DE202010015839U1

DE202010015839U1 - Selbstsicherndes Gewinde

Info

Publication number: DE202010015839U1
Application number: DE202010015839U
Authority: DE
Original assignee: Acument GmbH and Co OHG
Current assignee: Rt Holdings Iii Wg (us) Lp Scs Lu
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2020-11-27
Also published as: US8905694B2; WO2012079569A2; KR20130132820A; EP2643599A2; CN103328835A; US20130236266A1; MX2013005917A; CA2819083A1; BR112013011973A2; AU2011344915A1; JP2013543962A; WO2012079569A3

Abstract

Selbstsicherndes Gewinde (16; 116), dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Verschraubung des Gewindes (16; 116) belasteten Flanken (18; 118) mit einer Aufwölbung (20; 120) versehen sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein selbstsicherndes Gewinde, welches sowohl als Außengewinde, beispielsweise bei Schrauben oder Bolzen, als auch als Innengewinde, beispielsweise bei Muttern verwendbar ist.
Selbstsichernde Schraubverbindungen verzeichnen einen hohen Bedarf. Sicherungselemente gemäß dem Stand der Technik weisen häufig chemische Zusätze auf, welche die Umwelt belasten und nur eine einmalige Sicherung zulassen. Eine Wiederverschraubung mit erneuter Sicherungswirkung ist nicht möglich und kann nur durch Einsetzen einer neuen Schraube oder Mutter erfolgen.
Andere Sicherungselemente aus dem Stand der Technik erzeugen ihre Sicherungswirkung durch Erhöhung der Kopfreibung, beispielsweise durch Rippen an der werkstückseitigen Unterfläche des Schraubenkopfes. Dadurch wird die Gegenlage jedoch oft stark mechanisch beschädigt. Die Sicherungswirkung wird außerdem durch Setzen der Kopfauflage, beispielsweise unter Vibration oder durch Temperaturschwankungen herabgesetzt. Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein selbstsicherndes Gewinde zu schaffen, das weder chemische Zusätze benötigt, noch eine plastische Verformung des Gegengewindes oder eine Beschädigung der Kopfauflage verursachen kann. Erfindungsgemäß soll die Verbindung jederzeit lösbar und jederzeit mit vollständiger Sicherungswirkung wieder verschraubbar sein.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein selbstsicherndes Gewinde gelöst, bei dem die bei der Verschraubung des Gewindes belasteten Flanken mit einer Aufwölbung versehen sind.
Es ist dabei bevorzugt, wenn sich die Aufwölbung lediglich über jeweils einen Abschnitt oder mehrere kurze Abschnitte eines jeden Gewindeganges erstreckt. Dadurch wird eine zu starke Klemmwirkung verhindert, durch die sonst ein Wiederaufschrauben der Verbindung unmöglich gemacht würde.
Zur Vereinfachung der Herstellung ist es bevorzugt, die Aufwölbungen mit einem kreisbogenförmigen Querschnitt auszubilden.
Wenn gewünscht wird, dass die Selbstsicherungswirkung des Gewindes erst beim Anziehen der Verschraubung eintritt, ist es bevorzugt, die Höhe der Aufwölbungen so zu wählen, dass die Aufwölbungen beim Eindrehen des Gewindes noch nicht mit den Flanken des gegenüberliegenden Gewindes in Kraftschluss kommen, sondern erst beim Anziehen des Gewindes. Vorher lässt sich das Gewinde frei drehen, da das Gegengewinde bei richtiger Wahl der Höhe der Aufwölbungen ein hinreichendes Spiel bietet.
Erfindungsgemäß kann jedoch auch eine Klemmwirkung erzeugt werden, bevor die Schraube oder Mutter einen Anschlag erreicht, beispielsweise um eine bewegliche, aber unlösbare Verbindung zu schaffen. In einem solchen Fall ist es bevorzugt, an einer bestimmten Stelle des Gewindes beide Flanken des Gewindes mit je einer Aufwölbung zu versehen. Dann tritt die Klemmwirkung mit Sicherheit ein, auch wenn keine Vorspannung durch das Anziehen des Gewindes aufgebaut wird. Auf diese Weise kann eine Kontermutter eingespart werden.
Um ein vorzeitiges Klemmen des Gewindes zu verhindern, sind die Aufwölbungen vorzugsweise in Eindrehrichtung des Gewindes zulaufend mit einer abgerundeten Spitze ausgebildet.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:
1 eine Schraube mit einem erfindungsgemäßen Außengewinde;
2 eine Mutter mit einem erfindungsgemäßen Innengewinde;
3 eine Verschraubung mit einem erfindungsgemäßen Außengewinde in einem Innengewinde eines Werkstückes; und
4 eine Verschraubung einer Mutter mit einem erfindungsgemäßen Innengewinde mit einer handelsüblichen Schraube.
1 zeigt eine räumliche Darstellung einer Schraube 10 mit einem Kopf 12 und einem Schaft 14 mit einem erfindungsgemäßen Außengewinde 16. Erfindungsgemäß sind diejenigen Flanken des Gewindes, die beim Anziehen der Schraube die Kräfte aufnehmen, das heißt im vorliegenden Fall die in 1 nach oben zeigenden Flanken 18 des Außengewindes 16 mit Aufwölbungen 20 versehen, die sich über einen begrenzten Bogenabschnitt des jeweiligen Gewindeganges in den Gewindegang hinein erstrecken. Im vorliegenden Fall sind diese Aufwölbungen 20 jeweils etwa 120° beabstandet, das heißt auf einen Windungsumlauf kommen drei Aufwölbungen 20. Die Aufwölbungen bedecken dabei insgesamt etwa 1/3 des gesamten Gewindeumlaufes. Sie sind in Drehrichtung spitz zulaufend mit einem abgerundeten Ende und im Querschnitt kreisbogenförmig aufgewölbt ausgebildet.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Mutter 100 mit einem Innengewinde 116. Auch hier tragen die beim Anziehen der Mutter kraftbelasteten Flanken 118 Aufwölbungen 120, die sich hier ebenfalls nur über jeweils einen kurzen Abschnitt eines gesamten Gewindeumlaufes erstrecken. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind in einem Gewindeumlauf nur jeweils 2 einander gegenüberliegende Aufwölbungen vorgesehen, die hier weniger als 1/8 des gesamten Gewindeumlaufes abdecken.
3 zeigt den Zustand, in dem eine Schraube 10 mit einem erfindungsgemäßen Außengewinde 16 in ein Werkstück 30 eingedreht und angezogen ist, wobei sich zwischen dem nicht dargestellten Kopf der Schraube 10 und dem Werkstück 30 ein weiteres Werkstück 40 befindet, welches mittels der Schraube 10 befestigt ist. In dieser Detaildarstellung ist besonders gut zu erkennen, wie die Aufwölbungen 20 auf den Last aufnehmenden Flanken 18 des Außengewindes 16 angeordnet sind. Hier ist die genaue Ausgestaltung der Aufwölbungen 20 besonders schön zu erkennen. Sie weisen einen kreisbogenförmigen Querschnitt auf, und laufen zumindest in Eindrehrichtung der Schraube 10 spitz zu und in einer abgerundeten Spitze 22 aus.
Im unteren Bereich der 3, die den Zustand nach dem Anziehen der Schraube 10 in dem Werkstück 30 zeigt, ist sehr schön zu erkennen, wie durch die Anzugskraft eine Verformung der kraftaufnehmenden Flanken des Gegengewindes 32 in dem Werkstück 30 erfolgt.
Solange die Schraube noch eingedreht wird, also keine Vorspannkräfte auf das zweite Werkstück 40 ausübt, genügt das Spiel zwischen den Gewinden 16 und 32, damit sich die Schraube 10 frei drehen kann, ohne dass die Aufwölbungen 20 an den gegenüberliegenden Flanken des Gewindes 32 in Angriff kommen. Wenn die Schraube 10 jedoch dann angezogen worden ist, wie dies in der 3 dargestellt wird, werden die in 3 oberen Flanken 18 des Gewindes 16 der Schraube 10 gegen die in 3 unteren Flanken des Gegengewindes 32 im Werkstück 30 gedrückt. Dadurch erfolgt eine entsprechende erfindungsgemäß nur elastische und nicht plastische Verformung der den Aufwölbungen 20 gegenüberliegenden Bereiche der in 3 nach unten zeigenden Flanken des Gegengewindes 32 im Werkstück 30. Die entsprechende elastische Verformung ist durch die Spannungslinien 34 im Werkstück 30 angedeutet. Der Spielraum 36, der das leichte Eindrehen des Schraubengewindes 16 in das Innengewinde 32 des Werkstückes 30 ermöglicht, hat sich nun durch das Anziehen der Schraube 10 vollständig nach unten verlagert.
4 zeigt die Verschraubung einer erfindungsgemäßen Mutter 100 mit einer handelsüblichen Schraube 10'. Das zwischen dem Kopf 12 der Schraube 10' und der Mutter 100 eingespannte Werkstück ist zur Vereinfachung der Zeichnung nicht dargestellt. Dargestellt ist aber der angezogene Zustand der Verschraubung.
Bei dieser Zeichnung ist sowohl die Schraube 10' als auch die Mutter 100 jeweils geschnitten dargestellt. Man sieht deutlich, wie die Aufwölbungen 120 an den Gewindegängen des Mutterngewindes 116 eine elastische Verformung der in diesem Falle kraftbelasteten Flanken des Schraubengewindes 16' verursachen. Die entsprechende elastische Verformung ist durch die Spannungslinien 134 angedeutet.
Wie oben anhand der Zeichnungen erläutert, erfolgt also die Sicherung des erfindungsgemäßen selbstsichernden Gewindes bei Anziehen der entsprechenden Schraubverbindung und damit der Aufbringung der entsprechenden Vorspannkraft durch partielle, elastische Verformung der Flanken des Gegengewindes. Durch diese elastische Verformung entsteht eine Federwirkung auf der kraftbelasteten Gewindeflanke des Gegengewindes. Damit ist die erfindungsgemäße Schraubverbindung durch Verspannung gegen Lösen gesichert.
Die erfindungsgemäßen Aufwölbungen 20 setzen sich elastisch in das Gegengewinde. Beim Lösen der Verbindung muss zwangsläufig ein zusätzliches Losbrechmoment überwunden werden, welches durch das elastische Setzen der Aufwölbungen 20 im Gegengewinde erzeugt wird. Dieser „elastische Verzahnungseffekt” sorgt dafür, dass beim Lösen der Verbindung keine Beschädigung des Gegengewindes auftritt. Somit kann die Verbindung jederzeit wieder verschraubt werden und auch mehrmals gelöst und wiederverschraubt werden, ohne dass neue Teile verwendet werden müssten.
Vorteilhafterweise sichert also das hier beschriebene selbstsichernde Gewinde eine Schraubverbindung so, dass weder chemische Zusätze benötigt werden, noch eine dauerhafte plastische Verformung der Gewinde oder eine Beschädigung der Kopfauflage eintritt. Die Verbindung ist jederzeit lösbar und jederzeit mit vollständiger Sicherungswirkung wiederverschraubbar.
Das erfindungsgemäße Prinzip der Sicherung beruht also auf der elastischen Verformbarkeit der Flanken des Gegengewindes. Das erfindungsgemäße selbstsichernde Gewinde weist erfindungsgemäß partiell oder je nach Anwendungsfall über die vollständige Gewindelänge speziell gestaltete Aufwölbungen 20 auf.
Diese Aufwölbungen können je nach zu erwartender Belastung durch die Vorspannkräfte beim Anziehen der Schraubverbindung entweder auf der Oberseite oder auf der Unterseite des jeweiligen Gewindes aufgebracht sein. Wünscht man ein Gewinde, welches bei einer bestimmten Eindrehtiefe unabhängig von der Vorspannkraft selbstklemmend arretiert, so können in dem entsprechenden Bereich des Gewindes auf beiden Gewindeflanken Aufwölbungen aufgebracht werden. Diese wirken dann gegeneinander und benötigen keine Vorspannkraft beim Festschrauben, um zu klemmen. Auf diese Weise können lockere Schraubverbindungen, beispielsweise von Teilen, die beweglich bleiben sollen, ebenfalls gegen Aufdrehen gesichert werden. Diese erfindungsgemäße Lösung macht also das Verkontern von zwei Muttern überflüssig.
Erfindungsgemäß sind die Aufwölbungen 20 so gestaltet, dass sie beim Eindrehen des Gewindes keine bleibende mechanische Deformation im Gegengewinde hervorrufen. Soll die Gewindesicherung erst nach dem Anziehen der Schraubverbindung durch die Vorspannkraft einsetzen, ist die Höhe der Aufwölbungen 20 so zu gestalten, dass das Eindrehen bis zur Kopfauflage ohne zusätzliches Drehmoment möglich ist.
Die Fertigung der erfindungsgemäß mit Aufwölbungen 20, 120 versehenen Gewinde ist heutzutage unproblematisch, da Gewinde heutzutage üblicherweise gewalzt oder gerollt werden. Dementsprechend müssen nur einmalig in den Walz- oder Rollwerkzeugen entsprechende Ausnehmungen für die Aufwölbungen 20 geschaffen werden. Sodann können diese Aufwölbungen beim Walzen oder Rollen der Gewinde ohne jeden weiteren zusätzlichen Bearbeitungsaufwand miterzeugt werden.

Claims

Selbstsicherndes Gewinde (16; 116), dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Verschraubung des Gewindes (16; 116) belasteten Flanken (18; 118) mit einer Aufwölbung (20; 120) versehen sind.
Selbstsicherndes Gewinde (16; 116) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Aufwölbung (20; 120) lediglich über jeweils einen Abschnitt oder über mehrere kurze Abschnitte eines jeden Gewindeganges erstreckt.
Selbstsicherndes Gewinde (16; 116) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufwölbungen (20; 120) einen kreisbogenförmigen Querschnitt aufweisen.
Selbstsicherndes Gewinde (16; 116) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Aufwölbungen (20; 120) so gewählt ist, dass die Aufwölbungen (20; 120) beim Eindrehen des Gewindes (16; 116) noch nicht mit den Flanken des gegenüberliegenden Gewindes (32) in Kraftschluss kommen, sondern erst beim Anziehen des Gewindes (32).
Selbstsicherndes Gewinde (16; 116) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass an einer bestimmten Stelle des Gewindes beide Flanken des Gewindes mit je einer Aufwölbung versehen sind.
Selbstsicherndes Gewinde (16; 116) nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufwölbungen (20; 120) in Eindrehrichtung des Gewindes zulaufend mit einer abgerundeten Spitze (22) ausgebildet sind.