DE1625377B2

DE1625377B2 - Selbstsichernde sechskantmutter

Info

Publication number: DE1625377B2
Application number: DE1967L0056930
Authority: DE
Inventors: Jordan Homer Bloomfield Hills Mich. Stover (V.StA.)
Original assignee: The Lamson & Sessions Co., Cleveland, Ohio (V.StA.)
Priority date: 1966-07-06
Filing date: 1967-07-06
Publication date: 1976-07-29
Also published as: DE1625377A1; CH473989A; US3301298A; BE701032A; GB1199778A

Description

Die Erfindung betrifft eine selbstsichernde Sechskantmutter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine derartige Sechskantmutter ist aus der US-PS 98 230 bekanntgeworden. Diese bekannte Sicherungsmutter hat keinen Bodenflansch, und bei Einwirkung dynamischer Belastungen durch Schwingungen oder Stöße kann sich daher ein Eingraben der Auflagefläche der Mutter in das befestigte Teil ergeben.

Es ist bereits bekannt, daß man einem derartigen Eingraben der Auflagefläche einer Mutier in das befestigte Teil durch Anordnung eines Bodenflansches an einer Mutter entgegenwirken kann. Das veranschaulicht die GB-PS 9 85 714. Auch bei dieser bekannten Sicherungsmutter ist bereits eine elliptische Verformung des Mutterkörpers zwischen gegenüberliegenden Schlüsselflächen vorgesehen.
S Vorstehende Druckschriften sind zwei Beispiele einer überaus großen Anzahl verschiedenartiger Sicherungsmuttern, mit denen durchweg versucht worden ist, bessere Lösungen des zugrundeliegenden Problems der Sicherung gegen unbeabsichtigtes Lösen der Mut-

tern zu erzielen. Die Literaturstelle »Selbstsichernde Muttern« aus »Das Industrieblatt, Nr. 1, Januar 1961«, S. 1 bis 19, vermittelt einen Eindruck, wie intensiv das hier in Rede stehende Gebiet bereits im Jahre 1961 bearbeitet worden war, und daß sich dem Fachmann für weitere Verbesserungen eine große Vielfalt von möglichen Anknüpfungspunkten bot

Der voriiegeaden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das an sich bekannte Prinzip der gemeinsamen Anwendung von Zusammendrückungen des Gewin-

des und der Anordnung eines Bodenflansches zur Verbesserung der Sicherungswirkung und des Betriebsverhaltens der Mutter zu verfeinern.

Dazu sei bemerkt, daß die an derartige Muttern gestellten Anforderungen nicht nur verlangen, daß die einmal aufgeschraubte Mutter sich nicht von alleine aufdreht, sondern daß die Anforderungen recht komplex sind. Die ideale Sicherungsmutter würde sich mit geringem Drehmoment beliebig oft auf- und abschrauben lassen, dabei aber selbst unter Schwingungseinwirkungen keine selbsttätige Lockerung zeigen. In dem gekennzeichnenden Teil des Patentanspruchs ist diejenige Merkmalsvereinigung herausgestellt, die zur Lösung der zugrundeliegenden Aufgabe und Annäherung an das herausgestellte ideale Verhalten einer Sicherungsmutter dient.

Dabei ist zum Stande der Technik auch noch auf die US-PS 30 56 443 zu verweisen. Dieses betrifft eine Flanschmutter, deren Bodenflansch einen Außendurchmesser vom 1,66- bis 3fachen der Nominalgröße der Mutter aufweist, also auch 2 D einschließt, und der am Umfang eine Dicke besitzt, die dem 0,1- bis 0,33-fachen, also auch dem 0,16fachen der Nominalgröße der Mutter entspricht. Damit soll auch hier ein Eingraben der Mutter in die Werkstückoberfläche weitgehend vermieden und eine günstige Kraftübertragung erzielt werden.

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich aber nicht auf die vorstehenden Bemessungsangaben, sondern sie liegt in der planmäßigen Vereinigung dieser Bemessungsangaben mit weiteren Merkmalen gemäß dem Patentanspruch. Hinweise auf eine derartige Merkmalsvereinigung enthält der umfangreiche Stand der Technik nicht, und man erzielt damit ein unerwartet günstiges Betriebsverhalten der Mutter. Dabei sind nicht nur voll die Vorteile der bekannten Mutter gemäß US-PS 31 98 230 erhalten, sondern es wird auch im Falle weicherer Werkstücke ein unerwünschtes Eingraben der Mutternauflagefläche in das Werkstück vermieden. Auf Grund der besonderen Ausgestaltung beeinträchtigt der Bodenflansch nun aber auch nicht die erforderliche bleibende Verformung des Mutternkörpers beim Zusammendrücken zwischen den gegenüberliegenden Schlüsselflächen, und auch nicht die elastische Verformung beim Aufschrauben der Mutter auf einen Schraubenbolzen.

Es folgt die Beschreibung eines Ausfühmngsbeispicls der Erfindung an Hand von Zeichnungen:
Fig. 1 zeigt eine sch&ubildliche Ansicht einer selbst-

sichernden Sechskantmutter mit Bodenflansch.

F ig. 2 und 3 zeigen Ansichten der Ober und Unterseite der Mutter nach Fig. 1.

Fig.4 zeigt einen senkrechten Scnnitt durch eine üesamtanordnung bestehend aus selbstsichernder Sechskantmutter, Gewindebolzen und zwischengelegten Werkstücken; dabei ist die Mutter längs der Linie 4-4 der Fig. 2 geschnitten.

Die dargestellte Mutter ist aus einem Mutterrohling 10 hergestellt, der am oberen Ende einen kegelstumpfförmigen Endabschmtt 11 mit Konuswinkel von 45°±2° aufweist Vor der Verformung des Mutterrohlings liegt der Außendurchmesser des kegelstumpfformigen Endabschnittes 11 am schmalen oder oberen Ende im Bereich von 1,200 (min) bis 1,200+0,015 (max), wobei D der Nominaldurchmesser des zugehörigen Bolzens 12 ist (Fig.4).

Die Breite zwischen einem Paar gegenüberliegender Schlüsselflächen ist kritisch. Bei den metrischen Größen^ist die Breite zwischen den nicht zusammengedrückten Schlüsselflächen wenigstens das 1 '/,fache, jedoch nicht wesentlich größer als das 1⁵/_gfache des Durchmessers des zugehörigen Schraubenbolzens.

Die dargelegten Breiten, gemessen über die Schlüsselflächen sollen nicht überschritten werden, da sonst ein Standard-Steckschlüssel den oberen Teil der Mutter nicht aufnehmen kann, nachdem diese verformt ist.

An der unteren Basis weist der Mutterkörpet 10 gemäß der Erfindung einen integralen äußeren Bodenflansch 14 auf, so daß die Unterseite der Mutter eine verbreiterte, ringförmige Auflagefläche 14 a hat, die die Gewindebohrung der Mutter umgibt Die Auflagefläche 14a ist glatt und flach oder möglicherweise etwas konkav, doch liegt die Konkavität innerhalb eines Winkels von Γ gegenüber der Normalen zur Achse der Gewindebohrung. Vom kreisförmigen Umfang des Bodenflansches 14 aus verläuft die obere Seite des Flansches nach oben und innen zu den Kanten hin geneigt, die durch Schlüsselflächen 13 gebildet werden. Diese obere Oberfläche schließt mit der Unterseite 14 α einen Winkel von etwa 25° ein. Der minimale Außendurchmesser des Bodenflansches 14 entspricht etwa dem Zweifachen der Nominalgröße der Mutter. Die Dicke des Bodenflansches gemessen am Außendurchmesser beträgt etwa mindestens das 0,16f.»ohe der Nominalgröße der Mutter.

Die Gesamthöhe der Mutter ist derart, daß nach der Ausbildung des Flansches 14 und des kegelstumpfförmigen Ansatzes 11 in ausreichender W;ise Schlüsselflächen geschaffen werden können. Dabei trägt die Höhe des oberhalb des Bodenflansches liegenden Mutternteiles das etwa 0,76fache bis etwa O,95fache des Durchmessers des zugehörigen Schraubenbolzens in Millimetern

Am Ende der Gewindebohrung kann neben der Auflagefläche 14 α der Mutter und am oberen Ende der Bohrung eine Einsenkung 15 bzw. 15 a bis zu einem Durchmesser vorgesehen sein, der wenigstens dem Hauptdurchmesser der Gewindebohrung entspricht und nicht mehr als 0,8 mm größer ist als dieser Hauptdurchmesser. Jede Einsenkung bildet einen Kegelstumpf, dessen Oberfläche unter einem Winkel von etwa 0,45" zur Achse der Gewindebohrung verläuft.

Die erforderlichen Drehmomentwerte beim Aufschrauben und Lösen und die erforderliche Sicherungswirkung der Mutter erhält man bei Anwendung folgender als Beispiele angegebener Flankendureh-Nominalgröße
oder Basishauptdurchmesser des
Gewindes

Minimum-Flankendurchmesser in
mm

Maximum-Flankendurch
messer in

mm

M 3 (xO,5)	2,745	2,810
M8xl,0	7,439	7,510
M 16x1,5	15,102	15,202
M 24 (x 3,0)	22,102	22,251

Der Mutterrohling 10 wird zwischen den oberen Abschnitten der gegenüberliegenden Schlüsselflächen präzise zusammengedrückt, um eine dauernde Verformung zu erzeugen. Auf Grund der Zusammendrükkung erhält die Gewindebohrung im oberen Abschnitt eine ovale oder elliptische Form und bleibt im unteren Abschnitt im wesentlichen rand. Die Zusammendrükkung bildet an jeder Schlüsselfläche einen Quetschbereich mit einer Aussparung 16, die sich kontinuierlich über den oberen Abschnitt der Schlüsselfläche und von der Oberseite der Schlüsselfläche nach unten bis zu einer horizontalen Schulter XCa erstreckt Die durch die Zusammendrückung gebildete Aussparung 16 erstreckt sich von der Ebene der Oberseite 11a der Mutter um einen Abstand nach unten, der etwa gleich einem Drittel der Gesamthöhe der Mutter weniger der Dicke des Flansches gemessen an einem Durchmesser des Flansches, ist, der etwa gleich dem Zweifachen der nominalen Größe der Mutter ist Die Größe der Zusammendrückung richtet sich auch nach den erforderlichen Drehmomentwerten für das Aufschrauben und Lösen der Mutter und der erforderlichen Sicherungswirkung.

Nachdem die Mutter zwischen gegenüberliegenden Schlüsselflächen, wie bei logezeigt, zusammengedrückt ist, erhält diese einen Phosphordierungsüberzug oder einen platierten Cadmium-Belag oder eine Zinkbeschichtung, wobei die Zinkbeschichtung weniger bevorzugt ist. Eine derartige Beschichtung oder Behandlung wird vorgesehen, um die nachfolgende Beschichtung mit einem Hochdruckschmiermittelüberzug anhaften zu lassen. Dieser Überzug wird insbesondere auf die Gewindewandung der Bohrung 17 aufgebracht und auf die Auflagefläche 14 an der nichtverformten Unterseite der Mutter. Der Hochdruck-Schmiermittelüberzug ist vorzugsweise eine Wachs-Schmier-Lösung, die dadurch aufgebracht wird, daß die Mutter in eine Wachs-Schmier-Lösung eingetaucht wird, die im wesentlichen die folgende Zusammensetzung hat:

5% hydriertes Rizinusöl,
5% Paraffin,
3% Stearinsäure,
3% Lanolin,

1 % Natriumnitrit,

3% Emulgator.
80% Wasser.

6ο Danach wird die Schraube in warmer Luft getrocknet.

Durch diese Beschichtung wird die Mutter trocken und erhält einen gleichförmigen Hochdruck-Schmiermiüelüberzug. Der Hochdruck-Schmiermittelüberzug

5_S erzeugt in Kombination mit der speziellen Form und den speziellen Abmessungen der Muttern einen gleichförmigen Drehwiderstand und eine gleichförmigere Einsoannbelastung hei einem gegebenen Dreh-

moment, verglichen mit bisher bekannten Muttern dieser Art.

Wie bereits dargelegt, weist die Gewindebohrung 17 in der Mutter am oberen Ende im allgemeinen eine elliptische Form auf und hat eine kleine Achse 18 und eine Hauptachse 19. Diese elliptische Form ist das Ergebnis des Zusammenpressen eines Paares von gegenüberliegenden Schlüsselflächen aufeinander zu und zwar an deren oberen Abschnitten 16, wobei die Zusamrnenpressung über die beschriebene Tiefe hinweg erfolgt und wobei die Zusammenpressung über die Elastizitätsgrenze des Mutternrohlings hinaus erfolgt um eine dauernde Verformung des Rohlings zu schaffen, wobei die Seiten der Bohrung an der kleinen Achse 18 gegeneinander gedrückt sind, und wobei die Seiten der Bohrungen an der Hauptachse 19 voneinander fort gedrückt sind. Das Ausmaß dieser permanenten Verformung, welche die Abmessung längs der kleinen Achse 18 an der Oberseite der Bohrung bestimmt, ist derart, daß die Abmessung der Bohrung an der Unterseite für Mutterngrößen von 4 bis 16 mm Nominaldurchmesser um 0,4 bis 0,85 mm und für Mutterngrößen von 18 bis 22 mm Nominaldurchmesser um 0,6 mm bis zu 1,1 mm vermindert wird. Die Breitenabmessung an der Oberseite der Bohrung längs der kleinen Achse 18 wird von Scheitel zu Scheitel des ersten oder obersten voll umlaufenden Gewindes in der Bohrung gemessen und die Breite an der Unterseite der Gewindebohrung wird dadurch bestimmt, daß ein Durchmesser von Scheitel zu Scheitel der letzten oder untersten voll umlaufenden Gewindewindung in der Bohrung gemessen wird. Diese Messungen können mit einer Schublehre oder mit anderen bekannten Meßvorrichtungen durchgeführt werden.

Fig.4 zeigt die Verwendung der selbstsichernden Mutter, die zur Verbindung der Werkstücke 20 und 21 auf einen Bolzen 12 aufgeschraubt ist Wenn die Mutter auf den Bolzen aufgesetzt ist, kann diese teilweise frei mit der Hand aufgeschraubt werden, da der untere Teil der Mutter im wesentlichen unverformt ist. Beim weiteren Aufschrauben der Mutter wird der verformte obere Mutterteil durch die Schraube in seine ursprüngliche, unverformte Gestalt federnd aufgeweitet Das Gewinde des Bolzens drückt die zusammengepreßten Seiten der Mutter gegen eine Federwirkung des verformten oberen Teiies der Mutter auseinander. Wie in der Zeichnung dargestellt greifen das Gewinde längs der nach innen verformten Seiten an der kleinen Achse 18 der Mutter fest gegen das entsprechende Gewinde am Bolzen an. Diese Federwirkung führt nun dazu, daß die Mutter gegenüberliegende Seiten des Bolzens einspannt und wegen der Größe der Verformung wird ein fester Reibungsdruckkontakt sowohl an den oberen Flanken als auch an den unteren Flanken des Bolzengewindes erzeugt. Die Mutter spannt nicht nur den Bolzen fest ein, sondern erzeugt auch zusätzliche Reibungsbereiche an den Gewinden, und zwar dadurch, daß ein Anpressen sowohl gegen die unteren Seiten als auch gegen die oberen Seiten des Bolzengewindes erfolgt und zwar auch dann, wenn die Mutter gegen die Werkstücke angezogen ist.

Die Basis des kegelstumpfförmigen Endabschnitts 11 weist gemessen zwischen den deformierten Abschnitten 16-16 an den Ecken der Muttern eine Abmessung auf, die gleich der Breite zwischen den Schlüsselflächen am Boden der Mutter minus etwa 0,51 bis 0,9 mm ist. Obwohl die Größe der dauernden Verformung an den Deformatiionsstellen 16-16 für verschiedene Muttergrößen im wesentlichen die gleiche ist, wird an der Oberseite des kegelstumpfförmigen Ansatzes 11 eine Verformung hervorgerufen, deren Größe ganz beträchtlich zunimmt wenn die Größe der Mutter zunimmt

Die ringförmige elliptische Oberfläche 11a, welche die Oberseite der Mutter bilden, liegt in einer Ebene, die senkrecht zur Mutterachse verläuft, und diese Oberfläche weist im wesentlichen eine gleichförmige Breitenabmessung auf, gemessen zwischen den inneren und äußeren Kanten dieser ringförmigen Oberfläche. Die maximale Höhe des kegelstumpfförmigen Endabschnittes 11 ist der senkrechte Abstand von der Ebene des reduzierten Endes bei 11 α zu den oberen Enden der Ecken, die wie bei 11 b gezeigt durch die Schlüsselflächen gebildet werden. Es ist zu erkennen, daß die minimale Höhe des kegelstumpfförmigen Endabschnittes 11 gemessen von der höchsten Stelle lic der Schlüsselfläche aus zur Ebene der Oberseite 11a wenigstens ein Drittel des senkrechten Abslandes der Schultern 16 von der Oberseite 11a der Mutter beträgt Tatsächlich beträgt dieses Verhältnis für die kleinsten Muttern annäherungsweise ein Drittel und nimmt mit der Mutterngröße zu.Die Höhe des kegelstumpfförmigen Endabschnittes wird jedoch im wesentlichen durch die vorher beschriebenen Faktoren bestimmt insbesondere durch den Konuswinkel von etwa 45°, durch die Außenbreite der Oberseite und dadurch, daß sich die konische Oberfläche nach unten zu den senkrechten Schlüsselflächen erstreckt wobei diese Schlüsselflächen vorbestimmte Abstände zwischen diametral gegenüberliegenden Schlüsselflächen haben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Selbstsichernde Sechskantmutter, bei der das äußere Ende der ursprünglich zylindrischen Gewindebohrung durch Zusammendrücken des Mutterkörpers zwischen gegenüberliegenden Schlüsselflachen in eine elliptische Form verformt ist und die Mutter oberhalb der Schlüsselflächen einen sich verjüngenden kegelstumpffonnigen äußeren Endabschnitt aufweist, der vor dem Zusammendrücken einen Konuswinkel von etwa 45° hat, wobei die Zusammendrückung sich von der äußeren Stirnfläche der Mutter um etwa ein Drittel der axialen Gesamtlänge der Mutter zur Auflageflächs hin erstreckt, und zwar derart, daß die kleine Achse der elliptisch verformten Bohrung für Muttemgrößen von 4 bis 16 mm Nominaldurchmesser um 0,4 bis 0,85mm und für Muttemgrößen von 18 bis 22 mm Nominaldurchmesser um 0,6 bis 1,1 mm gegenüber dem Bohrungsdurchmesser unten vermindert ist, wobei weiterhin ein Hochdruck-Schmiermittelüberzug auf das Gewinde der Bohrung und auf die Auflagefläche der Mutter aufgebracht ist, d a d u rc h gekennzeichnet, daß an der Basis der Mutter in an sich bekannter Weise ein sich seitwärts erstreckender integraler Bodenflansch (14) vorgesehen ist, der die folgenden Eigenschaften aufweist:

a) Die obere Oberfläche des Bodenflansches ist nach oben und innen zu den senkrechten Schlüsselflächen der Mutter hin geneigt und bildet mit der Auflagefläche der Mutter einen Winkel von etwa 25°,

b) der Bodenflansch weist einen an sich bekannten AuLendurchmesser von etwa ID auf, wobei D die Nominalgröße der Mutter ist (dem Nominaldurchmesser des zugeordneten Bolzens entspricht),

c) die Dicke des Bodenflansches am minimalen äußeren Durchmesser gemäß Merkmal b), beträgt in bekannter Weise wenigstens das 0,16-fache der Nominalgröße der Mutter,

d) die Einpressungen (16) an gegenüberliegenden senkrechten Schlüsselflächen (13) erstrecken sich von der der Auflagefläche (14 a) gegenüberliegenden Stirnfläche (11 a) der Mutter bis zu etwa einem Drittel der Differenz zwischen der Höhe des Mutterkörpers und der Dicke des Bodenflansches gemäß Merkmal c).