DE1450963A1

DE1450963A1 - Selbstsperrende Verschraubung

Info

Publication number: DE1450963A1
Application number: DE19651450963
Authority: DE
Inventors: Preziosi Joseph R
Original assignee: Elastic Stop Nut Corp
Current assignee: Elastic Stop Nut Corp
Priority date: 1964-06-01
Filing date: 1965-01-22
Publication date: 1969-02-13
Also published as: NL6500385A; NL133364C; DE1985172U; BE659497A; SE311785B; GB1067917A; US3294139A

Description

Patentanwalt·

Diving, Eichenberg ' -

DipWng.Sauerland 20· «Ja&uar 1965

Dr, Ing» König , .

PH 50 963.8

IX/ScIu

ELASIIQ STOP 3ΠΠ2 CQHK>EASIOK Q$ AJ-ESRICA, 2330 Vauxhall Road»

Union, County of Union, Ifew Jersey, U.S,A,

Tsstsasesssssssss

.* Selbstsperrende Verschraubung"

Die Erfindung "bezieht sich auf wiederverwendbare eel/bstsperrende SchraubenTertindungen und auf Verfahren zu deren. Herstellung·

Ϋ/iedervervmndbare Kuttern und Schrauben mit Selbstsperrung, die mit Kunststoffeinlagen versehen sind, werden in umfangreichem Maße überall dort benutzt, wo die Notwendigkeit für ihre Verwendung die relativ hohen Herstellungskosten rechtfertigt. Man hat sich über eine Reihe Ton Jahren bemüht, die Herstellungskosten herunterzusetzen. und damit den Anwendungsbereich zu vergrößern, ohne daS damit viel erreicht worden ist. Hinzu kommt, daß bei eolchen Muttern und Schrauben eine !Tut oder eine andere Ausnehmung aur Aufnahme der Einlage vorgesehen werden muß, waa entweder zu einer Herabsetzung der festigkeit oder au einer höhung der Abmessungen der Sehraubenverbindungen führt·

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Unterlagen (Art7f₁Ab8.2Nr.1Satz3d_esXnderun_3S8e_avv.4.9.tS^

20.·<Γαη_β1365 ^wS@£listeperrende Verschraubung⁵* .

■ 1450363

Vereinfachung der Fertigung und H©rabs©tsi2isg der Herstellungskosten hat man vorgeschlagen,, ein tea £üg@leh©2i aus Kunststoff an. einem alt Außengewinde eehenen Element einer Schreubverbiniuiig mit normaler deiona durch gleicnzeitig@ ^siwendmjg w<m Tiazme 12nd zubringen· Doch hat sieh -weder..Sieses Terfahren noch.d&a .mit erhaltene Erzeugnis als τοίΐ süfrietenstellend-für erstrelstes &ee& erwiesen« Bas Terfaliren erfordert di® Ja wendimg eines Paare© relativ, teures vorgeformter - (teaei&e." oder FoEQstüeke sur Erseiigung der'auf das. chen einwirkenden Iferf ormimgsdriiefee .„ während ..ein ter SchrautiverMnderp an dem das iCügälölien angebracht ist_g.. die von ilm. berührte Oberfläche des Eügelchens sehmUst© Y/enn damit überhaupt ©ine Verminderung der Herstellungsko-» sten erreicht wird» ist sie Jedenfalls gering.. Außerdem wurde gefunden, daß die Haftimg des KunststoffkügelehenB es. der metallenen Oberfläche des Sshraubverbinders wegen des "elastischen Gedächtnisses" des verformten Kügelehens vielfach nicht ausreicht» um den normalen Scher- und Reißkräf-« ten atand2uhalten_r die auf &en Kunststoff von dem entsprechenden Innengewinde der zugehörigen Verschraubung'."oder. Mutter ausgeübt werden, wenn diese auf die Schraube aufgeschraubt wird· Dieses Abreißen oder Abschälen des KunstötoffMLgelchens von dem Muttergewinde schließt Wiederverwendung des mit Außengewinde versehenen Verschratibungael®-

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20.Jan.1965 "Selbstsperrenae Verschraubung"'--^:-..jT

nentes, also der Schraube, aus. Es wurde gefunden, daß wenn das mittels eines Werkzeugs verfonate Kugelohen anfänglich, richtig dimensioniert war* um das gewünschte Sperraoment bei der ersten Anwendung unterhalb des zulässigen Maximum» su halten_t dieses Sperrmoment bei der nächstfolgenden Anwendung häufig unterhalb des erwünschten Minimums lag, -«renn es sich um eine wiederverwendbare selbstsperrende Schraubverbindung handelt« An der Berührungsfläche zwischen Metall und Kunststoff treten unerwünschte Spannungen von beträchtlicher Größe auf, und diese Spannungen setzen im Ergebnis die Haftfähigkeiten herunter· Me Haftung des vorgeformten Kunststoffkügelehens an den Schraubverbinder ist daher unzuverlässig und in ihrer G-rößs nicht vorausselibar*

Vielerlei Maßnahmen zur Formung imd Ausbildung von Kunststoff am Gewindegrund von Muttern und Schrauben spezieller Gewindeformen sind vorgeschlagen worden. Alle dies· Maßnahmen haben sich aber als unbefriedigend erwiesen» weil al· alt den Methoden der Uaseenf ertigung unvereinbar sind unt dl· erhaltenen Erzeugnisse wegen der ungenügenden Bindung «wischen Hetall und Kunststoff mangelhaft waren und somit den normalerweise auftretenden Abreiß- und Scherkräften, die vom zugeordneten Schraubverbinder ausgeübt werden, nicht standhalten· Ander· mechanische und chemische Fehler und Mängel haben gleichfalls die Benutzung der Erzeugnisse als wiederverwendbare selbstsperrende Schraubverbinder im-

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20.Jan· 1965 "Selbstsperrende Verschraubung¹¹

möglich gemacht·

Erfindungsgemäß wird eine Schraubverbindung dadurch selbstsperrend gemacht, daß eine Ausfütterung oder ein Futter aus thermoplastischem Material längs einem Bogen des Umfanges des mit Gewinde versehenen Seils des Schraubverbinders angebracht wird, wobei das Futter eine Form hat, wie sie sich bei der Ausbildung eines Sumpfes

oder Seiches geschmolzenen thermoplastischen Materials ergibt, das auf den Verbinder aufgebracht wird.

Eine Schraubverbindung nach der Erfindung kann in der Weise hergestellt werden, daß thermoplastisches Material über einen Bogen des Umfange des nit Gewinde versehenen Teils des Schraubverbinders angebracht wird, das Material durch Erhitzung zu einem frei sich ausbildenden Flüssigkeitssumpf geschmolzen und dem flüssigen Material danach gestattet wird, wieder hart zu werden, so daß daraus ein Futter entsteht, das sich mit den Gewindegängen verbindet·

Vorzugsweise wird das plastische Material an dem Schraubverbinder in Pulverform angebracht.

Bei Anwendung der Erfindung gestaltet sich das Kunststoffutter in solcher Weise, daß es möglich ist, das elastische Gedächtnis des Kunststoffes nutzbar zu machen, um ein angemessenes Sperrmofiient über eine Anzahl wiederholter Benutzungen aufrechtzuerhalten, während gleichzeitig

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2O.Jajut9S5 "Selbstsperrende Verschraubung¹¹

" ■ ^ Η50963

kostspielige fertigungsgange vermieden werden, wie sie eonst in Verbindung mit mechani sehen Vorrichtungen nötig sind, um die plastischen Einlagen in Wirkverbindung mit den Gewinde des Schr&ubverbinders zu halten· Erfindungsgemäß ist das Putter mit den Gewindeflächen derart verbunden» daß das Aisreißen oder Abscheren des Kunststoffes von dem Verbinder auf ein Minimum heruntergesetzt oder ganz "beseitigt ist· Vorzugswelse ist die Anordnung so getroffen, daß die Eintrittskante des Futters "beim allmählichen Zusammenschrauben der Verbinder in die das Gewinde definierenden flächen des einen Verbinders einmündet, um auf diese Weise die abreißend oder abscherend wirkende Komponente der Kräfte» die auf das Kunst st of futter durch die Gewindeflächen des zugeordneten Schraubverbinders ausgeübt v/erden, auf ein Minimum asu bringen· In federn Falle ist das Kunststoffutter aus geschmolzenem Pulver im wesentlichen frei von inneren Spannungen, die. die Haftung herabsetzen, weil es allein durch den freien, nur durch die Schwerkraft bestimmten Pluß des ge-, schmolzenen Kunststoffes über die Gewindeflächen gebildet wird, und zwar über eine bestimmte Anzahl von Gewindegängen, wie es sich aus einer gesteuerten Aufbringung des Pulvers Über eine ausgewählte KLäche des Gewindes ergibt·

Einige Ausführungsbeispiele von erfintüngsgemäß gestalteten Schraubverbindern und von Verfahren au deren Herstellung sind in der Zeichnung dargestellt und «erden

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2O.Jan»1965 - "Seihstsperrende Terschraubung¹¹ JgT

nachstehend beschrieben* Es zeigen

I¹Jg. 1 eine perspelrfcivische Darstellung einer selbstsperres- äen Mutter,

Pig. 2 einen Längsschnitt nach Linie ΙΪ-ΪΪ in Fig. .1, ■ Fig» 3 einen Ssngsschmitt nach Linie IIX-III in fig· t, "

Fig. 4 "bis 6 !!!eilschnitte nach den Linien 4-4» 5-5 und.6-6 . - in Pig. Z₉ ■-■.. ■-. · ■■■■.■ ■■ ■"■■ ,;

gig» 7 einen Längsschnitt aur Veransch'aulichimg der das Gewinde rerkeilenden imd sperrenden Wirkung der Mutter nach Fig. 1, wenn sie auf einen normalen Bolzen geschraubt wird,

Fig. 8 Ma T4 fDeilansichten, zum (Heil im Schnitt imd zum

'Seil im Aufriß imd Grundriß, ssur scheiaatischen Veranschaulichung eines Yerfahrens und einer ¥orrich-, mittels deren die Mutter nach Fig. 1 selbstgemacht werden, kann,

perspektiirisGhe Darstellung ©Ines -Bolzens ₉ _ - - ■-■-." -, .

-gjg»16' eine TergrSSer-te-Seitenansicht des Bolzens nacü■

@im® weiter© S^itenansiaht um® Bolsens '-aaefo fig©"

AB ©is©a TsrgröBertem Saagsselmltü n&eä Limi© 18-18 im -- :■ ■ ■■ ; . ' - - ■ .. ....■'■■ BAD ORfGJNAL

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20. Jan. 1965 ⁿ Selbst sperrende Verschraubung*

Fig» 19 einen Querschnitt nach linie 19-19 in Fig. 18, fig«20 einen Querschnitt nach Linie 20-20 in Fig. 18, Fig.21 einen Querschnitt nach Ltn^e 21-21 in Fig· 18 und

Fig.22 land 23 Darstellungen zur Veranscheulichung des Verfahrens und einiger Vorrichtungen zur Herstellung eines seihst sperrenden Bolzens nach Fig· 15·

!Die Mutter nach Fig. 1 "bis 6 "besteht aus einem Körper 2 normaler Form und Abmessungen mit Innengewinde 4 ' von gleichfalls nomaler Form und Abmessungen» das sich über die ganze länge des Körpers 2 zwischen zwei Abschrägungen 6 und 8 erstreckt. Die Stirnfläche 10 ist die Fläche, mit der die Kutter gegen den zu verspannenden Teil geschraubt wird. Ihr gegenüber liegt die Stirnfläche 12. Die Mutter 2 ist mit einem nachgiebig verformbaren Kunststofffutter H versehen, das sich nur über einen gewissen Winlcelberelch und von der Fläche 12 in Längsrichtung "bis zu einem Punkt erstreckt, der sich mindestens im Abstand eines vollen Gewindeganges von der Abschrägung 6 befindet· Das Futter 14 wird an Ort und Stelle durch Erhitzen eines kleinen Yialles aus Kunststoffpulver auf eine bestimmte Temperatur gebildet, die das Pulver so weit schmilzt, daß es verhältnismäßig frei zu fließen vermag. Durch Verwendung genügend feinen Pulvers wird eine innige Berührung zwischen dem Kunststoff und den dafür bestimmten Gewindeflächen er-

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20«Jan.'1965* "Selbstsperrende Verschraubung* ■' :'-.tT

reicht» Der PIuB des geschmolzenen Kunststoffes benetzt daher sofort die dafür vorgesehenen Crewindeflächen der Kutter« mit denen das Pulver in Berührung ist, und stellt auf diese Weise eine sehr innige berührung von Oberfläche zu Oberflache zwischen dem Kunststoff und dem lletall her und bildet nach der nun folgenden Abkühlung eine bestimmte Form und Gestalt eines Kunstεtoffutters, wie es erwünscht und in Pig· 2 bis 6 dargestellt ist·

Das geschmolzene Kunst stoff pulver, das das Futter 14 bildet, füllt über einen begrenzten Vinkelbereich die Gewinderillen über eine bestimmte Anzahl von Gewindegängen, wie durch die Ziffern 16, 18, 20, 22 und 24 in Fig. 2 und 5 angegeben ist. Es füllt außerdem über einen begrenzten Winkelbereich den Aus lauf gewindegang 26 und erstreckt sich' bis über die Abschrägung 8, die der Stirnfläche 12 zugeordnet ist· Im wesentlichen füllt das geschmolzene Pulver über einen begrenzten Winkerbereich ferner den Gewindegang 28 und erstreckt sich ein wenig über die kuppe oder Sahnspitze dieses Ganges bis in den benachbarten Gang 30»

Die radiale Tiefe oder Dicke des Kunststoffuttere nimmt, wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, allmählich in Längsrichtung des Muttergewindes vom Eingangsende 32 zur Stirnfläche 12 der Kutter zu·

Aus Fig· 3 bis 6 geht deutlich hervor, daß das Kunststoff utter 14 auch in seiner Winkelausdehnung allmäh-

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20.Jan. 1965 "Seibatsperrende Verschraubung*

lieh zunimmt, und zwar in der \7eise, daß das zunächst mit dem Gegengewinde in Eingriff kommende Eintrittsende 32 die kleinste und das entgegengesetzte Ende an der Stirnfläche 12 der Kutter die größte Ausdehnung hat. Da der Kunststoff" in geschmolzenem Zustand verhältnismäßig frei zu fließen vermag, erstreckt er sich über einen größeren VJinkelhereich am Grund des Gewindes, also über einen Bereich des Kernzylinders oder -kreises 34 gemäß Fig. 4 bis 6, als über die zugeordnete Strecke am Kopf des Gewindes, wie er durch den Kopf zylinder oder -kreis 36 definiert ist. Die Kernflache und die Kopffläche des Gewindes sind natürlich zylindrisch und konzentrisch. Dagegen ist die innere, freie Fläche 38 des Kunststoffutters im wesentlichen durch eine flache Sehne bestimmt. Infolgedessen nimmt die Siefe des Futters, ausgehend von einer mittleren radialen Ebene 40, die die Gewindeachse 42 enthält, beiderseits nach außen kontinuierlich ab. Dabei stellt die Ebene 40 gemäß Pig. 4 die Syrametrieebene des Futters dar.

Das verhältnismäßig freie Fließen des geschmolzenen Kunststoffes unter Schwerewirkung bewirkt, daß die freien Flächen des Futters allmählich zwischen die Flanken des. Gewindes eintauchen, während die radial nach außen gerichteten Kanten des Futters selbst auf einer Schraubenlinie verlaufen.· Dabei entstehen gemäß Fig. 4- bis 6 Eintrittskanten und Austrittskanten 44 und 46 von allmählich zunehmender

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20*Jan· 1965 "Selbstsperrende Verschraubung"

Dicke in der Richtung des Port schreit ens des zugehörigen Schraubenbolzens· Die "bogenförmigen oder schräg verlaufenden Teile der Eintrittskanten 44 des Kunststoff utters, mit denen beim Zusammenschrauben der fortschreitende Bolzen zunächst in Eingriff gelangt, bewirken eine verhältnismäßig allmähliche Dehnung des Kunststoffkörpers, und die in Längsrichtung und in der Winkelausdehnung allmählich zunehmende Dicke des Kunststoff utters unterstützt gleichfalls die allmähliche Entstehung von Yerfo:raungsdrücken. Diejenigen Kräfte und deren Komponenten, die anfänglich auf die Grenzbereiche des Kunststoffutters in einer Richtung wirken, in der sie den Kunststoff von den Gewindeflächen abzustreifen oder abzuschälen suchen, werden dadurch beträchtlich vermindert oder überhaupt "beseitigt. Die größten Kräfte treten somit an einer Stelle auf, die entfernt von der Kante des Kunststoffutters liegt, und sind daher unfähig, das Futter abzuschälen.

Das Einschrauben eines Bolzens 48 in die Mutter 2 gemäß Pig· 7 bewirkt eine Dehnung des Kunststoffuttera in ümfangsrichtung längs den Köpfen, Planken und dem Gewindegrund des Kuttergewindes und bis zu einem geringen Grad© eine Dehnung dea Futters in Längsrichtung über die frei© Stirnfläche 12 der Mutter hinaus.

Da die radial nach außen gerichteten Komponenten der vom Bolsengewinde ausgeübten Yerforaungskräfte fcei fort-

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20·Jan· 1965 "Selbstsperrende Verschraubung"

ΑΛ

schreitendem Einschrauben In die Kutter sich entsprechend den .Änderungen in der Dicke des Futters ändern, erreichen diese Kräfte ihren größten Betrag in der in Fig. 2 angegebenen Achsebene 40 und in der unmittelbaren Nachbarschaft der freien Stirnfläche 12 der Mutter. Diese Kräfte nehmen allmählich zu, wenn die Schraube fortschreitend in die Mutter hineingedreht wird, und bewirken, daß der Seil des Muttergewindes, der gegenüber dem Kunststoff utter liegt, in enger Fassung mit dem Bolzengewinde verkeilt wird, und zwar in der Weise, daß beispielsweise die in Fig· 7 mit 50 bezeichnete Flanke des Muttergewindes fest gegen die zugehörige Flanke 52 des Bolzengewindes gepreßt wird·

Die einem geeignet ausgesuchten, elastisch verformbaren Kunststoff innewohnende !Tendenz, seine Ursprungsform wieder anzunehmen, gestattet vielfache Wiederverwendung der mutter·

Die Winkelausdehnung des unverformten Kunststofffutters soll um soviel kleiner sein als 180°, daß sich das Putter beim Zusammenschrauben unbehindert längs dem Umfang dehnen kann, und zwar über mehr als 180°, jedoch nicht so weit, daß entgegenwirkende Keildrücke oder Keilkräfte auftreten.

Bei praktisch ausgeführten Muttern wurde gemäß Pig· 4 die Winkelausdehnung des unverf ormten Putters höchstens mit 120° gewählt. Damit ist der Winkel zwischen den

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20.«Tea* 1965 "Selbstsperrende Verschraubung¹·

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Schenkeln 54 und 56 gemeint. In der so ausgeführten Mutter war das letter in. Längsrichtung derart verjüngt gestaltet, daß die tfin&elausdehnung sich gemäß Pig· 4 "bis 6 um 4 bis 14° pro Gewindegang. änderte.

Als Kunststoff wurde bei einer praktisch ausgeführten Kutter für das Futter ein Polyamid-Kunstharzpulver verwendet₉ und zwar Sylon-1'1-· Dieses lieferte bei der ersten Verschraubung und bei allen v/eiteren Yersehraubungen, die mit der Mutter ausgeführt wurden, Sperrdrehmomente ₉ die ^: vorzüglich innerhalb der Grenzen lagen, wie man sie von einer wiederverwendbaren selbstsperrenden Mutter verlangt«

Es können auch andere elastisch verforffibare Kunststoffe anstelle von Polyamid-Kunstharzpulver verwendet wordene äie noch andere weiter unten zu beschreibende Eigenschaften haben« Me Y/inkelaus dehnung des Kunststoff utters» seine Längsausdehnung und der Grad seiner Verjüngung können dann so geändert werden, daß die zu Anfang und bei Wiederverwendung erhaltenen Drehmomente innerhalb der durch Normen vorgeschriebenen Grenzen für wiederverwendbare eelbstsperrende Kuttern liegen.

Bei der Herstellung einer selbstsperEenden Mutter gem!i»3 der Erfindung empfiehlt ee sich, die Kutter zunächst in eine schwache Säurelösung zu tauchen, um Schmutz, Fett und andere Fremdkörper zu "beseitigen und saubere sowie ₉ wenn nötig, aufgerauhte Gewindeflächen zu. erzeugen, um da-

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durch sieherzustellen, daS die Gewinde flächen von dem geschmolzenen Kunststoff einwandfrei und ausreichend benetzt werden und eine feste Haftung des Kunststoffes am Gewinde entsteht.

Da die meisten elastisch verformbaren Kunststoffe in Pulverform Feuchtigkeit absorbieren, empfiehlt es sich, zur Herstellung maximaler festigkeit der Verbindung zwischen dem Kunststoffkörper und dem Gewinde die Mutter vorzuwärmen, um Feuchtigkeit von den Gev/indeflächen zu entfernen.

Hach dem Vorwärmen wird eine bestimmte Menge eines feinen Kunststoffpulvers auf das Muttergewinde in solcher Menge aufgebracht und derart verteilt» daß der Kunststoff beim Schmelzen unter der Ytirkung der Schwere und der Oberflächenspannung die Form und Gestalt nach Fig. 1 bis 6 annimmt·

Fig· 8 bis 13 zeigen eine Vorrichtung, mittels deren ein feines Kunststoff pulver in der gewünschten !!enge und Verteilung aufgebracht werden kann. Die Vorrichtung besteht aus einer Blechhülse 66 mit einer V-förmigen Hut 68 am einen Ende und einem den fräger der Mutter 2 bildenden äußeren Flansch 70 am unteren Ende der Hülse. Ber Flansch 70 hat einen bestirnten Abstand von der inneren Kante oder dem Scheitel 72 der ffut 68, der so gewählt ist» daß die Htilsenwand unterhalb der Hut die gewünschte Anzahl von Gewindegängen, der Mutter tiberdeckt, wenn diese gemäß Fig. 10 auf

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den flansch. 70 gesetzt wird» Der Außendurchsesser der Hülse 66 oberhalb des Flansches 70 Ist annähernd gleich dem inneren Durchmesser des Muttergewindesj so daß die Hülse alle Seile des Buttergewindes abdeckt, ausgenoinnen nur den,Teil_f der durch, die Kut 68 in "Verbindung mit den Hülseninneren steht.

Sie Vorrichtung hat einen Stempel 74, der in der Hülse 66 verschiebbar gelagert ist und einen Anschlag 76 trägt» der vom vorderen Stirnende des Stempels einen Abstanä hat, der etwas größer ist als die Länge der Hülse 66p Am vorderen Ende ist der Stempel 74 einseitig abgeschnitten, so daß eine ebenen in Längsrichtung schräg verlaufende fläche 80 entsteht, die mit der V/aiidung der Hülse gewissermaßen ein Meßgefäß bildet, das den Zwecic hat, die auf das Muttergewinde aufsubringende Pulvermenge genau zu steuern.

Bas Kunst stoff pulver 78» das auf die Mutter gebracht werden sollj, wird in die Hülse 66 aus eineia nicht geselchnetea Behälter, etwa einer Mulde eingefüllt, wenn der Stempel sich in der zurückgezogenen Stellung nach Pig«. 8 befindet« Hierauf wird gemäß Pig. 10 die Mutter 2 über die Hülse mx£ den Flansch 70 gesetzt,,

Zur Vereinfachung der Darstellung sind in fig« bis 10 der Stempel und die Hülse in vertikaler Sage gezeichnet. Sie &8nnea sich aber zu Anfang auch in einer horizontalen Ebene befinden, wan das iunststoffpmlirer kann in di@

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20.Jan.1965 "Selbstsperrende Verschraubung¹¹

Hülse mittels einer geeigneten Düse eingeblasen werden. Während die Kutter in einer <yier versetzten Lage gehalten wird, können Hülse und Kutter in einer horizontalen Ebene miteinander in Flucht gebracht werden. In jedem Falle werden nach dem Einfüllen des Pulvers in die Hülse und dem Aufsetzen der Kutter auf die Hülse geeignete -Anschläge 82 und 84 gemäß Fig· 11 in Stellung gebracht, um Kutter und Hülse gegen axiale Bewegung zu sichern, während der Stempel 74 gemäß Fig. 11 bis 13 vorbewegt wird. Dadurch wird das Pulver durch die Hut 68 hindurch innerhalb der durch die Hut freigelegten Fläche auf die Flächen des Muttergewindes entleert. Dabei bestimmt die Wandungsdicke der Hülse und die Größe des Meßgefäßes die auf das Gewinde gebrachte Pulveriaenge, während ein etwa vorhandener Überschuß durch den Kolben sm offenen Ende der Hülse nach außen befördert wird. Hülse und Stempel setzen somit eine bestimmte Henge Kunststoffpulver auf dem Muttergewinde ab und bilden dort gemäß Fig. 12 und 13 einen Pulverwall bestimmter Größe und Form.

Die Mutter wird dann geaäß Fig. 14 auf einen Tisch 85 und in das Magnetfeld einer mit Hochfrequenz betriebenen Induktionsheizspule 87 gebracht und vom vorderen Ende der Hülse 66 abgenommen.

Die Induktionsheizspule bringt die Mutter in einer bestimmten, kurzen Zeit auf eine temperatur, die ausreicht, das Kunststoff pulver zu schmelzen, und wird dann.

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20.Jan. 1965 "Selbstsperrende Verschraubung"

abgeschaltet·

Bin Kunststoff, der für den Zweck der Erfindung geeignet ist, hat die Eigenschaft, wenn er auf Schmelztemperatur erhitzt wird, unter Schwerwirkung mehr oder weniger frei in 'Längsrichtung und ümfangsrichtung des Muttergewindes su fließen, die Gewindeflächen der Mutter zu benetzen und mit ihnen in innige Berührung zu gelangen. Er fließt zugleich in alle etwa, vorhandenen Oberflächenvertiefungen. Der geschmolzene Kunststoff hat eine relativ geringe Viskosität im Vergleich mit Kunststoffen im allgemeinen, erhärtet jedoch beim Abkühlen zu einem zusammenhängenden» einheitlichen Körper oder Kunststoffütter, das sich gemäß l?ig· 1 bis 6 über die Geviindespitzen oder -Köpfe einer bestimmten Anzahl von Ge?/indegängen erstreckt, bevor der geschmolzene Künststoff die Möglichkeit hat, sich in längsrichtung der Hutter vollständig auszubreiten und abzufließen·

Anstelle von Hylon-11 können andere Kunststoff® verwendet werden. Erwünscht sind Jedoch Stoffe mit einer Reihe von Eigenschaften, die sie dem üylon-11 vergleichbar oder ähnlich machen, abgesehen von dem Jedenfalls notwendigen elastischen Gedächtnis. So sollte der Kunststoff im Schmelzpunkt eine Viskosität der gleichen Größenordnung wie Hylon-I1 und die Eigenschaft haben, Metall gut zu benetzen. Andere in Rechnung zu stellende Eigenschaften sind relativ niedrige Feuchtigkeitsabsorption, hohe Widerstandsfähigkeit

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20,3an».1965 "Selbatsperrende Verschraubung"

gegen Abrieb, gute Widerstandsfähigkeit gegen allgemeine chemische Einflüsse, hohe relative Härte, hohe Festigkeit» Zähigkeit und liachgiebigkeit und geringer Reibungskoeffizient. Sa die Kunststoffe in vielen Anwendungen !Temperaturen "bis zu 12O⁰C ausgesetzt werden_} soll der Kunststoff im allgemeinen so gewählt werden, daß er bei längerer Einwirkung von Eemperaturen oberhalb von 120⁰C seine mechanische und chemische Widerstandsfähigkeit behält·

Bis zu einem gewissen Grade komiaen noch andere Erwägungen bei der Auswahl des zu verwendenden Kunststoffes hinzu, nämlich solche Eigenschaften, die die Herstellung des mit dem Futter versehenen Schraubenkörpers erleichtern. Insoweit ist es wünschenswert, daß der Kunststoff in fein gepulverter Form erhältlich ist oder in solche Porm gebracht werden kann, daß er die Fähigkeit hat, direkt an dem Werkstoff der Mutter mit fester Terbindung anzuhaften, ohne daß mehr als. eine einfache und billige Vorbereitung oder Bearbeitung der Metallflächen des Muttergewindes nötig ist, um eine solche feste Haftung au gewährleisten. Wünschenswert ist ferner ein Material mi-fc einem Schmelz- oder Fließpunkt, der hinreichend vreit unterhalb derjenigen Semperatur liegt, bei der der Kunststoff seine Qualitäten einbüßt oder sich zersetzt, so daß keine komplizierten und teuren Steuerungen für die Beheizung notwendig werden.

Ale Beispiele für andere lineare Poly&mid-Kunst-

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20»Jaü.1965 . "Selbstsperrende Verschraubung¹¹

harze selen Fylon-6, IIylon-6/6, ITylcm^e/f-G'und-SyloxHS-en» geführt, die die often angegebenen Eigenschaften haften, und dem Hylon.-11 vergleichbar und ähnlich sind. Gewisse Vinyl« harze, insbesondere gewisse Viny!chloride und Yinylacetäteo«- polymere» haben gleichfalls in himreiehendeia Maße die oben angegebenen Eigenschaften und können in Fällen verwendet werden, wo nicht mit der Einwirkung organischer üösungsmittel gerechnet werden muß* KBP-Fluorocarbon, ein Copolymer des !tetrafluoroethylene und Hexafluoropropylens $ hat die oben angegebenen Eigenschaften in hinreichendem HaBe₉ ist in gewissen Beziehujigen den 2fylon-11 überlegen wnä kann daher int allgemeinen verv/endet werden·, Polypropylenharze haben viele der oben angegebenen Eigenschaften in einem dem Sylon-11 vergleichbaren Maße und können in Fällen verwendet werden $ wo mit der EiiBsirloHig organischer Lösungsmittel bei Temperaturen oberhalb SQ⁰G nicht gerechnet su werden braucht.

Figo 15 bis 21 zeigen einen wiederverwendbarsK eelbstsperrenden Schraubenbolzen 86 mit Gewinde 88 genorm~ ter Fora und Abmessungen und einem ICunststoffutter 90· Sas futter 90 wird ohne Anwendung von Bearbeitungswerkzeugem oder Formdriicken hergestellt und erBtreo&t sich In Sänge- . riehtung w&ä. Uiofangsrichtung des Bolzens über"-einen-"Ber@ieh₉ der durch gerichtete Eintritts- und JLustrittska&ten. 92 und 94 und Eintritts- und Austrittsendea 96 land 98 begrenzt.

Dm diejenigen Eosipoaeatem äar Kräfte „ di@ durcls

20,Jan· 1965 "Selbstsperrende Verschraubung«

das Gewinde der zugehörigen Kutter ausgeübt werden und bestrebt sind, den Kunststoff abzustreifen oder abzuscheren, und um das anfangs verlangte Selbstsperrmoment sowie befriedigende Sperrmoiaente für eine Anzahl weiterer Versehraubungen mit dem gleichen Bolzen zu erhalten, wird dem Kunststoff utter 90 eine bestimmte Dicke und Form gegeben, und zwar durch gesteuertes Aufbringen eines feinen Kunststoffpulvere·

Sie Dicke und V/inkelausdehnung des Kunststoffutters ist gemäß Fig. 15 bis 21 über die ganze bedeckte Gewindefläche nicht etwa konstant, sondern ändert sich gemäß einem bestimmten, vorgeschriebenen Muster· Gemäß diesem Muster besteht das Kunststoffutter 90 gemäß Pig. 19 aus einem Hauptteil 100 von begrenzter Winkelausdehnung und gleichförmiger Dicke, die hauptsächlich in Hinblick auf die Erzeugung des verlangten Sperrmoments gewählt ist. Die Dicke des Kunststoff utters nimmt gemäß flg. 19 in TJmfangsrichtung vom Hauptteil 90 zu den Längskanten 92 entlang einem abgeschrägten Bereich 102 allmählich ab. Die längs verlauf ende Begren-Eungskante 92 kann als Eintrittskante des Kunatstoffutters bezeichnet werden, zum Unterschied von der längsverlaufenden Begrenzungskante 94, die die Austrittskante darstellt· Diese Bezeichnungen sind mit Beziehung auf die Drehung des Bolzens 86 relativ zur Kutter beim Einschrauben gewählt· Der abgeschrägte Bereich 102 des Kunst st of futters 90 bildet

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20. Jan, 1965 "Selbstsperrende Verschraubung"

somit denjenigen Seil, der als erster mit dem zugehörigen Innengewinde in-Eingriff kommt, vfenn der Bolzen 86-eingeschraubt wird. Die allmähliche Zunahme in der Dicke des Kunststoffutters über den der Eintrittskante zugeordneten Kunst stoff bereich 102 in der Einschraubriehtuag bewirkt eine allmähliche Steigerung des Singriffs des Kunstetoffutters mit den Gängen des zugehörigen Innengeviinäes beim Einschrauben, so daß die Verforaungskräfte allmählich sunehrien und ihren Höchstwert ia Bereich des Hauptkörpers 100 erreichen·

Da die Kräfte oder Komponenten der Kräfte, die bestrebt sind, das Kunststoff utter 90 vom Gewinde 88 abzuschälen, beim Anziehen der Schraube in ihrer Richtung mit der Schraubendrehriehtung zusammenfallen, gewährleistet der zunehmende Eingriff der Gänge des Innengewindes eine zunehmende Verformung des Kunststaffutters und eine aHmähliche Zunahme der auf das Putter wirkenden Verformungskräfte bis au einem"-Höchstwert, wenn die Dicke des Kunststoffutters wächst. Die Höchstwerte der Kräfte sind dann an einer Stelle wirksam, die entfernt von der Kante des Putters liegt» Sie vermögen daher das Putter nicht abzuschälen·

Die Dicke des Kunststoffutters 90 nimmt gemäß Pig· 19 bis 21 durch Abschrägung in Richtung auf die Austritte— kante 94 ab und bildet dabei einen abgeschrägten hinteren Bereich 104» um die Berührungsfläche zwischen dem Putter

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und den Flächen des Gewindes 88 noch vielter au erhöhen, ohne die Abmessungen des Hauptteiles 100 des Kunststoffutters, der in erster Linie das Drehmoment bestimmt, wesentlich zu vergrößern.

Das Kunststoff utter 90 ist, wie die Zeichnung zeigt, ein einheitlicher Körper, der mit seiner inneren, am Metall anliegenden Fläche 106 die gleiche Gestalt wie das Gewinde 83 hat, gerechnet vom Gewindegrund 108 bis über die Gewindeköpfe oder -spitzen 110·

Me längsgerichteten Begrenzungskanten 92 und 94 verlaufen gemäß Fig· 16 in Längsrichtung verjüngt. Sie gehen von einem mittleren Teil größter Winkel- oder ttofangsausdehnung aus und erstrecken sich bis zu den Eintrittsund Austrittsenden 96 und 98, die sich über einen geringeren Winkelbereich erstrecken, Diese Verjüngung des Putters in Längsrichtung trägt zu dem allmählichen Aufbau der den Kunststoff verformenden Kräfte bei und wirkt somit dem Abschälen des Putters vom Gewinde entgegen. 3)ie verformenden Kräfte werden auf diese Weise über größere Strecken in Längsrichtung und Bmfangsrlchtung verteilt, um den Bereich des Kunststoffutters zu vergrößern, innerhalb dessen diese Kräfte wirksam sind, und um die Konsentration der abschälend wirkenden Kräfte zu vermindern, die bestrebt sind, das Kunststoffutter 90 voa Gewinde 88 abzureißen.

Es sei hervorgehoben, daß das Eintrittsende 96

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des Kunststoffuttera 90 sich vom Eintrittsende des Schraubengewindes in einem bestimmten Abstand befindet, der mindestens einem vollen Schraubengang entspricht, um auf diese ¥eise den einwandfreien Eingriff nit dem Innengewinde zu gewährleisten, bevor dieses mit dem Kunststoffmutter 90 in Eingriff kommt·

Die Vorteile eines allmählichen Eingriffs zwischen dem Kunststoffutter 90 und dem Innengewinde der zugehörigen Liutter werden noch dadurch erhöht, daß die Dick© oder Ciefe des Kunststoff utters von einem Höchstwert im mittleren Bereich su einem Kleinstwert an den Enden 96 und 98 absinkt, v/ie dies aus Fig. 18 bis 21 hervorgeht.

Um seitlich gerichtete Keilkräfte zu erzeugen, wie sie in !ig» 7 veranschaulicht sind, wird der Umfang des Eunststoffutters 90 im allgemeinen auf einen Winkel begrenzt, der um so viel kleiner ist als 180°, daß maximale Verkeilung bei der Dehnung des Futters über den Umfang des Gewindes eintritt. Ein typisches Beispiel ist in 3?ig_e 19 veranschaulicht, wo der größte Winkel*, zwischen den Begrenzungskanten 92 und 94, bezeichnet durch die Radien A und B, 150° beträgt, während der Winkel zwischen den Eadien A und C vaad zwischen den Hadien B und 33, die die Seitenbereiche 102 und 104 begrenzen, je 30° beträgt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das lütter 90 so zu bemessen, daß es sich mindestens über 120° erstreckt.

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Das Kunststoffutter 90 kann auf einfache Weise in der "beschriebenen Gestaltung dadurch, hergestellt werden» daß der Kunststoff in Form eines feinen Pulvers aufgebracht wird, das anschließend geschmolzen und hierauf abgekühlt ■wird· Dadurch entsteht unter der uirkung der Schwere und der Oberflächenspannung des geschmolzenen Kunststoffes ein homogener, gleichfönaiger, zusammenhängender Körper aus Kunststoff, der an den Gewindeflächen des Bolzens haftet· Form, Gestalt und Größe des Futters tonnen durch Steuerung der Verteilung des Pulvers auf den Bolzengewinde beherrscht werden·

Pig· 22 und 23 veranschaulichen ein Verfahren tuad eine Vorrichtung zum Aufbringen feinen Kunststoffpulvera auf einen begrenzten Bereich des Bolzengewindes· Der Bolzen 86 wird in eine keramische Aufnahxae 112 gelegt, die mit einer Vertiefung oder Ausnehmung 114 versehen ist, die mindestens die eine Hälfte der Umfangsfläehe des Bolzens 86 aufnimmt und abdeckt. Eine Maske oder Schale 116 aus Metall« insbesondere aus Metallfolie, umhüllt die keramische Aufnahme 112 und den Bolzen 86 und hat eine Cffnung 118. Me metallene Kaske 116 steht in elektrisch leitender Berührung mit dem Kopf oder Schaft des Bolzene 86 und ist geerdet» so daß eine elektrostatische Spritzkanone 120 die elektrisch, geladenen feinen Pulverteilehen durch die Öffnung 118 der Maske auf das Bolzengewinde spritzt und das Pulver auf den

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von der Kaske unbedeckten, geerdeten Gewindeflächen durch elektrostatische Wirkung niedergeschlagen wird. Die Spritzdauer ist gesteuert oder zuvor fest eingestellt, um Gewähr dafür zu schaffen, daß der Niederschlag in der gewünschten liefe oder Dicke entsteht. Ist das Kunststoffpulver auf dea Bolzen aufgespritzt worden, isrird die Erdverbindung der Maske 116 gelöst und der Bolzen in eine Heizvorrichtung gebracht und dort auf die Schmelztemperatur des Kunststoffes erhitzt* Ist der Kunststoff geschmolzen, so fließt er in begrenztem Maße rings us die Gewinde flächen und nimmt damit die Form des bereits dargestellten Futters an.

Erwähnt sei, daß vor dem Aufbringen des Kunststoff pulvers die Schraube durch Eintauchen oder anderweitig mit einer schwachen Säurelösung behandelt wird» um die Gewindeflachen zu säubern und, soweit sich dies als nötig erweist* diese !Flächen etwas aufzurauhen· Der Bolzen kann auch vorgewärmt werden, um etwa vorhandene Feuchtigkeit von den Gewindeflächen su entfernen*

Die !Datsache» daS beim Verfahren nach der Erfindung vorzugsweise von einea Kunststoff in Pulverform ausgegangen wird, sichert die Gewähr für innige Berührung zwischen dem Kunststoff und der gesamten für die Kunststoffbedeckung vorgesehenen Fläche mit dea Kunststoff schon vor dem Schmelzen. Während des Schmelzens benetzt der Kunststoff sofort und vollständig die gesäuberten Gewindeflächen

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und stellt damit einen noch innigeren Kontakt zwischen der Innenseite des Kunststoffutters und den metallenen Oberflächen her, en denen das i^rfcter angebracht werden soll·

Bei der Herstellung von Füttern für Schrauben oder Bolzen können die gleichen Kunststoffe verwendet werden wie "bei den oben beschriebenen Kuttern, obwohl zur Erleichterung der Fertigung der gewählte Kunststoff in geschmolzenem Zustand, wenn es sich um einen Bolzen handelt, beträchtlich weniger viskos sein sollte, als geschmolzenes Kylon-11-Pulver» damit er nicht zu schnell fließt und dadurch den Bolsen in einen au großen \7inkelbereich umgibt.

Kylon-11-Pulver einer Partike!größe, die ein Sieb von 8 Maschen pro Millimeter oder ein noch feineres Sieb passiert, wird sowohl für die Kutter als auch für den Bolzen bevorzugt.

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Claims

- nSerbs"tsperrende Yerschraubung" EIASIIC STOP IiUiE CORPORATION OP AlIERICA9 2330 Vauxhall Road, Union, County of Union, ITew Jersey, U.S.A., Patentansprüche ν

1. Selbstsperrender Schraubverbinder (Mutter oder Bolzen) mit einem durch Einschmelzen in das Gewinde hergestellten Futter aus thermoplastischem Kunststoff, das sich nur über , einen Teil des Gewindeumfanges erstreckt und - im Querschnitt gesehen - sich beiderseits sichelartig verjüngt_s d a d u r c h g e k en η ze i c h η e t , daß das !Futter (14) aus Hylon"11" besteht und sich über einen Teil des Gewindes (4) erstreckt, der aus unterhalb des Putters kontinuierlich durchlaufenden Gewindegängen (16 bis 24) unter Freilassung des Gewindeeinlaufs (6) besteht.

2. SchraubTerbinder nach Anspruch 1 mit Innengev/inde, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die längs dem Umfang gemessene Breite des Futters (14) vom Gewindeeinlauf (6) aus gerechnet in axialer Richtung zunimmt·

3. Schraubverbin&er nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k.-e n η ζ e i c h η e t _f daß die größte Dicke des Futtere (14) mit seiner längs dem Umfang gemessenen Breite zunimmt. "

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Unterlagen (Art. 7 § 1 Abs· 2 Nr. 1 Satz 3 des Xnderungsges. v.

4. S..1957>

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4» Schraubverbinder nach Anspruch, 1 mit Außengewinde» d a * durch gekennzeichnet, daß die längs dem Umfang gemessene Breite des !hitters (9Q) in axialer Richtung von der Kitte nach beiden Enden hin abnimmt.

5» Schraubverbinder nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Putter (14) über höchstens 120° längs dem Umfang erstreckt·

6. Schraubverbinder nach Anspruch 4, d a d u r c h gekennzeichnet , daß sich das Putter (90) über höchstens 150° längs dem Umfang erstreckt.

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