DE1170198B - Scheibenfoermige Schrauben- oder Mutternsicherung - Google Patents

Scheibenfoermige Schrauben- oder Mutternsicherung

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DE1170198B
DE1170198B DEK43321A DEK0043321A DE1170198B DE 1170198 B DE1170198 B DE 1170198B DE K43321 A DEK43321 A DE K43321A DE K0043321 A DEK0043321 A DE K0043321A DE 1170198 B DE1170198 B DE 1170198B
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DE
Germany
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screw
nut
wedge surfaces
wedge
workpiece
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Application number
DEK43321A
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English (en)
Inventor
Gerhard Turlach
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Kamax Werke Rudolf Kellermann GmbH and Co KG
Original Assignee
Kamax Werke Rudolf Kellermann GmbH and Co KG
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B39/00Locking of screws, bolts or nuts
    • F16B39/22Locking of screws, bolts or nuts in which the locking takes place during screwing down or tightening
    • F16B39/24Locking of screws, bolts or nuts in which the locking takes place during screwing down or tightening by means of washers, spring washers, or resilient plates that lock against the object

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Bolts, Nuts, And Washers (AREA)

Description

  • Scheibenförmige Schrauben- oder Die Erfindung bezieht sich auf eine scheibenför- Mutternsicherung mige Schrauben- oder Mutternsicherung, deren einem Schraubenkopf oder einer Mutter zugeordnete Fläche am Innenrand mit ringförmigen Keilflächen versehen ist, deren Steigung untereinander gleich, aber etwas größer als die Steigung des Gewindes der zu sichernden Schraube oder Mutter ist, und die mit entsprechenden Keilflächen an der Unterseite des Schraubenkopfes oder der Mutter derart zusammenarbeiten, daß beim Drehen der Schraube oder Mutter in Löserichtung die Keilflächen aufeinander aufgleiten.
  • Es sind Schraubensicherungen bekannt, die mit Gegenmuttern arbeiten, bei denen die Unterseite der oberen Mutter eine Steigung aufweist, die größer als die des Schraubengewindes ist, und bei der zwischen den beiden Muttern ein keilförmiges Klemmstück eingelegt ist, das beim Zurückdrehen der einen Mutter zwischen den beiden Muttern festgeklemmt wird, und bei der das Keilstück wie auch die oberste Seite der unteren Mutter verzahnt sein kann.
  • Ferner sind Mutternsicherungen bekannt, die an den aneinanderliegenden Stirnflächen von Mutter und Gegenmutter sogenannte Schraubenflächen aufweisen, deren Ganghöhe größer als das 1,3fache und kleiner als das 1,8fache der Ganghöhe des Mutterngewindes ist und bei der Mutter und Gegenmutter aus Material verschiedener Festigkeit bestehen können.
  • Darüber hinaus sind Schrauben- und Mutternsicherungen mit zwei aufeinanderliegenden Scheiben bekannt, bei denen sich die Scheiben mit Schraubenflächen gegeneinander abstützen, während ihre abgekehrten Endflächen mit Sperrzähnen versehen sind, und die im gleichen Steigungssinn wie das Schraubengewinde, aber mit größerer Steigung als letzteres verlaufenden Abstützschraubenflächen in Richtung des Umfangs so weit unterteilt sind, daß die bei Rückdrehung aufeinanderklemmenden Scheiben die Schraubenverbindung unter zunehmendem Widerstand spannen, aber vor Erreichung der Elastizitätsgrenze abgleiten, und bei denen die Abstützschraubenfläche in mindestens drei gleiche, über den Umfang verteilte Schraubenflächen unterteilt ist, wobei die Steigung jeder dieser Teilschraubenflächen, bezogen auf die Bogenlänge einer Teilschraubenfläche, um 0,25 bis 0,5 mm größer ist als die Steigung des Schraubengewindes selbst.
  • Alle diese Anwendungen bergen aber die Gefahr des Setzens in sich, denn wenn die Auflageflächen auf ihrer Unterseite verzahnt sind und auf diese Verzahnung die für die feste Verbindung notwendige Vorspannung aufgebracht ist und die ganze Verbindung im Betrieb auftretenden Wechselbeanspruchungen ausgesetzt ist, müssen sich die Zähne in ihre Gegenlage eingraben und die Verbindung um diesen Längenbetrag des Eingrabens lose werden, d. h., die Funktion der Keile, die ein Drehen der Mutter durch die Schraubenflächen verhindern sollen, ist nicht mehr gegeben. Bei allen bekanntgewordenen Sicherungen ist weiter von Nachteil, daß bei denselben keine Möglichkeit vorgesehen ist, dieses Setzen oder Eindringen in die Gegenfläche am Werkstück in irgendeiner Form auszugleichen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine scheibenförmige Schrauben- oder Mutternsicherung der hier in Frage stehenden Art so auszubilden, daß einerseits die Auflagefläche an der unteren Seite der vorgesehenen Sicherungsscheibe ausreichend groß genug ist, ihr Setzen in die Gegenfläche soweit wie möglich zu verhindern und gleichzeitig bei einer Lösebewegung so lange zu halten, daß andererseits auf der an ihrer Oberseite ausgebildeten Keilflächen eine Aufgleitbewegung der diesen Keilflächen zugeordneten Gegenkeilflächen des Schraubenkopfes oder der Mutter zur Erhaltung der Vorspannkraft der Verbindung möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Außenrand der dem Werkstück zugewandten Fläche der Sicherungsscheibe eine an sich bekannte glatte kreisringförmige Auflagefläche vorgesehen ist, deren Reibmoment beim Lösen der Schraube oder Mutter größer ist als das an den Keilflächen entstehende Reibmoment und dem sich aus der an den Keilflächen wirkenden Tangentialkraft ergebenden Moment und deren Größe eine durch die Vorspannkraft der Verbindung erzeugte Flächenpressung zwischen der Kreisringfläche und dem Werkstück ergibt, die kleiner ist als die ein Eindringen dieser Kreisringfläche in die Gegenfläche des Werkstückes bewirkende Flächenpressung. Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß die Sicherungsscheibe - wie üblich mit den Kanten der Keilflächen zusammen mit dem Schraubenkopf oder der Mutter gedreht - beim Anziehen der Verbindung mit dem vorgesehenen Anziehdrehmoment bis zum Erreichen der aufzubringenden Vorspannkraft der Verbindung angezogen werden kann, sie diese Vorspannkraft aber sicher hält, da jede Längung der Schraube oder jedes Bewegungsspiel der Verbindung in Richtung der Schraubenachse durch die Elastizität der Scheibe und durch das Aufgleiten der Keilflächen über einen bestimmten Lösewinkel ausgeglichen wird.
  • Nachstehend ist die Erfindung an Hand einer Zeichnung näher erläutert. So zeigt F i g. 1 die Anwendung einer Sicherungsscheibe in Verbindung mit einem Schraubenbolzen, F i g. 2 die Sicherungsscheibe mit ihren keilförmigen Aufgleitflächen, F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie AB in der F i g. l , wobei der Schnitt AA die Blickrichtung nach oben unter den Schraubenkopf (Kopfunterseite) und der Schnitt BB die Draufsicht auf die Sicherungsscheibe (Oberseite der Sicherungsscheibe) darstellt, F i g. 4 das Kräftespiel an einem Aufgleitkeil der Sicherungsscheibe.
  • Auf einer Sicherungsscheibe 1. sind an der dem Schraubenkopf oder der Mutter zugewandten Seite drei Keilflächen 2, die um 120° versetzt sind, angeordnet. Die Steigung dieser Keilflächen ist gleich oder größer als die Gewindesteigung der zu sichernden Schraube. In derselben Drehrichtung der Steigung dieser Keilflächen sind beispielsweise unter dem Schraubenkopf 4 diesen Keilflächen zugeordnete Keilnuten 3 - ebenfalls ringförmig - um den Schaft 5 der Schraube eingearbeitet bzw. eingepreßt. Die Sicherungsscheibe 1 ist auf der der Gegenlage zugewandten Seite zur Erhöhung des Reibradius RK so ausgebildet, daß der äußere Kreisring 6 die tragende Kreisringfläche darstellt. Dabei bedeutet DUA = äußerer Durchmesser der Kreisringfläche, Du, = innerer Durchmesser der Kreisringfläche. Beim Anziehen einer Kopfschraube oder Mutter stellen sich bei gleicher Vorspannkraft zwei Reibmomente ein, und zwar 1. das Reibmoment ML aus der Berührungsfläche Kopf-Sicherungsscheibe, 2. das Reibmoment Muw an der Berührungsfläche Sicherungsscheibe-Werkstück. Die Größe dieser Reibmomente kann durch besonders untereinander abgestimmte Oberflächenbehandlung, z. B. verschiedenartige galvanische Überzüge, und durch Veränderung der Schmierstoffe beeinflußt werden. Aber auch schon allein durch die unterschiedlichen Reibradien ist bei gleichen Reibungskoeffizienten an den Berührungsflächen Kopf-Sicherungsscheibe uKij und Sicherungsscheibe-Werkstück uuW eine gute Funktion der Sicherung nach der Erfindung gegeben.
  • #t KU C @iuW. . Beim Anziehen einer Schraube wird durch die stufenartigen Absätze der Keilflächen 2 die Sicherungsscheibe 1 mitgedreht, und es entsteht an der Berührungsfläche Sicherungsscheibe-Werkstück ein 'Reibmoment Muw = 0,25 E@ Pv - (D,,.4 -;- DU,) [mkp) wobei Pv die Vorspannkraft der Schraube ist.
  • Nach Beendigung des Anziehvorganges liegt ein Flächenkontakt der Keilflächen 2 auf der einen Seite und der Ringfläche 6 auf der anderen Seite der Sicherungsscheibe 1 vor, die in ihrer Dimensionierung so ausgelegt sind, daß, wenn entweder nur die Keilflächen 2 oder nur die Ringfläche 6 die ganze aufgebrachte Vorspannkraft aufnehmen müssen, die zulässige Flächenpressung an beiden nicht überschritten wird und somit ein Setzen der Verbindung nicht stattfindet.
  • Wird die Schraube oder Mutter in Löserichtung bewegt, so gleitet der Kopf der Schraube bzw. die Mutter - nach Drehung um den Schlupfwinkel q5 - auf den vorhandenen Gleitflächen auf. Die Sicherungsscheibe bleibt stehen, da nur der Kontakt an den Keilflächen sich löst und das Reibmoment Sieherungsscheibe-Kopf (oder Mutter) kleiner ist als das Reibmoment der Gegenseite Sicherungsscheibe-Werkstück. Dieses Lösedrehmoment ML wird, wenn aK der Steigungswinkel der Keile ist (s. F i g. 4), ML - MK e MT, wobei Mg das Moment der Kopfreibung und MT das Moment der Tangentialkräfte gegen die Keile ist. Mit einer beim Aufgleiten der Keile auftretenden Tangentialkraft PT und einer Vorspannkraft Pv PT - tg (ZK* Pv ergibt sich für einen mittleren Halbmesser rR des Keilkreises, dem Radius der Keilflächen, ML - rK.tgaK.Pv@--rx.u.Pv = rr, . Pv (tg aK @` fit) < Muw (Lösedrehmoment kleiner als Reibmoment an der Berührungsfläche Sicherungsscheibe - Werkstück). Eine Schraube, z. B. eine Dehnschraube, erfährt durch das Anziehen aus den Rückhalt- bzw. Tangentialkräften der Reibung und der Aufgleitkraft eine Torsionsbeanspruchung. Der Schlupf zwischen der Sicherungsscheibe und dem Kopf (oder der Mutter) darf einen bestimmten Wert, der sich aus dem Verdrehwinkel ergibt, nicht überschreiten.
  • Die Größe des Verdrehwinkels setzt sich aus dem Anzugs- und dem Lösungswinkel zusammen. Bekanntlich wird beim Lösen einer Schraubenverbindung zunächst die vom Anziehen der Verbindung herrührende Torsion abgebaut, die nach einem bestimmten Drehwinkel Null wird und sich dann weiter bis zum Einsetzen der Lösebewegung in entgegengesetzter Richtung wieder aufbaut. Diesem Torsionswinkel (p1 überlagert sich noch zusätzlich eine Winkelverdrehung 9,1 aus der Längenänderung der Schraube in Abhängigkeit von der Steigung des Gewindes. Beide Winkel zusammengefaßt ergeben an den Keilen den zulässigen Schlupfwinkel 7". Aus der Torsionsbeanspruchung ist somit wobei M,4 das Anziehdrehmoment, G der Gleitmodul und 1I, das polare Widerstandsmoment im Gewinde ist.
  • Aus der Längenänderung der Schraube ergibt sich mit h = Steigung und 4h = Längenänderung der Schraube pro Steigung oder Gang. Mit ML =MR + Mt, dem Lösedrehmoment gleich dem Moment der Reibung plus dem Moment der Torsion, und mit 1= der Schaftlänge der verspannten Schraube wird also der Schlupfwinkel Die Gestalt der Keile 2 auf der Sicherungsscheibe 1 und ihre Gegenform, die Keilnuten 3 im Schraubenkopf 4 (oder in der Mutter) kann eine rechteckige, dreieckige oder runde Querschnittsform aufweisen und ist maßgebend von der Frage der Herstellung beeinflußt, wobei sich die runde Form für die spanlose Herstellung als die günstigste erweist. Gleiche überlegungen ergeben sich für die Ausbildung des Steilabfalles am Ende einer Keilfläche im übergang zum Beginn des Anstieges einer neuen Keilfläche. Der Keilwinkel selbst kann zwischen dem 1,2- bis 3fachen der Gewindesteigung liegen. Er kann durch die Reibungszahl zwischen der Sicherungsscheibe und dem Schraubenkopf (oder der Mutter) und durch die Dimensionierung der Sicherungsscheibe sowie durch eine Behandlung der Schrauben- oder Mutterauflagefläche mit beispielsweise Molybdändisulfid oder auch durch Verkadmen der ganzen Schraube beeinflußt werden. Wesentlich ist dabei, daß bezüglich des Reibwertes die Oberflächenbehandlung der Schraube und der Mutter günstiger sein muß als die der Sicherungsscheibe. Die Sicherungsscheibe soll den größeren Reibwert aufweisen. Zweckmäßigerweise soll weiterhin die Festigkeit der Sicherungsscheibe gleich oder größer als die der Schraube (oder Mutter) sein.
  • Ist der Kopf der Schraube als elastischer Kopf ausgebildet und weist z. B. auf seiner Oberseite zur Erzielung federnder Eigenschaften eine Einsenkung auf, so können die Keile der Sicherungsscheibe, wie Kippkanten wirkend, die Federung des Schraubenkopfes wirksam unterstützen.
  • Um die Sicherungsscheiben wiederholt verwenden zu können, ist es zweckmäßig, zu vermeiden, die Schraube so weit in Löserichtung zu drehen, daß sie ganz auf den Keilen der Sicherungsscheibe aufgleitet und dann überspringt. Um dies zu verhindern, kann die Sicherungsscheibe beim Lösen mit in Drehrichtung des Kopfes oder der Mutter gedreht werden. Hierzu sind am Umfang der Sicherungsscheibe eine oder mehrere Eingriffstellen 7 für einen Ringschlüssel od. dgl. vorgesehen.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Scheibenförmige Schrauben- oder Mutternsicherung, deren einem Schraubenkopf oder einer Mutter zugeordnete Fläche am Innenrand mit ringförmigen Keilflächen versehen ist, deren Steigung untereinander gleich, aber etwas größer als die Steigung des Gewindes der zu sichernden Schraube oder Mutter ist, und die mit entsprechenden Keilflächen an der Unterseite des Schraubenkopfes oder der Mutter derart zusammenarbeiten, daß beim Drehen der Schraube oder Mutter in Löserichtung die Keilflächen aufeinander aufgleiten, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß am Außenrand der dem Werkstück zugewandten Fläche der Sicherungsscheibe eine an sich bekannte glatte kreisringförmige Auflagefläche vorgesehen ist, deren Reibmoment beim Festziehen der Schraube oder Mutter größer ist als das an den Keilflächen (2) entstehende Reibmoment und dem sich aus der an den Keilflächen wirkenden Tangentialkraft ergebenden Moment und deren Größe eine durch die Vorspannkraft der Verbindung erzeugte Flächenpressung zwischen der Kreisringfläche (6) und dem Werkstück ergibt, die kleiner ist als die ein Eindringen dieser Kreisringfläche in die Gegenfläche des Werkstückes bewirkende Flächenpressung.
  2. 2. Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ende der einen und dem Anfang der folgenden Keilfläche ein die Torsionsspannung der Schraube und die Herstellungstoleranz der Keile ausgleichender und in seiner Größe von ihnen abhängiger Schlupfwinkel «p,) vorgesehen ist.
  3. 3. Sicherung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisringfläche (6) mit einem das Reibmoment erhöhenden überzug versehen ist.
  4. 4. Sicherung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilflächen (2) mit das Reibmoment an ihnen herabsetzenden überzügen versehen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 684 466; österreichische Patentschrift Nr. 27 044; schweizerische Patentschrift Nr. 129 964; französische Patentschrift Nr. 1246 689; USA.-Patentschrift Nr. 1641059.
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DE102011113426A1 (de) 2011-09-15 2013-03-21 Neumayer Tekfor Holding Gmbh Mutter

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