DE2210472A1

DE2210472A1 - Sicherheitsmutter

Info

Publication number: DE2210472A1
Application number: DE19722210472
Authority: DE
Inventors: Mark Balboa Calif. Hattan (V.StA.)
Original assignee: GOERING A
Current assignee: GOERING A
Priority date: 1971-03-08
Filing date: 1972-03-04
Publication date: 1972-09-28
Also published as: GB1374915A; CA975509A

Description

2. Mär z 1972 D 4333 - relal

Mark Hattan, Balboa, Kalifornien, USA William P. Green, Pasadena, Kalifornien, USA Albert H. Goering, South Pasadena, Kalifornien, USA

Sicherheitsmutter

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsmutter, die am ungewollten Lösen gehindert wird, auf ein Verfahren zur Herstellung dieser Mutter und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Erfindung bezweckt Vor allem Verbesserungen bei solchen Muttern, deren Festigkeit und Belastungsfähigkeit vergrößert

soll und deren üelbsthaltewirkung weiter erhöht werder/. Die

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erhöhte Festigkeit wird im weitesten οΐηη durch einen einzigen Herstellungsvorgang erhalten, bei dem erfindungsgemäß eine spulenförmige struktur zuerst kalt in eine Gewindeform gebracht wird, und dann in einer Art und Weise mit dem Aussengehäuse verbunden wird, bei der nur der radial äussere Teil der Spulenstruktur erhitzt wird, während der radial innere Abschnitt, der das Gewindeprofil bildet, auf einer niedrigeren Temperatur gehalten wird, die nicht hoch genug ist, um den Kaltverformungsbedingungen zu zerstören.

Dieses lokale Erhitzen kann durch einen Hochenergieheizstrahl bewirkt werden, z.B. einem Elektronen- oder einem Laserstrahl, der vorzugsweise axial längs der Peripherie der Spulenstruktur gerichtet wird, um eine wirksame Verschweißung zwischen der Spule und dem Gehäuse und/oder zwischen den äusseren Abschnitten aufeinanderfolgender V/indungen der Spulenstruktur zu bewirken.

Wenn der Schraube eine öelbstsperrwirkung gegeben werden soll, kann diese Wirkung dadurch vergrößert werden, daß die Mutter so konstruiert wird, daß eine Verformung sowohl der Spule wie auch des Gehäuses ermöglicht wird, wenn die Mutter mit einer zusamnenwirkenden Schraube verbunden ist, so daß beide Teile zusammenv/irken und einer solchen Verformung widerstehen. Die selbsthemmende Ausbildung der

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Spule und des Gehäuses kann durch lokales radiales nach innen erfolgendes Verformen eines Teils des Gehäuses und der darin enthaltenen Spule hergestellt werden, nachdem sie zusammengebaut sind.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Sicherheits- oder Sperrmutter, die den Erfindungsgegenstand verkörpert;

Fig. 2 eine Ansicht gemäß der Linie 2-2 in Fig. 1; Fig. 3 die Bildung der inneren Spule; Fig. 4 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Haltewerkzeugs zum Halten der Mutterteile während des Schweißens;

Fig. 5 das Werkzeug während des Schweißvorgangs; Fig. 6 ein Grundriß der die Verformung eines Teiles

der Kutter in die seIbsthemmende Ausbildung zeigt;

Fig. 7 einen Querschnitt gemäß der Linie 7-7 in ^i g. 6;

Fig. 8 einen Querschnitt durch eine v/eitere Ausführungsform der Erfindung;

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Fig. 9 eine Teilansicht gemäß der Linie 9-9 in Fig· 8 und

Fig. 1o eine andere Ausführungsform der Erfindung.

Bei 1o ist eine Sicherheits- oder Hemmutter gemäß der Erfindung gezeigt, die dafür bestimmt ist, mit einer mit 11 bezeichneten Schraube verbunden und gegen ein Werkstück 111 festgezogen zu werden. Die Mutter umfaßt ein im allgemeinen ringförmiges Aussengehäuse 12, das einen im wesentlichen schraubenförmigen Spulenaufbau 13 enthält, der vorzugsweise ein einziges fortlaufendes schraubenförmiges Element ist, obwohl in einigen Beispielen bei Vorrichtungen, die einige der Merkmale der Erfindung benützen, ein Spulenaufbau verwendet werden kann, der aus einer Reihe voneinander getrennter Gewindeelemente gebildet ist. An seiner axial inneren Seite besitzt die kutter eine Endplatte 14.

Das Gehäuse 12 der Liutter weist eine radial innere Fläche 15 auf, die anfangs zylindrisch in bezug auf die Achse 16 der butter ist, und besitzt zwei senkrecht zur Achse 16 gerichtete Stirnflächen I7 und 18. Die äussere Fläche 19 des Gehäuses 12 ist so ausgebildet, daß es einen Schraubenschlüssel oder ein anderes Werkzeug aufnehmen kann, und ist vorzugsweise im Querschnitt sechskantig. Das Gehäuse ist aus einem Metall gebildet, mit dem der ßpulenaufbau 1$ durch

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Schmelzen verbunden werden kann, und ist starr und sehr fest, um einen Großteil der Handdehnspannungen aufzunehmen, die radial nach aussen gegen die kutter durch die Schraube ausgeübt werden. Das Gehäuse ist sehr leicht verformbar durch Aufbringen lokaler, radial nach aussen gegen seine Seitenwand wirkender Kräfte, und die fertige Mutter ist nachgiebig, um einer solchen Verformung zu widerstehen und aufgrund der eigenen Nachgiebigkeit nach der Beendigung der Verformungskräfte in den vorbestimmten Normalzustand zurückzukehren., i'ür Kubtern für Luftfahrzeuge kann das Gehäuse aus einem rostfreien ofcahl oder Titan bestehen und kbnn zuletzt wäriLeoehandelt sein, um ihm die richtige Härte, .Festigkeit und Nachgiebigkeit zu geben. Ein martensitischer rostfreier Stahl ist ideal für diesen Zweck, wie z.B. rostfreier 17-4 tH Stahl, der ein Kupfer enthaltendes Material ist, das durch v/ärmebehandlung bei einer Temperaturerhöhung bis zu 900 Ϊ Halten über eine otunde und durch langsames Luftabkühlen (kein abschrecken) gehärtet werden kann. 2ine solche Wärmebehandlung zerstört das Gehäuse nicht, und die Temperatur ist nicht hoch genug, um die Faltarbeitsbedingung "G" des in ihr enthaltenen Spulenaufbaus 13 zu beeinflussen.

Der Spulenaufbau Λ'ο kann aus einem Metalldraht 2o (Fig.5) gebildet werden, der anfangs kreisförmigen Querschnitt besitzen kann. Dieser J>raht wird in einem gewissen Ausmaß

2UiIvI 4 U/Hi;* y BAD ORIGINAL

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durch das anfängliche drahtziehen kalt behandelt, um den kreisförmigen v^uerschnitt zu bilden, und er wird dann weiterhin durch Verformung gehärtet, indem er durch eine Formmaschine oder Zieheisen 21 gezwungen wird, das auf den Draht Kräfte ausübt, um ihm einen gewindeförmigen «querschnitt bei 22 zu geben. Der Braht wird dann gegen ein Formwerkzeug 27) gedrückt, das so geformt ist, um den Draht entlang einer schraubenförmigen Bahn zu biegen, um eine üpule zu formen. Aufeinanderfolgende Spulen können in typischer Weise 5 1/4-Windungen aufweisen und werden durch einen Abschneider 24 abgeschnitten, -^ie kaltverformung nach Fig. 3 wird natürlich vor der «/ärmebehandlung des Drahtes durchgeführt.

Der Querschnitt, der den i)r&ht durch die in * ig. 5 gezeigte Vorrichtung gegeben wird, bildet (ausgenommen am oberen ^nde 6o der Üpule -vgl. FIg. 2) eine radial äußere zylindrische Spulenfläche 25, die in Bezug auf die Achse 16 zentriert ist und einen Jöurchitesser besitzt, der dem der Bohrungsfläche 15 des Gehäuses 12 entspricht. An seiner radial inneren °eite bildet der Querschnitt der Spule ein Gewinaeprofil bei 26, das zwei aufeinander zu laufende Flächen 27 besitzt, die gegenüberliegende Seitenflächen des Gewindes begrenzen, und eine innere Abflachung 26 aufweist. Von der Stelle 29 radial nach aussen zum Durchmesser d.er äuaseren Fläche 25 besitzt jede V/indung der üpule 13 axial nachsinnen und aussen weisende gegenüberliegende oeitenflächen 3o und 3^i die vorzugsweise parallel zueinander

1 0 9 It I fi - 0 fi 5 Π BAD ORIGINAL

verlaufen und direkt radial nach aussen verlaufen. Der Aufbau 1J ist fest gewickelt, so daß die Flächen 3o und 31 der aufeinanderfolgenden windungen aufeinanderliegen

Das obere Ende 60 der opule hat im wesentlichen denselben Querschnitt wie der Rest der Spule, abgesehen davon, daß das Ende 60 geringfügig in bezug auf die Achse 16 radial nach aussen verformt ist, vorzugsweise indem es sich tangential von der Stelle 61 in -⁰Ig. 2 zur Endfläche 61' erstreckt, die sich direkt radial mit Bezug auf die Achse erstreckt. Eine Aussparung 161, die in das Gehäuse 12 eingeformt ist, erstreckt sich radial nach aussen unterhalb der Fläche 15 und von der oberen Oberfläche 18 abwärts und ist so geformt, UU das Ende 60 der Spule aufzunehmen und eine Schulter I60 zu schaffen, gegen die sich die Endfläche 61' in Umfangsri chtung abstut zt.

Lie Spule I3 kann aus einem geeigneten Metall, wie beispielsweise Stahl, hergestellt sein, das genügende Festigkeit aufweist, um die Kräfte, die beim Gebrauch auf sie ausgeübt werden, aufzunehmen, und sie ist in ihrem Endzustand vorzugsweise nachgiebig und leicht deformierbar. Das Spulenmatex'ial sollte die Eigenschaft auf-veisen, durch Kaltbearbeitung härtbar zu sein und dann weiter gehärtet werden zu können durch Wärmebehandlung, jedoch bei einer Temperatur, die nicht noch genug ist, um di° ^altarbeitsbedingungen zu

7 ο π η u ο / η β h χ

zerstören. Auf diese Weise kann die Spule zuletzt in der "CH" Bedingung sein, u.zw. sowohl durch Kaltbearbeitung wie auch durch Wärmebehandlung gehärtet sein. Die Spule ist so ausgebildet, daß sie mit dem Gehäuse 12 schmelzverbunden werden kann, vorzugsweise durch Elektronenstrahlschweissen. Ein Metall, das für diesen Zweck als höchst wirksam gefunden worden ist, ist 17-7 PH rostfreier Stahl, der bis zum KaItverformungszustand C haibaustenitisch ist, der sich jedoch bei 60 % oder mehr Kaltverformung martensitisch umsetzt (wie es während des Formens und der Spulenherstellung gemäß Fig. 3 passiert). Dieselbe Wärmebehandlung, die vorher für den martensitischen Fall beschrieben wurde, kann dann zum gleichzeitigen Härten der Spule angewendet werden.

Die Grundplatte 14, die aus demselben Material wie das Aussengehäuse 12 bestehen kann, weist einen rin$örmigen sich radial erstreckenden Flansch 32 auf, der sich an der Stirnfläche 17 des Gehäuses abstützt. Der radial innere Bereich der Platte 14 erstreckt sich nach oben in das Gehäuse bei 33» um eine vorzugsweise schraubenförmige Rampe oder Schulterfläqhe 34 über eine Windung hinweg zu bilden, gegen die sich die untere Fläche 30 der niedrigsten Windung der Spule 13 abstützt. An den entgegengesetzten Enden der einzigen V/indung der Rampenflache 34 hat die Platte 14 eine sich axial erstreckende Schulter 35» gegen die sich die Endfläche 36 der niedrigsten Windung der spule 13 in Unifangsrichtung, abstützt, um Belastungskräfte

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in Umfangsrichtung zwischen der Spule und der -Endplatte zu übertragen. An seiner radial äusseren Seite besitzt der Teil 33 der endplatte 14 eine zylindrische Hache 37, die mit Festsitζ innerhalb der Bohrung 15 des Gehäuses sitzt, während die Platte 14 an ihrer radial inneren Seite eine zylindrische Fläche 38 aufweist, deren durchmesser wenigstens so groß wie der größte Durchmesser des inneren Gewindes 26 ist. Die Unterseite 39 der Endplatte 14 sollte flach ausgebildet sein und quer zur Achse 16 gerichtet sein, und zwar über ihre gesamte radiale Erstreckung zwischen dem Durchmesser der Oberfläche 38 und dem Umfang der Platte 14, so daß sie fest an einem Werkstück anliegt und auch Abweichungen und Auslenkungen des später noch beschriebenen Schweißstrahls durch irgendwelche Unregelmäßigkeiten an der überfläche 39 vermieden werden. Di_e radial innere Fläche der Platte 14 kann, falls dies gewünscht wird, selbst so gestaltet sein, daß sie eine zusätzliche Windung des Gewindes in i'ortsetz;tfung der Gewindeoberflächen 27 und 28 bildet.

Die i'ig. 4 und 5 zeigen ein V/erkzeug 4o zum Zusammehalten der Teile 12, 13 und 14 während des Schweißvorgangs. Dieses Werkzeug umfaßt obere und untere Querplatten 41 und 42, die durch geeignete Mittel, wie beispielsweise eine ßeihe von kreisförmig, mit Abstand zueinander angeordneter Schrauben 43, die in Gewindebohrungen 44 in der oberen Platte

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eingreifen, axial zusammengeklemmt oder gedrückt werden. Ein Dorn 45 aus gut wärmeleitendem Material hat einen oberen, im Durchmesser verringerten Schaftabschnitt 46, der sich durch eine Öffnung 47 in der Platte 41 erstreckt. Der Dorn 45 hat einen aussen mit Gewinde versehenen Abschnitt, 48 vergrößerten Durchmessers, der in Übereinstimmung mit dem Gewinde an der »Schraube 11 dimensioniert ist und so ein Gegenstück zur Mutter 1o darstellt. Der Spulenaufbau 13 gemäß i'ig. 3 ist auf den Abschnitt 48 des Dorns bis zur Anlage der Spule an einer ^alteschulter, die bei 49 dargestellt ist, an der Oberseite des Dorngewindes aufgeschraubt, ^enn die Spule 13 auf den Dorn aufgeschraubt ist, befindet sie sich im kalt verformten und nicht wärmebehandelten Zustand, wobei der Spulendurchmesser über die gesamte axiale Srstreckung der Spule derselbe ist, ausgenommen die stelle des geringfügig nach aussen abgebogenen -c-ndes 60.

Die Spule 13 und der Dorn werden dann in das Gehäuse 12 eingesetzt, wobei das Gehäuse im nicht wärmebehandelten Zustand ist. Dabei ist die Bohrung 15 genau zylindrisch, um sich fest an die Fläche 25 der Spule anzulegen. Die Endplatte 14 v;ird in das untere -^nde des Gehäuses eingesetzt, v;ie in *'ig. 5 gezeigt, und der Dorn und die Endplatte werden dann gedreht, um die obere Endfläche 61* der Spule.zur Anlage an die Schulter 16o am Gehäuse und die Schulter 35 der Platte 14 zur anläge an die untere Endfläche 36 der Spule zu bringen.

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Der kreisförmige Umfanssbereich der Platte 14 paßt innerhalb einer schmalen Aussparung 5o, die in der Platte 42 gebildet ist, und legt sich nach unten an eine flache ringförmige Schulter 5^ an, um nach oben fest durch die Platte 42 gehalten zu werden. Die Platte 42 enthält eine relativ große Öffnung 52» deren Durchmesser wesentlich größer als die Bohrung 15 im Gehäuse 12 ist.

Die Teile 12, 15 und 14 werden zusammengehalten durch Platten 41 und 42 (Fig. 5), wobei ein ringförmiger Abstandsring 53 vorgesehen ist, der fest zwischen der Platte 41 und einer sich nach oben erstreckenden ringförmigen Schulter 54 am Dorn 45 eingeklemmt ist, so daß der Dorn fest nach unten gegen die Bodenplatte 42 geklemmt wird und auf diese Viieise die unterste Bindung der Spule 13 fest gegen die Grundplatte 14 gehalten wird. Eine radial außerhalb des üings 53 angeordnete im wesentlichen ringförmige unterlagenscheibenähnliche Feder 55 überträgt nachgiebig die kraft von der oberen Platte 41 auf das Gehäuse 12, um das Gehäuse nach unten zu drücken und fest am äusseren Abschnitt der Endplatte 14 zu halten. Auf diese .<eise hält das Werkzeug sowohl die öpule 13 als auch das Gehäuse 12 fest an der Platte 14, um die Bildung einer bestmöglichen Schweißung zu sichern und ungewolltes Herausspritzen des ochweißm&terials zu verhindern. Es können auch andere Arten von Ausrüstungen zuie Zusammerüclemtnen der Teile verwendet werden, oder dies ksnn gegebenenfalls auch von Hand bewirkt v/erden.

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Der mit Gewinde versehene Dorn hält die Spule sehr genau in der richtigen Ausrichtung und Lage während des Schweißvorgangs, verhindert jedes Spritzen des Schweißmaterials von einer Seite der Mutter zur anderen und wirkt als ein hoch wärmeleitfähiger Wärmeableiter, der ein schnelles Ableiten der Schweißwärme von der Gewindezone weg bewirkt. Vorzugsweise ist der Dorn aus einem.geeigneten Metall geformt, das vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit besitzt, die größer als die der Spule selbst ist. Kupfer, Aluminium oder ein geeigneter Stahl sind befriedigend für diesen Zweck, Der Dorn endigt vorzugsweise im wesentlichen in der Querebene, in der die Elemente 12 und 14- miteinander verbunden sind, so daß Schweißspritzer an das Ende des Doms gelangen und nicht an sein Gewinde und eine Entfernung nach dem Schweißen möglich ist.

Bei den Teilen der Mutter, die auf diese Weise zusammengeklebt sind, wird ein Hochenergiestrahl, vorzugsweise ein Elektronenstrahl, von einer Elektronenkanone 56 axial entlang der inneren Oberfläche des Gehäuses und der Aussenflache 25 der Spule 13 gerichtet, um den radial inneren Bereich des Gehäuses und den radial äusseren Bereich der Spule lokal auf üchweißtemperatur zu erhitzen und auf diese Weise die Spule fest mit dem Gehäuse zu verschweißen. Der Strahl ist aufwärts parallel zur Achse 16 und durch die blatte 14 gerichtet. Dieser Strahl hat eine schmale,

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sich nach oben konisch verengende Gestalt, wie bei 57 in Fig. 1 gezeigt ist, und erstreckt sich axial weit genug, um eine vorbestimmte erste Reihe von Windungen der Spule 13 mit dem Gehäuse zu verschweißen (vorzugsweise die unteren 4 «aä 1/4 Windungen), während ein vorb.estimmter oberer Bereich der Spule (vorzugsweise eine obere einzige sich über 36o erstreckende Bindung I3¹) im wesentlich unverschweißt mit dem Gehäuse gelassen wird. Auf diese V/eise endet der Elektronenstrahl an der Stelle 57' in ^£ ig. Der Elektronenstrahl ist genügend weit radial mit Bezug auf die Achse 16 versetzt, um sich nach innen um einen geringen Betrag innerhalb des Durchmessers der Bohrung 15 des Gehäuses zu erstrecken, um so die radial äusseren Bereiche der Oberflächen 3o und 3I ;jeder ü/indung der Spule 13 mit den anstossenden Oberflachen 3o und 31 der benachbarten Windung über die ersten 4 1/4 Windungen der Spule zu verschweißen, so daß diese ersten 4 1/4 Windungen direkt sowohl miteinander als auch mit dem Gehäuse verschweißt sind. Vorzugsweise verschweißt der Strahl nicht die oberste Windung der nächstfolgenden Windung oder das Gehäuse. Der Elektronenstrahl schweißt die Grundplatte 14 an das Gehäuse 12 und an den radial äusseren Bereich der Bodenfläche 3o der untersten bindung der Spule I3. Während des Schweißvorgangs wird die Mutter um ihre Achse 16 relativ zur Elektronenkanone 56 gedreht, z.B. durch ein Rotationswerkzeug 146, das den Schaft 46 des Dorns 45 umfaßt (umgekehrt kann die kutter auch stationär gehalten werden und der otrahl kann rotieren),

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so daß der Elektronenstrahl eine kreisförmige fortlaufende Schweißnaht zwischen den genannten Teilen des Gehäuses und der Spule bildet und zwischen den aneinanderliegenden Windungen der unteren 4 1/4 Windungen der Spule und zwischen der Endplatte 14 und dem Gehäuse und der Spule. Wenn die Mutter gedreht wird, kann die Intensität des Elektronenstrahls schrittweise und fortlaufend variiert werden, so dals der höchste Punkt 57' des Strahls und Schweißbereichs schraubenförmig fortschreitet in Übereinstimmung mit dem Fortschreiten des oberen Randes der letzten Windung, die verschweißt werden soll.

Die Elektronenstrahlenergie ist genügend lokalisiert, um die Temperatur des radial äußersten Bereichs des Spulenauf baus 13 auf Schweißtemperatur zu bringen, z.B. auf ungefähr 2 75O F oder darüber, wobei eine Erhöhung der Temperatur des radial inneren Gewindeprofilbereichs 26 der Spule verhindert wird (vorzugsweise wenigstens über der einen inneren Hälfte der Spule 13 nach innen unter der Linie, die mit 58 in ^ig. 1 bezeichnet ist} und hoch genug, um den Kaltverformungszustand (Bedingung C) des Spulenmetalls zu beeinflussen. Wenn das Metall der Spule 13 ^7-7 PH rostfreier Stahl ist, wie bereits diskutiert, sollte der radial innere Gewindeprofilbereich 26 der Spule I3, vorzugsweise wenigstens die innere Hälfte der radialen Erstreckung der Spule 13, auf Jeden Fall

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während des Schmelzverbindungsvorgangs unter der normalen Glühtemperatur von 1750 F gehalten werden (vorzugsweise unter 950° F). Der Wärmeableiteffekt des Dorns 48, der sich in einem schnellen Ableiten der Wärme vom inneren Bereich der Spule auswirkt, hilft mit, die gewünschte niedere Temperatur aufrecht zu erhalten. Nach dem Schweissen wird die Mutter vom Werkzeug 40 entfernt, und der obere nicnt verschweißte Bereich der kutter wird dann leicht verformt, um dem Gehäuse und der oberen Windung der Spule eine selbstheir.mende Ausbildung zu geben. Dies kann durch Einbringen des oberen Bereichs des Mutterkörpers zwischen zwei Schmiedegesenke 59 (Fig. 6) geschehen, die dann weit genug zusammengepreßt werden, um zwei diametral gegenüberliegende Bereiche des Gehäuses leicht radial nach innen zu verformen. Die Werkzeuge 59 vex^lformen das Gehäuse vorzugsweise nach innen an den Stellen 26o des äusseren sechseckigen Muttergehäuses. Die obere Endfläche 61' der Spule kann. direkt radial gegenüber einer dieser Stellen, die deformiert werden sollen, angeordnet sein. Die Kerben 63 in den beiden V/erkzeugen 59 sind so geformt, daß sie im wesentlichen den I20⁰-Ecken der sechskantformigen Ausbildung entsprechen, und die v/ände dieser ^erben können sich, wie in Fig_e 7 gezeigt, nach unten fortschreitend leicht nach au ssen, in Bezug auf die Achse 15 erweitern, uir. eine Verformung nur

in einer Art des oberen Bereichs des Gehäuses/zu ermöglichen, wie in

FIr₁. 1 angedeutet. Sie erkzeuge 59 verformen das Genau .se

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und die obere Windung der Spule 13 radial nach innen gerade so weit, daß eine wirksame oelbsthaltewirkung im Hinblick auf die Schraube 11 geschaffen wird. Beispielsweise kann die Spule in einer 3/4-16 Mutter radial nach innen um etwa I5/I000 Zoll (im Durchmesser) verformt werden, wie es durch die unterbrochene Linie 63' in Fig. 2 dargestellt ist. Diese Kompression der Gutter in einer diametralen dichtung verursacht eine leichte Ausdehnung der Mutter in einer Ebene 64 im rechten Winkel zur dichtung der aufgebrachten Kraft durch die Werkzeuge 59 und führt auf diese Weise zu einem leichten Ausweiten der entsprechenden Flächen oder Abflachungen 62 ( etwa 15/1000 Zoll im Durchmesser) von der anfänglichen ebenen Ausbildung, die in gebrochenen Linien bei 62' in Fig. 2 und 6 gezeigt wird, zur leicht kurvenförmigen vollen Linie dieser Fig., und zu einem entsprechenden leichten Ausdehnen der oberen bindung I3' der Spule 13 in dieser Ebene 64, wie bei 65 in Fig. 6 dargestellt ist. Tatsächlich wird der obersten Windung und dem anliegenden Teil des Gehäuses eine leicht ovale oder elliptische Gestalt gegeben. Die Aufbauchung bei 62 kann durch das Anlegen eines Paares starrer Blöcke 162 begrenzt werden, die so eusgebildet und angeordnet sind, daß ein rtufbauchen über einen Bereich verhindert wird, bei dem ein herkömmlicher sechskantiger ochraubenschlüsel noch auf die butter paßt. Nachdem das -«-ufbauchen durch die Anlage der Blöcke 16? begrenzt wird, können die Werkzeuge

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etwas mehr zusammengepreßt werden, wodurch ein leichtes nach Auswärtstauchen des Muttergehäuses und der Spule an den Stellen, die in -Fig. 2 mit 262 bezeichnet sind (zwischen den Orten der Werkzeuge 59 und Blöcke 162),resultiert .

Nachdem das Gehäuse und die Spule verformt worden sind, wird die gesamte Mutter bei einer Temperatur wärmebehandeit, die hoch genug ist, um das Metall des Gehäuses, der Spule und der Endplatte in den gehärteten Zustand zu überführen, das ist die Härteform H, ohne daß der Zustand C der Spule zerstört wird. Auf diese Weise befindet sich das Gewindeelement in der letzten Mutter, ausgenommen an seinem geschweißten Umfang, in der Bedingung CH. Wenn das Gehäuse und die Endplatte aus martensitischem 17-4- PH rostfreiem Stahl gebildet ist und die Spule aus anfangs halbaustenitischem 17-7 PH rostfreien Stahl besteht, werden all diese Teile, ausgenommen die geschweißten Umfangszonen der Spule, in der fertigen Mutter im wärmegehärteten martensitischen Zustand sein.

Bei Benutzung der Mutter wird ihr unterer Bereich zuerst auf die Schraube 11 aufgeschraubt, bis die Schraube die Anfangswindung 13 der Spule erreicht, an der das Schraubengewinde Kraft auf die Windung 1J¹ und den anliegenden Bereich der Gehäusewände radial auswärts im leicht ausge-

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weiteten Zustand an den nach innen verformten Stellen ausüben muß. Auf diese Weise schaffen die Nachgiebigkeit sowohl des Aussengehäuses als auch der Windung 13' der Spule 13 zusammen eine sehr wirksame Selbsthemicwirkung gegen unbeabsichtigtes Lösen. Wenn die nach innen verformten Bereiche des Gehäuses und der Windung radial nach aussen gezwungen werden, werden die auswärts gebogenen Bereiche in der Ebene 64 von Fig. 6 radial nach innen gezogen, um die selbsthaltende Wirkung zu unterstützen. Wenn die Schraube entfernt wird, bringt die Nachgiebigkeit der Teile 12 und 13 ihre oberen Bereiche in die leicht deformierte, im wesentlichen ovale Zustandsform zurück, so daß die selbsthemmende wirkung auch nach längerem Gebrauch der Vorrichtung bestehen bleibt. Die Tatsache, daß die obere Windung der Spule nicht direkt mit dem Gehäuse verschweißt ist, bewirkt, daß die Windung und der beaufschlagte Bereich des Gehäuses, die im wesentlichen als zwei separat zusammenwirkende Federn wirken, wobei sie der radial nach aussen wirkenden Verbiegung Widerstand entgegensetzen, mit diesen zwei Federn eine größere kombinierte Flexibilität aufweisen, als wenn sie zusammen verschweißt wären und tatsächlich eine einzige Feder von vergrößerter radialer Dicke bilden. Dies wird aus einer Betrachtung der grundlegenden Feder-

formel d <?*& =V ersichtlich, in der X?

d den Betrag der Durchbiegung einer

Blatt- oder Balkenfeder, L die Federlänge und t die Dicke der Feder bezeichnen. 209840/0659 - 19 -

Da die Durchbiegung jeder Feder umgekehrt proportional der dritten Potenz ihrer Dicke ist, wird ein größerer Benutzungsbereich der radialen Verformbarkeit und Verbiegbarkeit der Spule und des Gehäuses erhalten, wenn sie an der selbsthemmenden Stelle nicht verschweißt sind. Die sich radial an das Gehäuse 12 anlegende Berührungsstelle der oberen .Vindung der Spule 13 bewirkt auch, daß die bindung und die Berührungsbereiche des Gehäuses einen wesentlichen Prozentsatz der axialen Belastungsfcräfte aufnehmen, die auf das Gewinde einwirken. Da die obere Windung einer Gutter niemals so viel Belastung wie die anderen Windungen aufnimmt, kann die obere Y/indung dieser Vorrichtung, auch wenn sie nicht verschweißt ist, in der Tat genug axiale Belastung aufnehmen, um die volle Funktion, die normalerweise von einer Windung an dieser Stelle gefordert wird, zu erfi'llen.

Das Zusammenwirken der Endfläche 61' der Spule mit der Schulter 160 hindert den Endteil 60 der Spule an einem Vorwärtsbewegen entgegen dem Uhrzeiger gemäß Fig. 2, und er verhindert auf diese Weise, daß die nicht verschweißte Endwindung fester auf die Schraube aufgewickelt wird, wenn letztere in die mutter eingeschraubt wird. Im einzelnen soll festgestellt werden, daC dieser "Einvjickeleffekt" dadurch vorhindert v.ird, daß die Spule auf diese i.Veise an entgegengesetzten -^nden der unverschweißten Bindung oder

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des unverschweißten Bereichs festgehalten wird, so daß eine .Relativbewegung dieser Enden in Umfangsrichtung und damit eine Verlängerung der Endv/icklung verhindert und auf diese Weise radial beschränkt wird. Das eine Ende der nicht verschweißten Bindung ist durch Verschweißen festgelegt, während das andere durch die Schulter 16o festgelegt ist. Die dadurch erhaltene Hemmwirkung ist auf diese Weise genau vorherstimmbar durch die Verformung der Endwindung und wird nicht durch irgend einen Einwickeleffekt auf der Endwindung hervorgerufen.

Falls gewünscht, kann die Grundplatte 14 an das Gehäuse 12 vor dem Einsetzen der Spule 13 und ihrem Anschweißen an das Gehäuse angeschweißt werden. Alternativ hierzu kann das Ge-

zu einer Form häuse, falls dies vorgezogen wird,/geschmiedet oder gegossen sein, in der (vgl. Fig. 8 und 9) der untere Bereich des Gehäuses 12a selbst die schraubenförmige Rampe oder Schulterfläche 34 und Schulter 35a für die Anlage der untersten 7/indung des Spulenaufbaus 13a bildet. Jedoch sollte der Anfangspunkt des Kontakts des Schweißstrahls mit der Mutter bei Jeder Anordnung eine flache Oberfläche sein, die quer, zur Achse des Strahls gerichtet ist (z.B. Oberfläche 39 in ^x'ig. 1), dan it jede Tendenz oder Neigung zum seitlichen Ausbiegen des Strahls vermieden wird, was dann geschehen wurde, wenn die Bodenfläche des Elementes 14 in Fig. 1 unregelmäßig wäre oder wenn die Platte 14 wegelassen werden würde und der

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Strahl gezwungen wäre, die butter an der Stelle der plötzlichen abfallenden Schulter zu treffen, die an der Verbindung des Gehäuses und der Spule gebildet ist. Jede solche seitliche Ausbiegung des Strahls k&nn in unerwünschter V/eise des Bereich des Verschweißen der vier folgenden Windungen der Spule beeinflussen.

In den Fig. 8 und 9 ist das material des Gehäuses ^2a leicht abgesetzt, um eine radial nach innen vorstehende schulter 113 zu bilden, die sich an die Endfläche 61 ' a der Spule anlegt, urn die Funktion der Schulter 116 in Fig. 2 zu erfüllen. Die ocnulter 113 kann durch Stauchen gegen die überfläche des Gehäuses 12a bei 112 mit einem geeignet geformten a/erkzeug gebildet v.erden. Die innere !•'lache 15a des Gehäuses 1Ca entspricht der Fläche 1- der Pig. 1 bis 7» abgesehen von der schulter 113. Das Gehäuse und die Spule sind in der vorher beschriebenen ovalen Gestalt an. der Stelle der oberen nicht geschweißten Windung der Spule verformt, ur. eine Selbsthenuiwirkung entsprechend der der ersten ^usführungsforrc der Erfindung zu erhalten.

J¹I". 1o zeigt eine andere Anordnung, bei der das äussere i-nde 60t der Spule 13b gegen Urßfangsbewegung relativ zuil Glehöüse durch Verschweißen der äussei'en Oberfläche dieses ^ndes direkt mit der inneren Ouerflache I^b des Gehäuses übex¹ e:ineu sehr kleinen w'inkelbereich bei 114 in der Ilähe

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der Endfläche 61b der S^uIe gesichert ist. Liese Verschwenkung kann ein funkt sch v/eis sen , ein kurzes <Vinkelschvveißen oder ähnliches sein und wird bewerkstelligt, ohne daiü irgend ein Bereich der S₁. ule 13b bis auf den äußeren Teil 6ob, auf eine Temperatur gebracht wird, die hoch genug wäre, um die vorher beschriebene GH-Bedingung des liestteils der Spule zu zerstören. .He in den anderen Ausführungεformen der Erfindung, wird die nicht geschweißte Lndwindung der opule wirksam gegen eine ring- oder kreisförmige Verlängerung gehindert, um jede Tendenz zu einem Einvvickelef f ekt in der He mir windung zu verhindern.

Einige der Lerkmale und Herstellungsvorgänge, die hier beschrieben sind, wie z.B. der ochweißvorgang, können auch bei nicht nennenden schrauben angewandt v/erden.

Als weitere Variation wird festgestellt, daB in manchen Fällen die ochulterflache 35 in Fig. Ibis 7 oder die entsprechende Schulter in den anderen Ausführungsformen der ■Erfindung direkt quer zur Achse 16 gerichtet sein kann, um sich an eine entsprechende Querflache anzulegen, die an einer Spule 13 ringförmiger anstossend gebildet ist. In manchen Fällen kann die Schulter 35 völlig weggelassen werden; wobei die opule eine direkt quer verlaufende Endfläche besitzen kann, die zur unmittelbaren anlage an das Werkstück kommt.

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Claims

Ansprüche

f1.J Verfahren zur herstellung einer sicherheitsmutter, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: einbringen einer separat hergestellten schraubenförmigen opule in ein Gehäuse, wobei die Spule aus durch Verformung härtbarem Ketall besteht und einen radial inneren Bereich in Ji'Orir: eines Gewindes aufweist., Bildung einer Schme^teverbindung zwischen dem Gehäuse und einem radial äußeren Bereich der opule, lokales Erhitzen des radial äußeren Bereichs der Spule während der Bildung der bchmeiwerbindung auf eine Temperatur, die örtlich begrenzt auf die Kalthärtbedingung des radiel äußeren Bereichs einwirkt, und Halten des radial inneren Bereichs der ^pule während der Erwärmung auf einer Temperatur, die niedriger als die des radial äußeren Bereichs ist und niedrig genug, um eine Zerstörung der i.althärtbedin^'uiig des inneren Bereichs durch das Ervvärn.en zu vermeiden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lokale Erwärmen durch das Aufbringen eines Hochenergieschweißstrahls bewirkt v;ird, der im wesentlichen
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axial längs der Peripherie der Spule gerichtet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmebehandlung des gesamten Gehäuses und der Spule nach der Bildung der Schmelzverbindung bei einer Temperatur eingeschlossen ist die hoch genug ist, um ein weiteres Härten der Spule zu ermöglichen, ohne die verformungshärtende Bedingung des inneren Bereichs der Spule zu zerstören.

4. Verfahren zur Herstellung einer Kutter, gekennzeichnet durch das Einbringen einer getrennt gebildeten schraubenförmigen als Gewinde ausgebildeten Spule in den Innenraum eines Aussgengehäuses und das Lenken eines Hochenergiestrahls längs einer Bahn, die eine Schmelzverbindung an der Peripherie der Spule bildet.

5· Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet, durch die Bildung einer Schmelzverbindung durch den Strahl zwischen den radial äußeren Bereichen aufeinanderfolgender Windungen der Spule.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch die Bildung einer ochmelverbindung durch den Strahl wischen dem Gehäuse und der Spule.

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7. Verfahren zur Bildung einer Sicxierheitsmutter, gekennzeichnet, durch das Einbringen einer schraubenförmigen Spule innerhalb eines Gehäuses, die ein Gewinde bildet, das Verbinden wenigstens eines Bereichs der Spule an das oder mit dem Gehäuse und lokales Verformen eines Teils des Gehäuses und eines darin enthaltenden Bereichs der Spule in einen Zustand, die letzterer eine selbsthemmende Wirkung in bezug auf eine mit ihr zusammenwirkende Schraube gibt.
8. Verfahren nach Anspruch 7> gekennzeichnet, durch die lokale Verformung durch das Ausüben radial nach innen wirkender Kräfte gegen das Gehäuse an kreisförmig voneinander entfernten Stellen erhalten wird.
9. ^erfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbinden durch das Anbringen eines Hochenergieschweißstrahls bewirkt wird, der im wesentlichen axial längs der teripherie der Spule gerichtet ist im Sinne eines Verbindens nur eines Teils der Spule mit dem Gehäuse, während der Bereich, der verformt wird, unverbunden bleibt.
10. Verfahren zur Bildung einer Lmtter, gekennzeichnet durch das Positionieren einer gewindeförmigen Spule auf •einen mit Gewinde versehenen Dorn, das Einsetzen dieses Dorns und der Spule in ein Gehäuse, Schmelzverbinden der Spule mit dem Gehäuse und Ausüben von Kräften in entgegen-

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gesetzt axialen dichtungen gegen den Dorn und eine Schulter am Ende des Gehäuses während des Schmelzverbindens, wobei die Spule fest axial gegen die Schulter gepreßt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die Schulter an einer separaten Endplatte angeformt ist, die anfangs nichi/airi Gehäuse oder der Spule befestigt ist, wobei dieses Verfahren das Schmelzverbinden dieser Endplatte mit dem Gehäuse einschließt, während sie fest gegeneinander gehalten werden.
12. Verfahren nach Anspruch 1o oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzvernindungsschritt duxch das Aufbringen eines Hochenergieschvveißstrahls bewerkstelligt wird, der im wesentlichen axial durch die Schulter und dann entlang der Peripherie der Spule gerichtet ist.
13. Llutter, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Aussengehäuse und einer im wesentlichen schraubenförmigen Metallspule innerhalb des Gehäuses besteht, die einen schmelzverbundenen radial äusseren -bereich aufweint, wobei die Spule einen radial inneren Bereich besitzt, der ein inneres Gewinde bildet, das im Zustand der Verformungshärtung steht und härter als der Aussenbereich ist.
14. Mutter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Spule einen ersten Bereich besitzt, der mit dem Gehäuse schuelzverbunden ist, und einen selbsthemn;enden zweiten Bereich, der nicht direkt mit dem Gehäuse in Verbindung steht.
15. Gutter nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule aufeinanderfolgende v/indungen mit radial äußeren Bereichen besitzt, die direkt miteinander schmelzverbunden sind.
16. mutter nach Anspruch 13 oder I5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule einen Bereich aufweist, der schmelaverbunden mit dem Geht use ist, und einen selbsthermenden zweiten Bereich, der nicht unmittelbar Kit dem radial anschließenden Bereich des Gehäuses verbunden ist, wobei der selbsthemmende Ber-ich an seinen entgegengesetzten Enden gegen Relativbewegung dieser Enden in üirf angsricrtung festgehalten ist, U-: eine Verlängerung in Umfangsrichtung und eine radiale Einschnürung des Hemffibereichs herbeizuführen.
17· butter, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Gehäuse und eine getrennt davon gebildete Spule umfaßt, die inneraaib des Gehäuses angeordnet ist und einen radial inneren Bereich, der ein Gewinde bildet, auf..eist, wobei cie opule einen Hemm- oder Sperrbereich aufweist, der radicl na el· aussen nech Zusammenwirken mit einex' schraube v( rfernt vird, ;;obei das Gelr'use einen direkt

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radial nach außen in bezug auf den Hemmbereich liegenden Bereich aufweist, der so angeordnet ist, daß ein leichtes radial nach außen wirkendes Verformen des Gehäuses selbst an dieser Stelle durch die Schraube bewirkt wird.
18. Mutter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule eine Mehrzahl von Windungen besitzt, die mit dem Gehäuse schmelzverbunden sind, und daß der Hemmbereich im wesentliehen mit dem Gehäuse nicht verbunden ist.
19. Mutter nach Anspruch I7 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Hemmbereich an seinen entgegengesetzten Enden gegen Relativbewegung dieser Enden in Umfangsrichtung unter kreisförmiger Verlängerung gehalten ist, so daß der Hemmbereich radial zusammengeschnürt wird.
20. Mutter nach einem· der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule eine Windung aufweist, an der das Gehäuse und diese Windung von etwa ovalem Querschnitt sind, so daß zwei der Sperrbereiche radial nach innen an entgegengesetzten Stellen versetzt sind.
21. Vorrichtung zur Bildung einer Mutter, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Halten eines äußeren Muttergehäuses und einer getrennt hergestellten, im wesentlichen schraubenförmigen Spule innerhalb des Gehäuses in " Zusammenbaustellung während des SchmelzVerbindungsverfahrens vorgesehen sind, wobei die Spule einen radial inneren Bereich,

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der ein Gewinde bildet, aufweist, und daß weiterhin eine Schulter an einem Ende der Spule mit ihr zusammenwirkend angeordnet ist, wobei die Mittel weitere Mittel zum Ausüben einer ^raft in entgegengesetzten Richtungen gegen die Spule und die Schulter aufweisen, um die Spule fest gegen die Schulter während des Schmelzverbindungsverfahrens anzupressen.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftausübenden Mittel einen mit Gewinde versehenen Dorn umfassen, um die Spule zu halten, und erste und zweite klemmplatten, um eine Kraft gegen den Dorn und die Schulter in entgegengesetzten axialen Sichtungen auszuüben.
2J. Vorrichtung nach Anspi uc~,j 2i oder 22_ί dc/^rcli gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, uin einen Hochenergieschmelzverbindungsstrahl im allgemeinen axial längs der Peripherie der Spule zu richten.
24. Sicherheitsmutter, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein äußeres Gehäuse, schraubenförmige Spulenelemente innerhalb des Gehäuses, die ein inneres Gewinde bilden, und einen Hemm- bzw. Bremsbereich aufweist, der frei von direkter Verbindung mit dem radial anschließenden Bereich des Ge-.häuses und so geformt ist, um eine Verformung dieses Bereichs durch eine hiermit zusammenwirkende Schraube 7,v. ermöglichen,

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so daß eine selbsthemmende Wirkung erhalten wird, wobei der Heinmbereich an seinen entgegengesetzten Enden gegen .Relativbewegung dieser Enden kreisförmig in einer Richtung gehalten ist, um sich kreisförmig zu verlängern und auf diese 'tfeise den Hemmbereich radial einzuschnüren.
25. Sicherheitsmutter nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Hemmbereichs beide durch Schmelzverbindung unmittelbar mit dem Gehäuse verbunden sind.
26. Sicherheitsmutter nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Enden des Hemmbereichs unmittelbar mit dem Gehäuse schmelzverbunden ist, wobei eine Schulter am Gehäuse angeordnet ist, die mit dem anderen der genannten Enden in Verbindung steht und auf diese Weise deren Bewegung in kreisförmiger verlängerter Richtung verhindert oder abblockt.
27· Sicherheitsmutfcer nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenelemente eine einzige Spule umfassen, die einen nicht sperrenden und nicht hemmenden Bereich einer ^lUehrzahl von Windungen besitzt, die schmelzverbunden mit dem Gehäuse sind, wobei die Hemmbereiche einstückig damit ausgebildet sind.
28. Vorrichtung zum Bilden einer Verbundmutter, die ein

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Aussenmuttergehause aufweist und eine getrennt hiervon gebildete, im wesentlichen schraubenförmige Spulenstruktur besitzt, die einen radial inneren Bereich, der ein Gewinde bildet, besitzt, wobei die Vorrichtung einen hochwärmeleitfähigen wärmeabführenden Dorn besitzt, der ein äußeres Gewinde aufweist, von dem der Spulenaufbau aufgenommen werden kann, und Mittel zum Erwärmen des radialen äußeren Bereichs des Spulenaufbaus und zur Bildung einer Schmelzverbindung an dieser Stelle, während die Hitze vom inneren Bereich des opulenaufbaus durch den Dorn abgeführt wird.

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