DE2022592A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen selbstsichernder Muttern - Google Patents

Description

. Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen •tlbsteiohernder Muttern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen selbstsiohernder Muttern.

Gegen Drehung gesicherte Muttern, die vollständig aus Stahl hergestellt sind, sind bekannt. Derartige selbstsichernde Muttern werden zunächst durch einen Kaltverformungssohritt hergestellt und anschließend wird der Mutternkörper mit Gewinde versehen. Danach wir4 der Mutternkörper verformt, um eine oder mehrere, örtlich begrenzte Bereiche des Gewindes bezüglich des normalen Gewindedurohmessers radial nach innen abzubiegen. Sine Art von üblicherweise verwendeten Muttern sind die ^llHals"-Muttern. Selbstsiche|rnde Haiemuttern sind an einem Ende des Mutternkörpers mit eijnem ringförmigen Hals versehen, der dünner als die

Hauptwände jder Mutter ist. Während des Verformens wird ledig-

lioh der Hals zusammengepreßt. Infolge seiner geringeren Wandstärk· läßt sich der Hals verhältnismäßig leicht verformen, ohne daß der übrige Teil der Mutter übermäßig verbogen wird.

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Bei der Her·tellung von selbstsichernden Halsmuttern wird der Hai· des Mutternkörpere üblicherweise zwischen zwei Druckrollen hindurungeführt oder zwischen zwei ebenen Prägeflächen zusammengepreßt. Zwar lassen sich die bekannten selbsteichernden HaIsmuttern in verschiedenen Anwendungefällen, insbesondere in Verbindung Bit hochfesten Schraubbolzen oder wenn die geforderte Drehmoaentensioherung verhältnismäßig gering iet, in zufriedenstellender Weise verwenden, falle jedoch die Muttern gegen ein hohe· Drehmoment eichern Bollen oder der Bolzen, auf den die Mutter aufgeschraubt wird, aus einem verhältnismäßig weichen Metall besteht, arbeiten die bekannten Muttern*nicht zufrieden« •teilend. In diesen Anwendungefällen macht die Beschädigung dee Außengewindes Schwierigkeiten. Ein Beispiel dafür ist eine Mutter zur Halterung des Kipphebels eines Kraftfahrzeug#Benzinmotore. Das durch die Mutter zu sichernde Drehmoment liegt in zumindest einem bekannten Anwendungefall zwischen o,65 und 1,5 mkp. Diese hohe Drehmomentensieherung durch die Mutter selbst ist deewigen erforderlich, weil die Mutter nicht gegen eine Anschlagfläche festgezogen wird. Die Mutter besteht aus einem Material der Klasse C und wird auf eine Schraube der Größe 5 aufgeschraubt. In diesem Pail hat es sich als tatsächlich unmöglich herausgestellt, eine selbstsichernde Verriegelung herzustellen, die eine derart hohe Drehmomentenbelastung aushält, ohne daß die Gewindegänge' des Sohraubvj.bolzene im überwiegenden Teil der Anwendungsfälle abgeschält werden. Vielmehr wurden bei 2o# der Anwendungsfälle mit den bekannten, mit flaohen Eindrüokungen versehenen selbeteiohernden Muttern die Gewindegänge des Bolzens beim ersten Anwendungefall abgesohält, und bei wiederholter Anwendung der Mutter wurden die Gewinde von tatsächlich 1oo# der Bolzen abge-

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Erfindungsgemäß soll daher ein Verfahren und eine "Vorrichtung zum Herstellen einer Mutter geschaffen werden, die selbsttätig gegen ein hohes Drehmoment gesichert ist, jedoch das Außengewinde, auf das sie aufgeschraubt wird, nicht zerstört oder ernsthaft beschädigt.

Die zu diesem Zweck geschaffene, erfindungsgemäße Vorrichtung enthält zwei sich gegenüberliegende Prägewerkzeuge, mit konkaven Prägeflachen, die an den Hals angepaßt sind und die benachbarten Gewindeäbschnitte nach innen verschieben, ohne deren gebogene Form zu zerstören. Hierdurch werden andere, zwischen den Einprägungen gelegene/Bereiche des Halses nach außen gebogen und der Hals nimmt im Querschnitt eine stärker elliptische Form ein, als dies bisher erreicht wurde. Bei den bekannten Verfahren zum Eindrücken von selbstsichernden Halsmuttern tritt, falls überhaupt, nur eine geringfügige Verschiebung der zwischen den Eindrückungen gelegenen Bereiche des Halses nach außen auf. Die bekannten Verformungsverfahren führen zu verhältnismäßig kleinen, abgeflachten Eindrückungen des Gewindes, mit denen der Bolzen erfaßt wird. Ein erfindungsgemäß geprägter Mutternhals vermag sich weit besser "aufzuweiten" oder zu verbiegen, wenn er auf dem Bolzen aufgeschraubt wird.

Die erfindungsgemäß hergestellte selbstsichernde Mutter wird infolgedessen über verhältnismäßig große Gewindeabschnitte reibschlüsaig am Bolzen verriegelt. Andererseits ist die Verformung des Halses in Radialriehtung geringer als bei den bekannten eelbatsichernden Halsmuttern, die ein gleich großes Drehmoment aufnehmen können.

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Erfindungsgemäß werden also verhältnismäßig große Bereiche des Halses um einen gleichmäßigen Betrag nach innen abgebogen und die zur Verriegelung dienende Eeibkraft wird über einen großen Bereich des Gewindes verteilt, was darauf zurückzuführen ist, daß die den Hals erfassenden Prägeflächen konkav oder teilzylindrisch ausgebildet sind.

Erfindungsgemäß hergestellte selbstsichernde Muttern vermeiden die Nachteile der bekannten selbstsichernden Halsmuttern und lassen sich in zufriedenstellender Weise in weit mehr Anwendungsfällen verwenden als sämtliche der bekannten gegen eine Drehmomentenbelastung selbstsichernden Stahlmuttern. Die erfindungsgemäßen Muttern lassen sich in zufriedenstellender Weise in einem verhältnismäßig hohen, jedoch engen Drehmomentbereich verwenden. Insbesondere neigen sie nicht dazu, das Außengewinde, auf das sie aufgeschraubt werden, abzuschälen oder zu beschädigen. Der Hals der erfindungsgemäßen Mutter vermag nach dem Lösen vom Schraubbolzen in hervorragender Weise in seine elliptische Form zurückzukehren. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind billig, bieten jedoch in einfacher und vorteilhafter Weise die Möglichkeit, die durch die Mutter erzielte Drehmomentensicherung zu regulieren.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden, beispielsweise Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt:

Fig. 1 eine Aufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer durch die Vorrichtung eu verformenden Mutter,

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fig. 2 eine Seitenansicht der in Pig. 1 gezeigten Vorrichtung,

Pig. 3 eine der Pig. 1 entsprechende Darstellung, bei der jedoch die Trägestempel um den Mutternhals geschlossen sind und der Hals in seine endgültige Porm gebracht wurde.

Die Fign. 1 und 2 zeigen zwei sich gegenüberliegende Prägestempel 1o, von denen jeder mit einer teilkreisförmigen, zylindrischen, konkaven Prägefläche 12 versehen ist. Die Prägeflächen 12 gehen in tangential zu ihnen verlaufende, ebene Prägeflächen 14 Über. Sie Flächen 12, die sich gegenüberliegend und zugekehrt angeordnet sind, berühren den Außenumfang 16 dee Halses 18 einer selbstsichernden Mutter 2o. Der Hals 18 ist ringförmig und sein Außenumfang 16 ist ursprünglich kreiszylinderförmigausgebildet (siehe Fig. 1). Die Seitenwände 22 des Mutternkörpers 2o bilden ein regelmäßiges Vieleck zur Aufnahme eines Seehskantsehlüssels. An den dem Hals 18 gegenüberliegenden Enden der Mutter 2ο ist eine Abgestufte Sitzfläche 24 ausgebildet. Durch die Mutter 2o verläuft von der Sitzfläche 24- zu der Außenfläche 28 des Halses 18 eine Gewindebohrung 26.

Wie Fig. 3 «eigt, sind die teilkreisförmigen, zylindrischen Prägeflächen 12 mi ttig zu einer Achse 34 angeordnet. Der Mutternkörper 2o_f der vorher mit Gewindegängen versehen wurde, wird zwischen die Prägestempel 1 ο eingesetzt, wobei die Achse der Gewindebohrung 2$ die Achs· 34 schneidet, wie Fig. 3 zeigt. Die Stempel to werden längs der Achse 34 relativ zueinander zusammenge-' schoben, so daß sie den Auöenumfang 16 des Halses an eich diametral gegenüberliegenden Seiten erfassen. Tatsächlich kann

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einer der Prägestempel 1o ortsfest geheitert werden, während der andere Prägestempel 1o verschoben wird, falls die Mutter 2o längs der Achse 34 frei verschiebbar angeordnet ist. Der Hals wird somit zwischen den Prägeflächen 12 zusammengepreßt und in eine im Querschnitt elliptische Form verbogen, wie Pig. 3 zeigt. Die Größe jeder Prägefläche 12 in Umfangsrichtung ist durch die Zustriche der Bezugszeichen 3o in Fig. 3 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Flächen 12, die den gleichen Radius wie der Außenumfang 16 haben, einen Kreisbogen von 9o° einnehmen. Während des Zusammendrückens liegt das Prägewerkzeug zunächst lediglich Über die Prägefläche 12 am Haie 18 an. Beim weiteren Zusammenpressen kommt jedoch ein !Teil der Prägeflächen 14 in Anlage an den Hals. Das Gewinde der Bohrung 26 wird in zwei sich gegenüberliegenden Bereichen, die in Umfangsrichtung über etwas mehr als 9o° verlaufen, radial nach innen verschoben, wie durch die Zustriehe der Bezugszeichen 36 in Fig. 3 gezeigt ist.

Die zwischen den Prägestempeln 1o gelegene große Hauptachse 4o der durch den verbogenen Hals 18 gebildetenen Ellipse verläuft senkrecht zur Achse 34 und durchsetzt sich diametral gegenüberliegende Abschnitte 42 des Halses 18, die während der Verformung des Halses radial nach außen verschoben werden. Vor dem Versand wird die Mutter natürlich in üblicher Weise gereinigt und mit Wachs überzogen. Die Mutter kann auch wärmebehandelt werden.

Um wesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung deutlicher zu erläutern, werden nachfolgend die Abmessungen zweier Gruppen von 3/8-Zoll-Hal8muttern wiedergegeben, von denen die eine gemäß der Erfindung und die andere gemäß den Stand der Technik verformt wurde,

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In beiden Fällen wurden Identische Mutternkörper 2o verwendet. Der Außendurchmesser 16 des Halses hatte einen Durchmesser von 13,45 mm. Bei Anwendung der Erfindung wurde der Hals im Durchschnitt längs s eIne s kleineren Durchme s s e r s ( d. h. läng s der Achs e 3 4) auf eine Weite von 13»oo mm gebracht. Diese Verformung führte zu einer Aufweitung des Halses längs der größeren Achse 4o auf im Durchschnitt 13»85 mm. Wenn der Hals nach dem bekannten Verfahren so weit verformt wurde, daß die Mutter .selbsttätig gegen ein gleich großes Drehmoment gesichert war, war es erforderlich, den Hals vom ursprünglichen Außendurchmesser auf eine minimale Weite von durchschnittlich etwa 12,6 mm und auf eine längs einer im rechten Winkel zu den Eindrückungen verlaufenden Achse gelegenen Maximalweite von durchschnittlich 13,7 mm zu verformen. Beide Muttern wurden so ausgelegt, daß sie eine Drehmomentensicherung von 0,6 bis 1,5 mkp übernehmen konnten.

i'alls die Halsmuttern der oben angegebenen Größe, die in Verbindung mit dem eingangs erwähnten Ventilkipphebel verwendbar sind, durch ebene Prägestempel eingedrückt oder zwischen Walzen hindurchgeführt werden, schälen sie beim ersten Einbau in 2o$ der Anwendungsfälle die Gewinde der Bolzen.ab, wie bereits erwähnt wurde. Beinahe 1oo# derartiger bekannter Muttern streifen das Gewinde des Bolzens nach fünfmaliger Anwendung ab. Anhand der durchgeführten Versuche hat sich erwiesen, daß im Gegensatz dazu die " erfindungsgemäßen Muttern selbst nach fünfzehnmaligem Einbau auf den Bolzen das Schraubbolzengewinde nicht zerstörten. Außerdem wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäß hergestellten Muttern die Drehmomentensicherung in einem engeren Bereich als die nach den bekannten Verfahren hergestellten Muttern durchführen. ·

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Eine Analyse der Verformung des Halses bei den oben erwähnten 3/8-zolliffen selbst sichernden Muttern zeigt, daß die Verformung in Radialrichtung bei dem nach den bekannten Verfahren verformten Hals etwa zweimal so groß wie bei dem erfindungsgemäß verformten Hals ist. Dabei werden natürlich Muttern verglichen, die das gleiche Verriegelungsmoment haben. Außerdem führt das bekannte Verfahren lediglich zu einer geringen Aufweitung des Halses längs einer zur Achse oder zum Bewegungspfad der Prägestempel rechtwinklig verlaufenden Achse. Mit dem bekannten Verfahren wird daher nicht ein Hals hergestellt, der eine weitgehend elliptische Form hat, sondern der Hals wird an örtlich begrenzten Bereichen verbogen. Infolgedessen kann sich der Hals der bekannten Muttern insgesamt 'nicht um den gleichen Betrag aufblähen oder aufweiten und zusammenziehen wie bei den erfindungsgemäß hergestellten selbstsichernden Muttern.

Die Prägeflächen 12 haben den gleichen Radius wie der Außenumfang 16 des Halses. Es wird jedoch angenommen, daß der Radius der Flächen 12 in gewissem Umfang verändert werden kann, ohne daß die Vorteile der Erfindung verlorengehen. ^Während jede Prägefläche 12 über einem Bogen von 9o° an dem Außenumfang 16 des Halses anliegt, suchen die Prägestempel 1o einen Bereich der Gewindebohrung 26 zu verschieben, der etwas größer.als 9o° ist. Wenn sich nämlich die Prägestempel 1o relativ zueinander aufeinander zu bewegen, wird der äußere Halsumfang 16 durch die ebenen Prägeflächen H etwas nach innen versohoben. Die durch die Flächen H hervorgerufene Verformung ist jedoch geringfügig, und diese Flächen 14- dienen hauptsächlich dazu, einen eanften Übergang zwischen den radial nach innen verbogenen und den radial nach

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außen aufgeweiteten Bereichen des Halses 18 zu schaffen. Während der durch Jeden der Stempel 1 ο erfaßte Gesamtbereich des Halses 18 bezüglich seines Winkelmaßes verändert werden kann, wird die Außenfläche 16 vorzugsweise über mindestens 45° von jedem der Prägestempel erfaßt.

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Claims (8)

- 1ο - Federal Sorew Works 34o1 Martin Avenue . Detroit» Michigan/USA 8. Mai 197o Anwaltsakte M-1162 Patentansprüche

1.j Verfahren zum Herstellen einer selbstsichernden Halsmutter, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einem Gewinde und an einem Ende mit einem Hals versehene Mutter hergestellt, und anschliessend der Hals an sich diametral gegenüberliegenden Seiten seiner kreiszylindrischen Außenfläche von zwei konkaven, sich zugekehrten und gegenüberliegenden PrägestempelÄlächen erfaßt und durch die Prägeflächen zusammengepreßt und im wesentlichen ellipsenförmig verformt wird, wobei jede Prägefläche über mindestens 45° am Außenumfang des Halses anliegt.

2. Verfahren naoh Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß an jeder Prägefläche ein teilkreisförmiger, zylindrischer Abschnitt ausgebildet wird, dessen Form dem Verlauf des Außenuafangs des un-▼erforaten Halse« entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, daduroh gtkennstiehntt, daft dl« fläohen alt ebenen, tangential von den teilkreieföralgen Ab ■ohnitttn verlaufenden Pläohenabaohnitttn versehen werden.

4. Verffthrtn naoh Anspruch 1, 2 oder 3» daduroh gekennzeichnet, daß

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jede Prägefläche über im wesentlichen 9o° am Außenumfang des Halses anliegt. -

5. Verfahren zum Herstellen einer selbstsichernden Halsmutter, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einem Gewinde und an einem Ende mit einem Hals versehene Mutter hergestellt und ansehliessend der Hals an sich diametral gegenüberliegenden Seiten seiner kreiszylindrischen Außenfläche von zwei teilkreisfb'rmigen sich zugekehrten und gegenüberliegenden Prägestempelflächen, deren Radius im wesentlichen gleich dem Radius des Außenumfangs des Halses ist, erfaßt und zwischen den Prägeflächen zusammengepreßt und in eine im wesentlichen elliptische Form gebracht wird.

6. Vorrichtung zu» Herstellung selbstsichernder Halsmuttern, gerkennzeichnet durch, zwei Prägestempel (1o) mit konkaven, einander zugekehrten und sich gegenüberliegenden, gegen den HaIs-? abschnitt (18) der Mutter (2o) andrückbaren Prägeflächen (12, 14-), die zwecks Verformens des Mutternhalses (18) relativ zueinander bewegbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil (12) jeder Prägefläche (12, 14) teilkreisförmig ausgebildet ist und einen Krümmungsradius hat, der im wesentlichen gleich dem Radius des Außenumfangs des zu verfarmenden Ifutternhalses (18) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Prägefläche (12, U) mit einem über einen Winkel von

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mindestens 4-5° teilkreisförmigen, zylindrischen Flächenabßchnitt (12) Tersehen ist.

9« Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 Ms 8, dadurch gekennzeichnet j, daß jede Prägefläolie mit einem im wesentlichen über 9o° tei!kreisförmigen Flächenalisehnitt (12) veraehen ist.