DE2061297A1

DE2061297A1 - Federscheibe

Info

Publication number: DE2061297A1
Application number: DE19702061297
Authority: DE
Inventors: Charles Edward Ellwood City Pa Gutshall (V St A )
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1969-12-18
Filing date: 1970-12-12
Publication date: 1971-06-24
Also published as: GB1315990A; DE2061297B2; JPS4827856B1; ZA708108B; DE2061297C3; US3628584A; FR2073967A5; SE357420B

Description

Dr, A. Μ^ίζδΐ Pl i e γι ίο nv/b Π«

Reirsth bsi Köln

Frcnkenforst 137

11. Dezember 1970 Da./ho

ILLINOIS TOOL WOEKS, Inc. Chicago, Illinois (V.St.A.)

"Federscheibe"

Die Erfindung betrifft eine Federscheibe, also eine Scheibe, die in ihrer Sperreigenschaft von der Nachgiebigkeit bzw. Federung des Scheibenkörpers abhängt, die auftritt, wenn ein Festspannen unter einem Schraubenkopf oder einer Mutter erfolgt.

Federscheiben dienen zum Sichern von. Schraubenköpfen und Muttern gegen ein Lösen. Wenn es sich bei dem Ausgangsmaterial der

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Scheibe um relativ dickes Material handelt, kann eine übermäßige Klemmkraft erforderlich sein, um eine Mutter oder einen Schraubenkopf gegen die Scheibe zu ziehen. Wenn die Scheibe andererseits aus relativ dünnem Material besteht, kann ein zu schnelles Flachdrücken der Scheibe erfolgen, wenn schließlich ein Festziehen gegen eine Arbeitsfläche erfolgt. Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer verbesserten Scheibe, die hochwirksam ist und die als Ausgangsmaterial mit dünnerem Blech auskommt, als es normalerweise eingesetzt wird, ohne daß die Sperrleistung und die Festigkeit der Scheibe beeinträchtigt wird; diese werden vielmehr erhöht.

Insbesondere sieht die Erfindung eine Federscheibe vor, die eine so ausreichende Festigkeit hat, daß sie dein Beginn des Fest&iehens sich nachgiebig entgegenstellt und danach einen starren Anschlag bildet, der ein vollständiges Flachdrücken der Scheibe verhindert.

Eine gemäß der Erfindung ausgebildete Federscheibe widersteht, obgleich sie aus Blech gefertigt ist, das eine geringere Dicke hat, als man normalerweise vorsieht, der Klemmwirkung eines Schraubenkopfes in einem solchen Maß, daß entweder die Scheibe oder die Schraube zu Bruch gehen, ehe die Scheibe vollständig flachgedrückt wird.

Insbesondere sieht die Erfindung dazu in Verbindung mit einer

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konischen Scheibe eine Verstrebungspartie vor, die sich einstückig an die inneren und äußeren Handabschnitte der Scheibe anschließen.

Die Erfindung ist im nachfolgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 ein Schaubild einer Federscheibe in einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte Scheibe in Verbindung mit der Klemmseite eines Sechskantschraubenkopfes,

Fig. ό eine Seitenansicht der auf eine Schraube aufgesteckten Scheibe entsprechend der Darstellung in Fig. 2,

Fig. 4 ein Schnitt an der Linie 4-4 der Fig. 2, wobei die Federscheibe in der Ausgangslage unter der Klemmfläche des Schraubenkopfes gezeigt ist, ehe auf die Scheibe eine Klemmkraft ausgeübt wird,

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Pig. 5 eine der Pig. 4 ähnliche Darstellung, in der die Scheibe bei teilweise angezogenem Schraubenkopf gezeigt ist, wobei der äußere Rand der Scheibe gegen die Oberfläche des Werkstücks flächig gedruckt ist,

Fig. 6 eine der Fig. 4 und 5 ähnliche Darstellung, in der die Federscheibe nach dem vollständigen Pestziehen des Schraubenkopfes gegen die Scheibe gezeigt ist, wobei eine periphere Strebe ein weiteres Flachdrücken der Scheibe verhindert,

Fig. 7 eine Einzelheit aus der Scheibe, die den Aufbau der Verstrebung im einzelnen zeigt, die die innere und die äußere Randpartien des Scheiben körpers verbindet, und

Fig. 8 eine Einzelheit ähnlich der Darstellung in Fig. 7, in der eine bekannte Federscheibe gezeigt ist, die nicht mit der durchgehenden, peripheren Verstrebung gemäß der Erfindung versehen ist.

Die Scheibe 10 hat ein Mittelloch 12 zur Aufnahme eines Gewindeschaf tes 1Ί einer Schraube Ib. Die Schraube 1b j et mit einem

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Sechskantkopf 18 "versehen, der eine Klemmflache 20 hat. Die Federscheibe 10 umfaßt eine äußere Ringpartie 22 und eine innere Ringpartie 24· Die äußere Partie 22 ist im wesentlichen, konisch im axialen Querschnitt, wobei ihre äußere Peripherie kreisrund ist. Die Scheibenpartie 24 erstreckt sich axial nach außen bzw. nach oben über die oberen. Begrenzungen der Partie 22, und sie ist ebenfalls im axialen Querschnitt konisch. Die äußrere Peripherie der Scheibenpartie 24 ist polygonal gestaltet, im Gegensath zur kreisrunden Peripherie der äußeren. Scheibenpartie 22, und sie ist radial von der kreisrunden Peripherie nach innen versetzt.

Ein peripher durchgehender Anschlag bzw. eine Verstrebung 26 verbindet die Scheibenpartie 22 mit der Scheibenpartie 24 einstückig. Besonders wird auf die strukturelle Charakteristik und die Funktion der Verstrebung 26 hingwiesen. Die Gesamtdicke der Verstrebung 26, wie durch den Buchstaben A in. Fig. 7 angezeigt ist, ist geringer als die Materialdicke der Scheiben partie 22, wie das durch den Buchstaben B in Fig. 7 angezeigt ist, außerdem ist sie geringer als die Dicke der Scheibenpartie 24, wie das in Fig. 7 durch den Buchstaben C angzeigt ist. Bei der Herstellung der Partien 24 und 26 im flachen Ausgangsmaterial in der Form von Blech wird das Blech "matrizengeprägt" im Gegensatz zu normalen Scher- oder Biegeformgebungsverfahren. Mit der Verformung des Materials des Blechs zur Herstellung der konischen Form der Scheibenpartien 22 und 24 wird der Teil des

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Materials, der die einstücikige Verbindung 26 zwischen den Partien 22 und 24 bildet> einer Teilscherung und einer Teilformung bzw. - biegung unterzogen. Dabei erfolgt kein Brechen des Gefüges des Stahls, wie das beim Scheren der Pail ist, und es erfolgt auch nicht lediglich ein Biegen wie beim Verformen, vielmehr wird das Gefüge verdichtet und gestreckt, um zu einer erheblichen Erhöhung der Festigkeit zu führen, damit Druckkräften widerstanden werden kann. Wie bereits angaezeigt, ist die Gesamtbreite der Verstrebung 26, die durch den Buchstaben A in Fig. 7 angezeigt ist, tatsächlich geringer als die ursprüngliche Dicke des Balchs, das verarbeitet wird, wie das durch die Buchstaben B und C angezeigt ist. Trotz dieser Abnahme in der Dicke der Verstrebung schafft die Erhöhung in der Festigkeit, die den·.- von der Verstrebung 26 eingenommenen Bereich verliehen wird, weit mehr als nur einen Ausgleich für die Abnahme in der Dicke.

In Fig. 4, 5 und 6 sind sukzessive die Relativlagen gezeigt, die die Scheibenpartien 22, 24 und 26 während des Klemmens gegen die Oberfläche eines Werkstücks 26 einnehmen. In Fig. 4 befindet sich die Klemmfläche 20 des Schraubenkopfes in einer Ausgangslage, in der sie nicht klemmend an der Außenseite der polygonalen Scheibenpar tie 24 anliegt. Beim weiteren Festziehen, wie das in Fig. b gezeigt ist, wird die äußere Partie 22 in eine flächige Anlage an die Fläche des Werkstücks <-8 gedrückt.

be-

weiteres Festziehen der Schraube wirkt ein Ausbiegen bzw.

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Nachgeben der !Landpartie 24 der Scheibe, um die in Fig. 6 gezeigte Lage einzunehmen. In dieser Lage überlagern die äußeren Ecken des Sechskantkopfes 18 die Verstrebung 26. In Fig. 2 sind die Ecken des Schraubenkopfes 18, die die Verstrebung überlagern, durch die Buchstaben D, E, F und G angezeigt. Das ist die Folge der Tatsache, daß die Abmessung zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Sechskantkopfes 18 sich vorzugsweise der Abmessung annähert oder etwas geringer als diese Abmessung ist, welche gegenüberliegende Seiten der polygonalen bzw. quadratischen Partie 24 haben. Ein weiteres Festziehen nach dem Flachdrücken der konischen Partie 22 bewirkt ein Flächdrücken der oberen konischen Partie 24, jedoch mit wesentlich höherer Kraft. Wenn beispielsweise die äußere konische Partie 22 mit einer bestimmten Kraft flachgedrückt werden kann, muß zum Flachdrücken der oberen konischen Partie 24 die doppelte Kraft aufgebracht werden. Diese Zahlen stehen im Einklang mit den oberen und unteren Drehmomenteneinsteilungen an einem Montageband, bei dem solche Befestigungselemente verwendet werden. Falls die Festziehkraft die obere zulässige Grenze überschreitet, nimmt die Verstrebung 26 die Kraft auf, ohne daß die gewölbte Form verlorengeht, wie sie durch den Buchstaben Λ in Fjg. '' angezeigt ,ist. Dieses weitere Festziehen kann zu Kräften führen, die beginnen oder schließlich im Endeffekt dazu führen, den Bogen H flachzudrücken, der immer noch eine Federwiderstandscharakteristik zusätzlich zu den konischen Federpartien 22 und 2 4 aufbringt, jedoch in viel größerer Stärke, die sich

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gewöhnlich der Bruchfestigkeit der Schrauben annähert, in diesem Beispiel beträgt die Widerstandskraft etwa das Dreieinhalbfache der Kraft, die erforderlich ist, um die äußere konische Partie 22 flachzudrücken.

Un. im einzelnen die strukturellen und funktionellen Unterschiede der erfindungsgemäßen Verstrebung gegenüber einer Federscheibe bekannter Form zu erläutern, wird auf Fig. 8 Bezug genommen. In Fig. 8 ist im einzelnen eine bekannte Federscheibe gezeigt, und der Buchstabe E zeigt die radiale Breite der Scheibenpartie an, die einstückig die innere und die äußere Scheibenpartie verbindet. Die in Fig. 8 gezeigte Scheibenkonstruktion weist nicht die starre Verstrebung 26 auf, wie sie zuvor im Zusammenhang mit der Scheibe 10 beschrieben worden ist, vielmehr hat sie eine Partie, die im axialen Querschnitt im wesentlichen S-förmig ist. Die Scheibe, die in Fig. 8 gezeigt ist, wird schließlich ganz flachgedrückt, wenn Klemmkräfte darauf ausgeübt werden, oeder wenn die in Fig. 8 gezeigte Scheibe aus relativ dickem Material gefertigt ist, erfolgt ein Brechen des. Materials der Scheibe, ehe die Scheibe vollständig flachgedrückt wird.

Ausgedehnte Versuche haben die Tatsache bestätigt, dai3 eine Scbeibe, die mit einer Verstrebung in der beschriebenen Art versehen ist, höheren Festziehdrücken als konische Federscheiben bekannter Konstruktion widersteht, ohne flachgedrückt, zu

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werden oder zu brechen. Es ist beispielsweise festgestellt worden, daß eine bekannte konische Scheibe mit einer Dicke evon 1,25 mm mit einem Druckaufwand von 408 kg flachgedrückt wird. Eine Scheibe entsprechender Dicke, die erfindungsgemäß ausgebildet ist, kann. 1270 kg aufnehmen, ohne daß eine Beschädigung der Scheibe erfolgt. Es ist mitunter üblich, konische Federscheiben aus Blech herzustellen, das eine Dicke von 2 mm hat. In Vergleichsversuchen hat sich herausgestellt, daß durch Verwenden von Scheiben der vorgesehenen Art, die eine Materialdicke von 1,25 mm und eine Verstrebungsbereite (A) von 0,75 mm haben, gleiche oder größere Sperrwirkungen erzielt werden als Scheiben aus Blech, das 2 mm dick ist. Das stellt eine erhebliche Einsparung in Material dar, ohne daß die Sperrwirkung beeinträchtigt wird.

Die Erfindung sieht also die Schaffung einer effektiv funktionierenden Federscheibe vor, die preiswert hergestellt werden kann. Blech aus vergleichsweise dünnerem Werkstoff kehrt nach dem Klemmen leichter in seine normale bzw. ursprüngliche Lage zurück, als das bei Blech größerer Dicke der Fall ist. Material großer Dicke, das Klemmkräften ausgesetzt wird, hat also eine größere neigung, eine permanente ^Verformung zu erleiden, als das bei Material geringerer Dicke der Fall ist. Wenn das Blechmaterial zu dUnn ist, spricht die Scheibe natürlich nicht mit dem ausreichenden J'edornden v/iderat and an, um den Schraubenkopf odfjr die l-'iutter f^egon ein unbeabsichtigtes Löeen y.u. sichern.

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Die Erfindung ermöglicht also die Verwendung von Blech, das eine ausreichende Dicke hat, um einen effektiven Widerstand gegen die Klemmwirkung eines Schraubenkopfes oder einer Mutter sicherzustellen und um gleichzeitig die Rückkehr bzw. die Rückfederung des Scheibenmaterials in die normale Ausgangslage sicherzustellen, wenn der Klemmdruck abgenommen wird. .Ferner trägt das Vorhandensein der polygonal geformten, peripher durchgehenden starren Verstrebung erheblich dazu bei, zunächst nachgiebig der Tendenz entgegenzuwirken, daß die Scheibe vollständig flachgedrückt wird, und sie sorgt für einen im wesentlichen starren Anschlag.

Der Begriff "im wesentlichen konisch" dient hier zur Beschreibung der allgemeinen axialen Querschnittsform der polygonalen Scheibenpartie. Pyramidenscheiben in bestimmten Konstruktionen können eine im wesentlichen konische Querschnittsform haben.

Indem sich das Metallgefüge der Verstrebung am Übergang der beiden Scheibenpartien im wesentlichen parallel zur Scheibenachse erstrecken, wird die Festigkeit der Verstrebung stark erhöht, hohen Klemmdrücken zu widerstehen. Wie insbesondere aus Pig. 7 zu ersehen ist, ist der Übergang der oberen Fläche der ersten Partie in die Verstrebung und der Übergang der unteren Fläche der zweiten Partie in die Verstrebung durch Materialstücke gebildet, die einen extrem kleinen Krümmungsradius haben. Diese Anordnung erhöht wesentlich die Starrheit der Verstrebung

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im Vergleich zur Federscheibe bekannter Konstruktion, die in Fig. 8 gezeigt ist, bei der die Übergänge des Scheibenmaterials Krümmungen bilden, die durch relativ große Badien gebildet sind. Diese Krümmungen bilden zusammen eine S-Form. Die erfindungsgemäße Scheibe sieht auch vor, daß die radial nach innen gerichtete Verlängerung der unteren Fläche der ersten Scheibenpartie 22 das untere Ende der Verstrebung 26 bildet und in einer Kurve endet, die durch einen extrem kleinen Radius bestimmt ist. Ferner bildet die radial nach außen gerichtete Verlängerung der oberen Fläche der zweiten Partie 22 das obere Ende der Verstrebung und endet ebenfalls in einer Kurve, die durch einen extrem kleinen Radius bestimmt ist. Diese relativ scharfen Ecken, die dadurch entstehen, daß die Kurven durch sehr kleine Radien bestimmt sind, erhöhen im starken Maße zusammen mit den zuvor erwähnten Materialpartien die Starrheit der Verstrebung. Die Verstrebung 26 ist im radialen Querschnitt im wesentlichen rechteckig gestaltet und bildet einen Teil, der als ein vielseitiger Ringkörper bezeichnet werden kann. In der dargestellten Anordnung ist dieser vielseitige Ringkörper in der Form eines Quadrats vorgesehen. In der Zeichnung ist die Scheibe 10 mit einer Schraube vormontiert dargestellt. Der Außendurchmesser des Gewindes erstreckt sich radial über das Mittelloch deer Scheibe hinaus, um damit die Scheibe und die Schraube vor einem axialen Lösen zu schützen. Die Erfindung sieht natürlich auch Scheiben vor, die Hittellöcher haben, die eine so ausreichende· großen Durchmesser haben, daß daa Aufstecken auf den entsprechen-

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den Schaft einer Schraube ermöglicht ist

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Claims

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Patent ansprüche

ί 1. /!Federscheibe, bestehend aus einem ringförmigen Scheibenkörper mit einem Mittelloch zur Aufnahme einer Schraube, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine erste peripher durchgehende äußere Randpartie (22), die im axialen Querschnitt im wesentlichen konisch ist, eine zweite ™

peripher durchgehende innere Randpartie (24), die im axialen Querschnitt im wesentlichen konisch ist und sich axial über die erste Partie (22) hinauserstreckt, wobei die Peripherie der zweiten Partie (24) ein Polygon bildet und radial gegen die Peripherie der ersten Partie (22) nach innen versetzt ist, und eine peripher durchgehende starre Verstrebung (26) umfaßt, die einstückig die erste (22) und die zweite Partie (24) miteinander verbindet.

2. Federscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die peripher durchgehende starre Verstrebung (26) eine radiale Dicke hat, die geringer als die Dicke der äußeren Randpartie (22) der Scheibe ist.

J. Federscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennz e lehnet, daß die Peripherie der zweiten Partie (24) ein Quadrat bildet, dessen Ecken radial gegen die Peripherie der ersten Partie (22) nach innen vessetzt sind.

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4· Feederscheibe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Peripherie der ersten Randpartie (22) im wesentlichen kreisrund ist.

5· Federscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefüge der Verstrebung (26) an der Verbindung der ersten (22) und der zweiten Partie (24) der Scheibe (10) sich im wesentlichen parallel zur Scheibenachse erstreckt.

6. Federscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstrebung (26) einen Ring bildet, der eine mehrseitige Peripherie hat, wobei die oberen und unteren Enden jeweils zur Anlage an der Klemmflache einer Schraube oder Mutter und an einer Fläche eines Werkstücks vorgesehen sind.

7· Federscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang der oberen Fläche der ersten Partie (22) in die Verstrebung (26) und die untere Fläche der zweiten Partie (24) in die Verstrebung (26) durch Materialpartien gebildet ist, die einen sehr kleinen Krümmungsradius haben, derart, daß die Starrheit der Verstrebung (2b) erhöht wird.

B. Federscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die radial nach innen gerichtete Verlängerung der unteren Fläche der ersten Partie (22) das untere Ende der Verstrebung (26) bildet und in einer Kurreendet, die durch einen sher kleinen Radius bestimmt ist, und daß die radial nach außen gerichtete Verlängerung der oberen Fläche der zweiten Partie (24) das obere Ende der Verstrebung (26) bildet und in einer Kurve endet, die durch einen sehr kleinen Radius bestimmt ist, derart, daß die Starrheit der Verstrebung (26) erhöht wird.

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