DE1197691B - Kopfschraube oder Mutter mit UEberdreh-sicherung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4£07IW PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

F06b

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 47 a-6

1197 691
G 32331X11/47 a
24. Mai 1961
29. Juli 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kopfschraube oder Mutter mit Überdrehsicherung, welche aus radial zueinander versetzten, axial unterschiedlich weit vorspringenden Verspannungsflächen besteht, die beim Anziehen der Schraubverbindung unter Verformung ihres durch eine Nut geschwächten Verbindungsbereiches nacheinander zur Anlage kommen, wobei die Stellung der nachfolgend zur Anlage kommenden Verspannungsfläche von außen her sichtbar ist.

Es ist bekannt, bei hochwertigen Schraubverbindungen die Vorspannung in der Schraube durch Anziehen mittels eines Drehmomentenschlüssels, durch Messen des Andrehwinkels oder durch Messen der Längenänderung der Schraube zu bestimmen. Die beiden erstgenannten Möglichkeiten ergeben einen großen Streubereich der Vorspannung, während die dritte Möglichkeit zu umständlich und zu teuer ist und auch keine genaue Anzeige der herrschenden Schraubenspannung ergibt.

Es ist auch bekannt, eine Kopfschraube oder Mutter mit radial zueinander versetzten, axial unterschiedlich weit vorspringenden Verspannungsflächen auszubilden, die beim Anziehen der Schraubverbindung unter Verformung ihres durch eine Nut geschwächten Verbindungsbereiches nacheinander zur Anlage kommen, wobei die Stellung der nachfolgend zur Anlage kommenden Verspannungsfläche von außen her sichtbar ist. Da hierbei sowohl die innere Verspannungsfläche als auch die diese gegenüber der äußeren Verspannungsfläche in radialer Richtung abgrenzende Schwächungsnut kreisringförmig ausgebildet sind, setzt die Sichtbarmachung der jeweiligen Stellung der erst nachfolgend zur Anlage kommenden Verspannungsfläche voraus, daß es sich hierbei um die äußere Verspannungsfläche handelt und mithin der die axial weiter vorspringende innere Verspannungsfläche tragende Ringkragen den beim Anziehen der Schraubverbindung bis zur Anlage der äußeren Verspannungsfläche unter Verformung nachgebenden Teil bildet. Diese Aufgabe vermag jedoch der die innere, axial vorspringende Verspannungsfläche tragende Ringkragen nicht oder nicht ohne weiteres zu erfüllen. Soweit hierbei an eine plastische Druckverformung der inneren, axial vorspringenden Verspannungsfläche gedacht ist, scheitert diese bei hochwertigen Schraubverbindungen an der zu hohen Werkstoffestigkeit der Schrauben bzw. Muttern, so daß sich dieses Ziel nur unter Inkaufnahme des Nachteils verwirklichen ließe, für den die innere, axial vorspringende Verspannungsfläche bildenden Teil einen besonderen in die Schraubverbin-Kopfschraube oder Mutter mit Überdrehsicherung

Anmelder:

G. K. N. Group Services Limited,

Smethwick, Stafford (Großbritannien)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Stuhlmann, Dipl.-Ing. R. Willert
und Dr.-Ing. P. H. Oidtmann, Patentanwälte,
Bochum, Bergstr. 159

Als Erfinder benannt:
Peter John Gill, Smethwick,
Stafford (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 26. Mai 1960 (18 598)

dung zusätzlich eingeschalteten Ringkörper mit entsprechend kleinerem Verformungswiderstand zu verwenden, der die Schraubverbindung jedoch für viele Zwecke zu umständlich und zu teuer macht. Im wesentlichen den gleichen Nachteil weist auch die in diesem Zusammenhang gleichfalls bekanntgewordene^ Lösung auf, den in die Verbindung zusätzlich eingeschalteten rotationssymmetrischen Ringkörper so auszubilden, daß er im Zuge seines Flachdrückens beim Anziehen der Schraubverbindung lediglich durch Biegeverformung nachgibt. Hinzu kommt hierbei der weitere wesentliche Nachteil, daß der Verformungswiderstand nicht lediglich durch den Biegewiderstand, sondern durch eine diesen überlagernde Ringspannung bestimmt wird, die bei der Verformung progressiv anwächst. Bei den hier in Betracht kommenden verhältnismäßig kleinen Durchmessern und dem verhältnismäßig hochwertigen Schraubenwerkstoff nehmen diese Ringspannungen eine Größenordnung an, die es zumal im Hin-

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blick auf ihren progressiven Anstieg bei wachsendem Umfangsrichtung benachbarten Stützansätzen ver-Verformungsgrad, selbst in Verbindung mit der bleibenden Raum erstreckt und daß die Schwä-Sichtbarmachung der jeweiligen Stellung der erst chungsnuten geradlinig ausgebildet sind, derart, daß nachfolgend zur Anlage kommenden äußeren Ver- sie mit ihren offenen Enden in den Räumen zwispannungsfläche schwierig macht, zuverlässig zu be- 5 sehen den Stützansätzen münden, die Sichtspalte für urteilen, wann die zweite Verspannungsfläche mit die innere Verspannungsfläche bilden. Sicherheit zur Anlage gekommen und folglich der Durch diese Ausbildung werden zwei sich im gewünschte Spannungszustand eingetreten ist. Sinne der angestrebten Wirkung ergänzende Vor-Da der auf der Ausnutzung von Ringspannun- teile erzielt. Während nämlich die nunmehr mit gen beruhende Verformungswiderstand während der io ihren äußeren offenen Enden in den Räumen zwi-Verformung stark anwächst und in entsprechendem sehen den nacheinander zur Anlage kommenden Maße auch die Schraubenvorspannung zunimmt, ist Verspannungsfiächen mündenden Schwächungsnuten die Gewährleistung einer bestimmten, überall glei- einerseits die Voraussetzung dafür bilden, die innere chen Schraubenvorspannung nur unter der Voraus- ringförmige Verspannungsfläche ohne Beeinträchtisetzung möglich, daß beide axial zueinander versetz- 15 gung ihrer Sichtbarkeit von außen erst nachfolgend ten Verspannungsfiächen nacheinander zur vollen zur Anlage zu bringen, bildet diese Anordnung anAnlage an die Gegenfläche gebracht werden; denn dererseits die Voraussetzung dafür, mit Bezug auf erst die Anlage der zweiten, im wesentlichen unnach- die äußeren, zuerst zur Anlage kommenden Stützgiebigen Verspannungsfläche ruft denjenigen sprang- ansätze die Bildung von Ringflächen zu vermeiden, haften Anstieg des Drehwiderstandes hervor, der in 20 In Verbindung mit den geradlinig ausgebildeten und allen Fällen mit hinreichender Zuverlässigkeit die tangential angeordneten Schwächungsnuten hat dies Erreichung dieses Endzustandes anzeigt. den Vorteil, eine von Ringspannungen freie Ver-Diesen auf der Ausnutzung von Ringspannungen formungscharakteristik zu erzielen, die nur noch von beruhenden Nachteil weist auch diejenige bekannte dem verhältnismäßig leicht und genau vorausbe-Ausführungsform auf, bei der die axial weiter vor- 25 stimmbaren Biegewiderstand abhängt, dessen Eigenspringende innere Verspannungsfläche durch einen schaft bekanntlich darin besteht, nach Eintritt einer festen Ringkragen des Schraubenkopfes bzw. der gewissen Mindestverformung über einen größeren Mutter selbst gebildet wird und bei der die axiale Verformungsweg nur noch geringfügig anzusteigen. Nachgiebigkeit dieses Ringkragens folglich das Vor- Da die zuerst zur Anlage kommenden und daher handensein einer weiteren, den Ringkragen radial 30 im Zuge der weiteren Verspannung nachgebenden hinterschneidenden Schwächungsnut voraussetzt. Ab- äußeren Stützansätze den größeren radialen Abgesehen davon, daß die zusätzliche Anbringung einer stand von der Schrauben- bzw. Mutterachse aufsolchen radialen Schwächungsnut mit Bezug auf den weisen, ist es in Verbindung mit entsprechend diinnenliegenden Ringkragen fertigungstechnisch lästig mensionierten Schwächungsnuten bzw. den die ist und nur bei Muttern von innen her möglich wäre, 35 Schwächungsnuten aufweisenden Verbindungsbeläßt sich auf diesem Wege zwar die axiale Verform- reichen auch bei Verwendung hochfester Werkstoffe barkeit des zuerst zur Anlage kommenden inneren möglich, die jeweils gewünschte Schraubenvorspan-Ringkragens verbessern, nicht dagegen der nach- nung bereits vor der Anlage der erst nachfolgend teilige Einfluß der Ringspannungen auf die Ver- zur Anlage kommenden inneren Verspannungsfläche formungscharakteristik beseitigen. 40 zu erzielen und über den restlichen Verformungsweg Aufgabe der Erfindung ist es daher, Kopfschrau- bis zur vollen Anlage auch der zweiten Verspanben oder Muttern der eingangs beschriebenen Gat- nungsfläche in annähernd dieser Größenordnung rung unter Vermeidung der vorerwähnten Nachteile beizubehalten. Dies hat für die Praxis den erhebin der Weise auszubilden, daß im Zuge der Verfor- liehen Vorteil, daß die Einhaltung einer vorbestimmmung keine den Biegewiderstand überlagernden Ring- 45 ten und überall gleichen Mindest-Vorspannung nicht spannungen auftreten können und der Verformungs- an das mehr oder weniger feste Anziehen auch der widerstand dadurch über einen größeren Verfor- erst nachfolgend zur Anlage kommenden inneren mungsbereich wenigstens angenähert gleichbleibt. Verspannungsfläche gebunden ist und auch dann Da die innere Verspannungsfläche aus konstruk- gewährleistet werden kann, wenn die Schraubvertionsbedingten Gründen stets mehr oder weniger 50 bindungen oder die durch diese verbundenen Teile ringförmig ausgebildet ist, liegt ein besonderes Pro- toleranzbedingte Abweichungen in den Abmessunblem der Erfindung im Sinne der Lösung dieser gen aufweisen. Da die jeweilige Stellung der inneren Aufgabe darin, auf konstruktiv einfache Weise die Verspannungsfläche von außen gut sichtbar ist, geVoraussetzung dafür zu schaffen, daß die außen- nügt für die Kontrolle meist ein Blick, um sich über liegenden, in ihrer räumlichen Gestaltung freieren 55 den ausreichenden Verspannungszustand zu verge-Verspannungsflächen zuerst zur Anlage kommen und wissern, ohne daß es hierzu einer genaueren Nachbeim Anziehen der Schraubverbindung der Verfor- prüfung durch Nachmessen bedarf, mung unterliegen, ohne hierbei die Sicht auf die erst Die erfindungsgemäß ausgebildeten Schrauben nachfolgend zur Anlage kommende innere Verspan- und Muttern sind unter Anwendung üblicher Fertinungsfläche zu behindern. 60 gungsmethoden einfach und ohne ins Gewicht fal-Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge- lenden Mehraufwand herzustellen, so daß sie die löst, daß die zuerst zur Anlage kommenden Ver- Fertigung gegenüber herkömmlichen Schrauben und Spannungsflächen an im Abstand über den Außen- Muttern dieser Art weder kompliziert noch nennensumfang verteilt angeordneten, axial vorspringenden wert verteuern.

Stützansätzen vorgesehen sind, daß die axial weniger 65 Bei Schrauben oder Muttern mit im Grundriß

weit vorspringende innere Verspannungsfläche sich quadratischer Anzugsfläche ist es vorteilhaft, die

vom Schraubenschaft bzw. von der Mutterbohrung axial vorspringenden Stützansätze an den vier Ecken

aus radial nach außen bis in den zwischen zwei in der Anzugsfläche vorzusehen, die in Verbindung

mit den diese gegenüber der inneren Verspannungsfläche abgrenzenden vier geradlinigen Schwächungsnuten die Grundrißform gleichschenkliger Dreiecke aufweisen. Bei Schrauben oder Muttern mit im Grundriß hexagonaler Anzugsfläche werden die axial 5 vorspringenden Stützansätze zweckmäßig an drei nicht benachbarten Seiten der Anzugsfläche vorgesehen, die in Verbindung mit den diese gegenüber der inneren Verspannungsfläche abgrenzenden, parallel zu den Seitenkanten verlaufenden Schwächungsnuten die Form geradliniger Leisten aufweisen.

An Hand der Zeichnungen ist die Erfindung nachstehend an Beispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. leine Seitenansicht einer Schraube mit Überdrehsicherung, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 eine Ansicht der Anzugsfläche des Schraubenkopfes nach F i g. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Mutter mit Uberdrehsicherung,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Mutter gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine Seitenansicht der Mutter in Richtung des Pfeiles in Fig. 3,

F i g. 6 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer Mutter mit Überdrehsicherung und

Fig. 7 eine Seitenansicht der Mutter gemäß Fig. 6.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Bolzen hat im allgemeinen die gleichen Abmessungen wie ein handelsüblicher Schraubenbolzen und weist einen Schaft 10 mit einem Gewindeteil 11 sowie einem Kopf 12 auf, der als Vierkantkopf dargestellt ist, aber auch die gebräuchliche Sechskantform oder eine andere Form haben kann.

In die Unterseite des Kopfes 12 ist eine achteckige Fläche 13, die den Schaft 10 umgibt, eingearbeitet, so daß zwischen vier dreieckigen Stützansätzen 14 jeweils eine Lücke 15 an jeder Seitenfläche des Kopfes 12 entsteht.

Die Oberseite des Kopfes 12 ist an den Ecken 18 mit Ausnehmungen versehen. In der inneren Verspannungsfläche 13 ist entlang jeder langen Seite des Achtecks eine Nut 17 vorgesehen, wodurch die Stärke des Querschnittes des Kopfes 12 bei 16 reduziert ist.

Wird der Bolzen oder die Mutter angezogen, so stützen sich die Stützansätze 14 mit den äußeren Verspannungsflächen gegen die Unterlage ab, so daß in dem Schaft 10 des Bolzens eine Spannung erzeugt wird. Bei weiterem Anziehen nähert sich die innere Verspannungsfläche 13 infolge der Verformung der durch die Nuten 17 geschwächten Verbindungsbereiche ebenfalls der Unterlage, wobei die Lücken 15, die als Sichtspalte für die innere Verspannungsfläche dienen, verengt werden, bis sie schließlich ganz geschlossen sind. Die gewünschte Mmdestspannung in der Schraube wird schon nach Einstellung einer bestimmten Sichtspaltbreite erreicht, von der ab die Schraubenspannung beim weiteren Anziehen der Schraubverbindung bis zum vollständigen Schließen der Lücken 15 nur noch unwesentlich ansteigt. Es genügt meistens, die Schraube bzw. die Mutter nur bis zu der vorbestimmten Mindestspannung anzuziehen, wobei die dieser Mindestspannung entsprechende Sichtspaltbreite durch einen Spion oder ein ähnliches einfaches Meßwerkzeug leicht nachgeprüft werden kann.

Die F i g. 3 bis 7 zeigen zwei Ausführungsformen von Muttern mit einer Uberdrehsicherung, von denen die in Fig. 3 bis 5 dargestellte Mutter eine quadratische Grundfläche 20 aufweist und an ihrer Auflagefläche mit einer achteckigen Vertiefung 21 als innere Verspannungsfläche versehen ist. Ferner sind vier Nuten 22 vorgesehen, die quer über die vier Ecken verlaufen und vier Stützansätze 23 bilden. Zwischen den Stützansätzen entstehen somit wieder als Sichtspalte dienende Lücken 24. Gleichfalls sind die vier Ecken an der Oberseite konkav ausgearbeitet, um den Querschnitt bei 25 zu reduzieren, wie ihn Fig. 5 zeigt.

Die Lücken 24 der Mutter zeigen genauso wie die Lücken 15 des Bolzens an, wann die erforderliche Mindestspannung in einem Schraubenbolzen erreicht ist, mit dem zusammen die Mutter verwendet wird.

Die Mutter der in Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsformen weist eine sechseckige Grundfläche 30 auf und ist an ihrer Unterseite mit einer sechseckigen Vertiefung 31 als innere Verspannungsfläche und drei Nuten 32 versehen, so daß drei trapezförmige Stützansätze 33 gebildet werden, zwischen denen an jeder Seite der Grundfläche 30 eine Lücke 34 frei bleibt. Diese Lücken 34 dienen wieder zur sichtbaren Anzeige der Spannung im Bolzenschaft.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kopfschraube oder Mutter mit Uberdrehsicherung, welche aus radial zueinander versetzten, axial unterschiedlich weit vorspringenden Verspannungsflächen besteht, die beim Anziehen der Schraubverbindung unter Verformung ihres durch eine Nut geschwächten Verbindungsbereiches nacheinander zur Anlage kommen, wobei die Stellung der nachfolgend zur Anlage kommenden Verspannungsfläche von außen her sichtbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zuerst zur Anlage kommenden Verspannungsflächen an im Abstand über den Außenumfang verteilt angeordneten, axial vorspringenden Stützansätzen (14, 23) vorgesehen sind, daß die axial weniger weit vorspringende innere Verspannungsfläche (13) sich vom Schraubenschaft bzw. von der Mutterbohrung aus radial nach außen bis in den zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Stützansätzen verbleibenden Raum erstreckt und daß die Schwächungsnuten (17, 22) geradlinig ausgebildet sind, derart, daß sie mit ihren offenen Enden in den Räumen zwischen den Stützansätzen münden, die Sichtspalte (15) für die innere Verspannungsfläche bilden.

2. Kopfschraube oder Mutter nach Anspruch 1 mit im Grundriß quadratischer Anzugsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die axial vorspringenden Stützansätze (14, 23) an den vier Ecken der Anzugsfläche vorgesehen sind und in Verbindung mit den diese gegenüber der inneren Verspannungsfläche (13, 21) abgrenzenden vier geradlinigen Schwächungsnuten (17, 22) die Grundrißform gleichschenkliger Dreiecke aufweisen.

3. Kopf schraube oder Mutter nach Anspruch 1 mit im Grundriß hexagonaler Anzugsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die axial vorspringen-

den Stiitzansätze an drei nicht benachbarten Seiten der Anzugsfläche vorgesehen sind und in Verbindung mit den diese gegenüber der inneren Verspannungsfläche (31) abgrenzenden, parallel zu den Seitenkanten verlaufenden Schwächungs-

nuten (32) die Form geradliniger Leisten (33) aufweisen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1057 395.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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