sein, daß in beiden Drehrichtungen mit Sicherheit auch bei sehr weichem Material der zusammengehaltenen Teile keine Drehung dieses Plättchens auf der Unterlage erfolgen kann. Auch die äußere Form dieses Plättchens kann zur Drehsicherung, z. B. durch Abstützung an Vorsprüngen usw., verwendet werden. Erfhidungsgemäße Ausführungsformen sind in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Fig. 1 oben zeigt die Ansicht auf die Unterseite einer Mutter, wobei der Haftrand a geschnitten wurde. Die Stirnfläche b steht etwas zurück, wie aus dem darunterliegenden Schnitt auf der rechten Seite zu erkennen ist. Auf der linken Seite ist die Ansicht auf die Mutter von außen dargestellt. Da unter Umständen bei der üblichen Ausführung der Muttern auf einer Seite mit Facette eine Verwechslung und falsches Aufsetzen der Mutter möglich ist, wurde der Haftrand auf beiden Seiten angebracht. Jn Fig. 2 oben ist der Schnitt durch eine Schraube dargestellt, wobei der Schaft und auch der vorstehende Haftrand geschnitten sind, welch letzterer vor der Innentragfläche b und der Außentragfläche c etwas ίο vorsteht. Der Vorteil der Ausführung nach Fig. 1 ist, daß der Reibungsradius, d. h. daß der bei dem Hafteffekt auftretende Radius bei der außenliegenden Form größer als bei der Ausführung nach Fig. 2 ist. Diese Ausführung setzt aber voraus, daß eine bearbeitete Fläche vorliegt, die dem Eckendurchmesser der Mutter entspricht. Ein gewisser Nachteil dieser Ausführung ist auch, daß sich der Rand, besonders an den schmalen Stellen, nach außen aufstülpen kann, so daß hierdurch der Haftrand weggequetscht wird, ohne sich in die Unterlage einzuprägen. Bei der Ausführung nach Fig. 2 dagegen ist der Reibungsradius etwas kleiner. Es ist nur notwendig, daß die Fläche der Unterlage dieser Schlüsselweite entsprechend bearbeitet ist. Der, Haftrand a ist gegenüber der Schlüsselweite nach innen gesetzt. Hierdurch wird erreicht, daß der Haftrand beim Festziehen der Schraube oder Mutter in keinem Fall nach außen ausweichen, sondern sich in seiner vollen Breite in die Unterlage einschmelzen kann. Ein seitliches Wegquetschen des Haftrandes wird hierdurch vermieden. Patentansprüche:

1. Schrauben oder Muttern, die ohne Zwischcnlage sogenannter Sicherungselemente mit der Unterlage, die von ähnlicher, Festigkeit wie die Schraube oder Mutter ist, zusammenarbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein an sich bekannter, möglichst weit außen liegender, über die Stirnfläche vorstehender Rand angeordnet ist, dessen Stirnfläche so bemessen ist, daß die Flächenpressung kurz vor dem Erreichen des gewünschten Axialdruckes so groß wird, daß ein Schmelzvorgang eintritt, der eine starke Erhöhung der Reibung zwischen der Schraube oder Mutter und der Unterlage verursacht.

2. Schrauben oder Muttern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzvorgang eine einer Kaltschweißung ähnliche Verbindung zwischen der Mutter oder Schraube und der Unterlage hervorruft.

3. Schrauben oder Muttern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Niederschmelzen des vorstehenden Randes beim Erreichen des gewünschten Axialdruckes die ganze Stirnfläche der Schraube oder Mutter zur vollen Anlage auf der Unterlage kommt.

4. Schrauben oder Muttern nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der vorstehende Rand einen etwas kleineren Außendurchmesser als die Schlüsselweite der Schraube oder Mutter hat.

5. Muttern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlüsselkantflächen ohne Facette bis zur Stirnfläche herabgezogen sind und der vorstehende Rand in seiner Außenkontur von diesen Kantflächen gebildet wird, während die Innenkontur z. B. ein Kreis ist.

6. Schrauben oder Muttern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Stirnfläche des vorstehenden Randes etwas kleiner als

70% des Kernquerschnittes der Schraube ist bzw. bei der Mutter ebenso groß ist, wenn die Schraube die gleiche Festigkeit wie die Mutter hat oder entsprechend größer, wenn die Mutter eine geringere Festigkeit als die Schraube hat.

7. Schrauben oder Muttern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des vorstehenden Randes ungefähr V₅ bis V₂₀ der Gewindesteigung ist.

8. Schrauben oder Muttern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitige Oberfläche des vorstehenden Randes durch eine mechanische Oberflächenbehandlung vorbereitet ist, die eine Feinst-Rillenoberfiäche entstehen läßt.

9. Schrauben oder Muttern nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinst-Rillenoberfläche durch eine Fein-Schlichtfeile od. dgl. erreicht ist.

10. Muttern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorstehende Rand auf beiden Seiten der Mutter angebracht ist.

11. Schrauben oder Muttern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Größe der Axialkraft während des Festziehens der Mutter oder Schraube dadurch feststellbar ist, daß während des Niederschmelzens des vorstehenden Randes das Festziehdrehmoment nicht mehr proportional zum Drehwinkel, sondern in einem geringeren Maße ansteigt, wobei beim weiteren Festziehen nach Beendigung des Niederschmelzens noch ein weiterer Kraftanstieg eintritt, welcher der gewünschten Axialkraft entspricht.

12. Schrauben oder Muttern nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß bei zu geringer Festigkeit des Unterlagmaterials, d. h. der zu verbindenden Teile, unter den Schraubenkopf bzw. die Mutter ein Teil, z. B. Blechstück, gelegt wird, welches eine ähnliche Festigkeit wie die Schraube oder Mutter hat, wobei dieser Teil durch an sich bekannte Mittel, wie vorstehende Zähne oder Anlage an Vor- oder Rücksprünge der Unterlagen, drehgesichert gehalten ist.

13. Schrauben oder Muttern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Unterlage als auch die diese berührenden Teile der Schraube oder Mutter in an sich bekannter Weise eine metallisch blanke Oberfläche aufweisen, d. h. daß keine die Reibung verringernden Oberflächenschichten, wie die bekannten Metallschutzschichten aus Zink, Cadmium oder andere Schmiermittelüberzüge, vorgesehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 66 562;
französische Patentschrift Nr. 737 221;
USA.-Patentschrift Nr. 2 543 705.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen