DE1944805A1

DE1944805A1 - Verschraubung

Info

Publication number: DE1944805A1
Application number: DE19691944805
Authority: DE
Inventors: Vaughn Rudolf M
Original assignee: VAUGHN RUDOLF M
Current assignee: VAUGHN RUDOLF M
Priority date: 1968-09-09
Filing date: 1969-09-04
Publication date: 1970-11-05
Also published as: FR2017648A1; GB1252834A; JPS4825460B1; CH510827A; BE738553A; NL6913540A; US3512447A

Description

Verschraubung

Für diese Anmeldung werden die Prioritäten aus den entsprechenden, in den Vereinigten Staaten eingereichten Patentanmeldungen Serial Nr. 758,275 vom 9. September 1968 und Serial Nr. 8OO,8o8 vom 5. Februar 1969 beansprucht.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verschraubung, bestehend aus einer Kopfschraube, welche die miteinander zu verbindenden Teile durchsetzen kann, und. einer darauf aufschraubbaren Schraubmutter, die mindestens an einem ihrer beiden axialen Enden einen unrunden Umfang zum Ansetzen eines Schraubenschlüssels aufweist*

Auf vielen Gebieten der Technik, Insbesondere beispielsweise im Flugzeugbau, 1st es von größter Wichtigkeit, daS Versehraubungen genügend stark angezogen werden, um eine sichere Befestigung zu gewährleisten· Gewöhnlich sind axial miteinander ausgerichtete Öffnungen in den miteinander zu verbindenden Teilen vorgesehen. Durch diese ausgerichteten Öffnungen wird ein Schraubenbolzen gesteckt, auf dessen auf der gegenüberliegenden Seite hervorstehendes, mit Gewinde versehenes Ende «Ine Mutter geschraubt wird und mit einen Schraubenschlüssel angezogen wird«

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Um zu gewährleisten, daß die Schraubenmutter sicher auf dem Bolzen befestigt wird, und die Möglichkeit einer überdrehung des Gewindes zu vermeiden, enthalten manche Schraubenschlüssel eine Art Rutschkupplung, so daß der Schlüsse1 nach Überschreitung eines vorbestimmten Drehmoments frei läuft. Jedoch kann das vorbestimmte Drehmoment, bei dem die Rutschkupplung in dem Schraubenschlüssel in Tätigkeit tritt, sieh verändern oder für bestimmte Arten von Schraubverbindungen nicht richtig eingestellt sein. Dadurch können unsichere Verschraubungen entstehen,,was durch eine visuelle Überprüfung nicht feststellbar ist.

Eine Iiösurig dieses Problems wurde in der Weise versucht, daß die Mutter mit einem zum Ansetzen des Schraubenschlüssels bestimmten, unrunden Kopfteil versehen ist, der an der Grenze zum übrigen Teil der Mutter einen geschwächten Wandungsabschnitt aufweist, der abbricht, wenn ein bestimmtes Drehmoment überschritten wird. Eine Rutschkupplung in dem Schraubenschlüssel wird dadurch entbehrlich. Außerdem läßt eine visuelle Nachprüfung der verschiedenen Verschraubungen unmittelbar erkennen, ob die Verschraubung in Ordnung ist. Solche Verschraubungen, bei denen der zum Antreiben dienende Kopfteil der Mutter abgedreht ist, sind einwandfrei. Wo dagegen der angetriebene Kopfteil nicht von der Nut abgedreht ist, deutet dies darauf hin, daß die Verschraubung nicht mit einem genügend starken Drehmoment angezogen worden ist.

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Es gibt jedoch noch weitere Probleme bei solchen Verschraubungen. Temperaturschwankungen können die Tendenz zur Folge haben, daß sich die Mutter auf dem Bolzen lockert, und Vibrationen können dann zu einem ungewollten selbsttätigen Abschrauben führen. Es wäre daher erwünscht, eine Schraubensicherung zu haben, durch welche die Mutter auf dem Bolzen, nachdem sie mit dem richtigen Drehmoment einwandfrei angezogen worden ist, verriegelt oder gesichert wird. Ferner wäre es in bestimmten Fällen, so zum Beispiel, wenn ausländische Metallarten für die Mutter verwendet werden, unwirtschaftlich und daher unerwünscht, den antreibbaren Kopf der Mutter abzudrehen und fortzuwerfen, um eine Materialvergeudung zu vermeiden.

Der Erfindung liegt hauptsächlich die Aufgabe zugrunde, durch eine neuartige Ausbildung der Schraubenmutter einer Verschraubung die Möglichkeit zu schaffen, bei der Montage ohne zusätzliche Teile in einem Arbeitsgang eine Schraubensicherung bei Gewährleistung des richtigen Drehmoments zu erhalten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schraubenmutter auf einem Teil der Gesamthöhe ihres Gewindes eine ringförmige Wandschwächung aufweist, die beim Anziehen der Mutter mit dem Schraubenschlüssel, während ihr eines Ende sich gegen das eine der zu verbindenden Teile abstützt, beim Überschreiten eines bestimmten Drehmoments zerbricht, so daß beim Weiterdrehesi des Schraubenschlüssels der eine des? beiden selbständig §@χί©ζ·άβη©ϊΐ feile

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der Mutter gegart den anderen angezogen und dadurch eine Schraubensicherung nach Art von Gegenmuttern gebildet wird.

Eine weitere Verbesserung besteht erfindungsgemäß darin, daß die ringförmige Wandschwächung durch zwei Ringrillen gebildet wird, von denen die eine in der Außenwandfläche und die andere in der Innenwandfläche der Mutter vorgesehen ist und die beide in einer gemeinsamen Ebene liegen, so daß die Wandstärke in der ringförmigen Wandschwächung und damit das zu deren Bruch führende Drehmoment genau definierbar sind.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

Fig* 1 eine auseinandergezogene, perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Verschraubung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen axialen Querschnitt der Mutter und einen Teil des Bolzens einer solchen Verschraubung, Fig. 3 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 2 nach der Fertigstellung der Verschraubung und Entfernung des antreibbaren Kopf es der Mutter,

Fig. 4 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2 bei einer etwas anderen Ausführungsform der Mutter,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 6 einen Teilquersohnifct der Mutter einer fertig-■ gestellten Verschraubunggemäß Fig. 5.

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Wie Pig. 1 zeigt, gehören zu der hier dargestellten Verschraubung ein Bolzen, der mit IQ bezeichnet ist und einen gewindelosen Schaftteil 11 hat, an den sich auf der einen Seite ein Schraubenkopf 12 und auf der anderen Seite ein Gewindeteil 13 anschließt. Das Ende des Gewindeteils kann mit einer unrunden, axialen öffnung lH versehen sein, die dazu dient, den Bolzen gegen unerwünschtes Drehen festzuhalten.

Der Bolzen kann durch zwei mittels der Verschraubung aneinander festzuhaltende Teile 15*-l6 hindurchgesteckt werden. Hierzu haben diese Teile in Ausrichtung miteinander befindliche öffnungen 17 zur Aufnähme des Bolzensohaftteils

Die Mutter 18 ist in Fig. 1 oberhalb des Bolzens 10 dargestellt. Ihre Wandung 19 ist etwa auf halber Höhe des Gewindeteils mit einer ringförmigen Rille 20 versehen, welche die Mutter in zwei Abschnitte 19 a und 19 b, teilt. Das obere Ende des Mutterabschnitts 19 a geht in einen verbreiterten Sechskantteil 21 über. Das untere Ende des Mutterabschnitts 19 b weist eine Auebohrung 22 auf, die dazu dienen kann, einen Teil des Bolzenschaftes 11 aufzunehmen, falls die Dicke der Teile 15 und 1.6 kleiner 1st als die Länge des Schaftteile 11.

Das Innengewinde der Mutter ist mit 23 bezeichnet.

Der Vorderteil 24 eines Schraubenschlüssels ist oberhalb der Mutter 18 in Fig« 1 In einer Lage dargestellt, bevor er auf die Mutter aufgesetzt wird. Der hier beispiels«

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weise dargestellte Schraubenschlüssel enthält einen unabhängig von iiira drehbaren Sechskantschaft 25, der in die Sechskant öffnung am Ende des Bolzens 10 eingeführt und während der Drehung des Schraubenschlüssels festgehalten werden kann, so daß es den Bolzen 11 gegen Mitdrehen festhält, während der antreibbare Kopf 21 der Mutter von der Seehskantöffnüng 26 des Schlüssels umfaßt und mitteis des VSchlüsseIs gedreht wird.

Fig. 2 zeigt die Mutter teilweise auf den Bolzen aufgeschraumt. Die Hingrille 20 bildet eine Wandschwächung auf etwa halber Höhe des Muttergewindes. Die Dicke der Wandschwächung ist mit d bezeichnet. An der Grenze zwischen dem oberen Mutterabschnitt 19 a und dem antreibbaren Kopf 21 der Mutter befindet sich eine zweite Ringrille 27* durch die eine zweite Wandschwächung gebildet wird, deren Dicke mit D bezeichnet ist. Die Dicke D ist kleiner bemessen als die Dicke d, Jedoch noch immer kleiner als die Gesamtwandstärke derMuster.

? Fig. 3 zeigt die Beschaffenheit der Mutter nach vollständigemAnziehen der Verschraubung ι Durch das Erbrechen der Mutterwand im Bereioh der Rille 20 sind die Mutterabsehnitte 19 a und 19 b selbständig geworden. Durch das Zerbrechen der Wandschwächung im Bereich der Rille 27 nach Pestziehen des Mutterabachnitts 19 a gegen den Mutterabschnitt 19 b ist der antreibbare Kopf 21 abgefallen. Die Verspannung der Mutterabschnitte 19 a und 19 b nach Art von Gegenmuttern auf dem Bolzengewinde ist durch die entgegengesetzt gerichteten

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Pfeile 29, 30 angedeutet. Auf diese Weise ist der Mutterabschnitt 19 b zunächst fest gegen die zu verbindenden Teile 15, 16, die am Bolzenkopf 12 anliegen, angezogen, und außerdem durch den als Gegenmutter wirkenden Mutterabschnitt 19 a gesichert.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die eine kleine Abänderung aufweists Die Mutter 31 hat hier zwei Mutterabschnitte 31 a und 31 b,- an deren Grenze eine ringförmige Rille 32 auf der Außenseite liegt. Das obere Ende des ersten Abschnitts 31 a endigt in einen antreibbaren Kopf 33 und das untere Ende des zweiten Abschnitts 31 b~ enthält eine Ausdrehung 34. Eine zweite Ringrille 35 unterhalb des Kopfes 33, an der Stelle, wo dieser in den Mutterabsehnitt 31 a übergeht, bestimmt die geschwächte Wänddicke D.

Insoweit stimmt die Mutter 31 mit der Mutter 21 gemäß Fig. 1 bis 3 völlig überein. Bei der Abwandlung nach Fig. 4 dagegen 1st die Mutter noch mit einer auf der Innenseite liegenden Rille 36 versehen, die in der gleichen Höhenebene liegt wie die äußere Rille 32. Die äußere Rille 32 ist zweckmäßig etwas flacher, so daß das Maß d, gemessen zwischen den Böden beider Rillen, das gleiche ist wie das Maß d in der Ausführung gemäß Fig. 1 bis 3.

Durch das Vorhandensein der Rille 36 wird das Innengewinde im Bereich der äußeren Rille beseitigt, so daß eine Wandschwächung von gleichmäßiger Dicke erhalten wird. Es wird also jegliches Schraubengewinde verniiMQJSj, das ©im Schwankung der geschwächten Wanddioke D auf deia ötafasg dos³ &2

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verursachen könnte. Die innere Rille 26 ermöglicht somit eine feinere oder genauere Wahl des Drehmoments, das erforderlich ist, um das Abbrechen des einen Mutterabschnitts von dem andern herbeizuführen. Bei Anwendungen an Luft- oder Raumfahrzeugen bzw. Flugkörpern kann die mechanische Vorspannung, die erforderlich ist,, um diesen Bruch herbeizuführen, durchaus kritisch sein. Daher empfiehlt sich, insbesondere für Anwendungen auf diesen Gebieten, eine innere Rille, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist.- .

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform als Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der die Mutter mit 37 bezeichnet ist, die sie teilende äußere ringförmige Rille mit 38 und die beiden Mutterabschnitte mit 37 a und 37 b. Bei dieser Ausführungsform endigt der obere Mutterabschnitt 37 a in einen Zwölfkantkopf 39, der mit einem üblichen Zwölfkant- oder Doppelsechskantscliraubenschlüssel angezogen werden kann.

Fig. 6 zeigt, teilweise im Schnitt, die Mutter gemäß Fig. 5 nach dem vollständigen Anziehen. Die Mutter gemäß Fig. 5 und 6 weist keine zweite Ringrille unterhalb des Kopfes auf. Der Kopf 39 wird nach vollständigem Anziehen der Mutter nicht abgedreht.

Jedoch bricht der geschwächte Wandungsa.bschni tt im Bereich der Rille 38 bei einem vorbestimmtenDrehmoment, und es findet eine einwandfreie Sicherung der Verschraubung wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen statt. Wie bei der Ausführungsform nach Pig. A kann auch die Mutter gemäß Fig. 5 und 6 eine innere Rille 40 aufweisen, um eine

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zuverlässige Feineinstellung der Drehmomente !au ermöglichen.

Die Herstellung und Wirkungsweise einer Verschraubung gernäß der Erfindung ist folgender

Zunächst wLrd der in Pig. 1 mit 10 bezeichnete Bolzen durch die miteinander ausgerichteten Öffnungen 17 in. den beiden, aneinander zu befestigenden Teilen 15 und lÖ.hindurehgösteckt» Dann wird die Mutter 18 auf das Bolzengewinde L3 geschraubt, wobei der Schraubenschlüssel 24 auf den Mutter»* kopf 21 gesetzt und der Sechskant 25 in die Sechskantöffnung 14 des Bolzens eingeführt wird, um den Bolzen festzuhalten, -während der Schlüssel 24 den Mutterkopf 21 dreht,

Wie die Figuren 2 und j5 zeigen, bewirkt, sobald die untere Stirnseite der Mutter auf dem Teil 16 oberhalb der öffnung 17j aus der der Bolzen hervortritt, fest aufliegt, eine weitere Drehung des angetriebenen Kopfes den Bruch der Mutter im Bereich der Rille 20. Dieses Abdrehen oder Abbrechen erfolgt im Bereich der Rille 20, bevor der Mutterkopf 21 abgedreht wird oder abbricht, da die Wandstärke d kleiner ist als das Maß D. Beim Abbrechen wird der Mutterteil 19 a, der noch mit dem Kopf 21 verbunden ist, selbständig und dreht sich daher mit diesem. Der zweite Teil 19 b sitzt fest auf dem Teil l6 auf.

Bei der weiteren Drehung dea Kopfes 21 wird der Mutterteil 19 a weiter gegen dan Mutterteil 19 b* wie er* in Flg. 3 ■au aöhen iat, angezogen, so daß die HlHe praktisch geschlossen wird, IHe Mutterabschnitte 19 a und 19 b wirken also praktisch

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wie zwei selbständige Muttern, so daß in den Gewindegängen des Bolzens eine yerspannimg auftritt, wie sie durch die Pfeile 29 und 30 angedeutet ist. Die Mutterteile 19 a und 19 b werden hierdurch fest an dem Bolzengewinde verspännt.

Eine weitere Drehung des Kopfes 21 mittels des Schraubenschlüssels führt dann schließlich zu einem Ab- · drehen des Kopfes, d» h» zu einem Bruch an der Stelle 27, wie in Fig. 3 angedeutet. Das hierzu erforderliche Drehmoment ist derart vorbestimmt, daß ein, genügendes Anziehen der Mutterteile erfolgt, ohne daß das Drehmoment so groß ; wird, daß es die Gewinde beschädigen und die Befestigung nutzlos machen würde.

Bei brechbaren Muttern, wie beschrieben, läßt sich nach Ausführung aller Verschraubungen eine Inspektion leicht ausführen. Die Schließung der Ringrille, wie in Pig. 3 gezeigt, läßt die richtige Vorspannung oder Vorbelastung des " Mutterteils 19 b sowie die Verspannung beider Mutterteile mit dem Bolzen erkennen, während das NichtVorhandensein des Kopfes 21 die einwandfreie Vorspannung oder Vorbelastung des Mutterteils 19 a anzeigt. Auf diese Weise wird für eine automatische, zweifache Vorspannung gesorgt.

Außerdem sind^ da zwei als Gegenmuttern wirkende Muttorte! Ie die Schraubensicherung bewirken, keine verzerrten Gewindegänge erforderlich, wie sie sonst zur Herstellung einer Schraubensicherung benötigt wurden. Es können SchraubensGhlUsael oder entsprechend« Werkzeuge üblicher Art benutzt

werden, wobei die Mutter frei auf die Gewindegänge aufläuft. Außerdem wird die Gewindegangbelastung durch die beiden Mutterteile auf dem Bolzengewinde verteilt statt an einer Stelle konzentriert, wie es bei einer einzigen Mutter der Pail wäre.

-Ähnliches gilt für die Mutteranordnung gemäß Fig« H mit Axisnahme davon, daß, wie schon bemerkt, die erste Vorbelastungsgrenze, bei der sieh die beiden Mutterteile voneinander trennen, infolge des Vorhandenseins der inneren Rille 36 genauer bestimmbar ist.

Auch bei der Anordnung nach Fig. 5 und 6 wird eine genaue Steuerbarkeit der Vorbelastung des zweiten Mut-terteile.'i gegen das Werkstück durch Bemessung der Dicke der Wandschwächung im Bereich der Rillen 38 und 40 ermöglicht. Ein nachfolgendes Anziehen des ersten Mutterteiles gegen den sv/eiten Mutterteil zwecks Sicherung wird jedoch ausgeführt mit einem Zwölfkantschraubeiischlüssel* der eine richtig eingestellte Rutschkupplung enthält, um die zweite Drehmomentgrenze so einzustellen, daß kein Abdrehen des Kopfes erfolgen kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 ist ein gewisser Vorteil nicht vorhanden insofern, als eine Rutschkupplung in dem Schraubenschlüssel vorgesehen und richtig eingestellt sein muß, während bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen das richtige maximale Drehmoment selbsttätig beim Abdrehen des Kopfes, erhalten wird. Dieser Nachteil

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wird ,jedoch in vielen Fällen aufgehoben, insbesondere, wenn ausländische Metalle für die Mutter verwendet werden, da kein Mater!alverlust eintritt.

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Claims

13 Pabentansprüche

il.)Verschraubung, bestehend aus einer Kopfschraube, welche die miteinander zu verbindenden Teile durchsetzt, und einer darauf aufschraubbaren Schraubenmutter, die mindestens an einem ihrer beiden Enden einen unrunden Umfang zum Ansetzen eines Schraubenschlüssels aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenmutter (l8) auf einem Teil der Höhe Ihres Gewindes (23) eine ringförmige WandSchwächung (20) aufweist, die beim Anziehen der Mutter mit einem Schraubenschlüssel (24), während Ihr eines Ende sich gegen das eine der miteinander zu verbindenden Teile (l6) abstützt, beim überschreiten eines bestimmten Drehmomentes zerbricht, so daß beim Weiterdrehen des Schraubenschlüssels der eine der beiden selbständig gewordenen Teile (19 a, 19 b) der Mutter gegen den andern angezogen und dadurch eine Schraubensicherung nach Art von Gegenmuttern gebildet wird.

2. Verschraubung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl die ringförmige Wandsohwächung durch zwei Ringrillen (32, 56) gebildet let, von denen die eine (32) in der Aueenwandfliehe und die andere in der Innenwand-« fliehe der Nutter vorgesehen ist und die beide in einer geaelnaaMen Ebene liegen, so daß die Wandstärke (d) der ringförmigen WandschwKchung genau definierbar 1st.

3. Verschraubung naoh Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daS das eine Sud· der Gewindebohrung der

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Mutter eine Erweiterung (34) aufweist, die zur Aufnahme eines Teils eines gewindelosen Schaftteils (11) des Bolzens (10.) dienen kann, um Dickenunterschiede der zu verbindenden Teile (15, l6) auszugleichen.

4. Verschraubung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der unrunde Umfang (21) am einen Ende der Mutter (l8) von den übrigen Teilen (19 a, 19 b") der Mutter durch eine Wandschwächung, die eine etwas größere Wandstärke (D) hat als die erstgenannte Wandschwächung, abgegrenzt ist, durch die eine zweite vorbestimmte Bruchstelle gebildet wird, die bei einem größeren vorbestimmten Drehmoment zerbricht, so daß der unrunde Teil (21) der Mutter, an dem der Schlüssel angreift, abfällt'.

5.· Verschraubung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnetj daß das abbrechbare unrunde Ende (21) der Mutter, an welchem der Schlüssel angreifen kann, eine erweiterte Bohrung ohne Innengewinde aufweist.

6. Verschraubung nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (10) ein unrundes axiales Loch (l4) aufweist, in weiches ein ihn gegen Drehbewegungen festhaltender/ unrunder Zapfen (25) am Schraubenschlüssel (24), der gegenüber diesem relativ bewegbar ist, eingreifen kann.

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